文|于楠说编辑|于楠说前言：对于新能源汽车的系统软件开发而言，提高软件的可靠性、可移植性及开发效率是其目标，平台化、分层次、模块化的开发流程是其

 

文|于楠说编辑|于楠说前言：对于新能源汽车的系统软件开发而言，提高软件的可靠性、可移植性及开发效率是其目标，平台化、分层次、模块化的开发流程是其发展趋势本文基于分层次、模块化的设计理念，以汽车开放系统软件架构标准为基础，设计开发电动汽车驱动电机控制软件，并对电机过调制算法和旋变软解码技术进行研究。

对于应用软件层的开发，本文重点研究了基于空间矢量脉宽调制的过调制技术，详细介绍了单模式、双模式和改进型三种过调制算法的原理和算法实现，并在电机矢量控制系统中对三种算法进行建模和仿真分析。

AUTOSAR应用背景随着新能源汽车产业的快速发展，越来越多的功能需求如安全可靠性、环境友好型、智能舒适性以及汽车本身的性能（如动力性、操纵性等）被集成在汽车上，这些功能集成所需的控制单元也越来越多，增加了整车控制系统开发的复杂度，并且不同的控制单元之间可能存在耦合，传统的开发流程难以满足汽车控制系统对信息的处理能力、

可靠性、实时性等要求。

并且，各大汽车厂商和零部件供应商在对电子软件的开发时都有自己的标准，不同的开发平台使得软硬件在集成时不兼容，造成开发成本增加，可移植性差，同时还可能由于兼容性问题导致软件存在潜在的风险为了解决上述功能复杂性和封闭式开发带来的问题。

，全球汽车厂商、零部件供应商及其半导体和软件开发公司在2003年联合推出了汽车开放系统架构标准AUTOSAR其目标是为汽车电子软件的开发提供一个开放式架构和标准，以提高产品在不同汽车平台的可扩展性，软件开发的安全可靠性，可移植性，实用性以及整个产品生命周期的可维护性，是汽车行业发展的一次重大变革。

基于AUTOSAR的电机控制软件开发研究意义在电动汽车的三大电控单元中，驱动电机控制作为其中的重中之重，其性能高低对汽车动力性和操纵性有直接的影响和传统电机调速系统和伺服电机系统相比较，车用驱动电机系统的开发除了高功率密度、宽调速范围等性能需求外，对于安全性和可靠性也有着更高的要求。

提高车用电机控制软件的可复用性，增强系统软件的可配置性，改善系统软件的可靠性与稳定性对于车用电机控制系统开发有着重要意义。

目前，国内外对于提高车用电机控制可靠性的研究除了各种电机本体设计和容错控制策略之外，还侧重于对高性能的电机电控单元ECU（Electronic Control Unit，ECU）软件系统的开发本文基于AUTOSAR分层架构对电机驱动控制器软件进行软件分层和模块划分，。

各单元之间独立开发，互不耦合，这种开发方式使得开发者可以专注于相应功能模块和软件层次的开发，便于软件在不同平台的扩展和开发效率的提高。

在电动汽车驱动电机控制系统中，直流母线电压决定了逆变器输出电压的大小，过调制算法可以使电机从线性区过渡至六步电压状态，能够最大限度利用母线电压，拓宽电机恒功率运行范围车用驱动电机常使用旋转变压器检测电机转子位置，旋变输出信号需要通过旋变解码芯片得到转子位置信号，旋变软解码技术可以利用微控制器片上硬件功能模块和角度辨识算法计算出转子位置信号，从。

而省去旋变解码芯片，减少了开发成本。

基于AUTOSAR的电机驱动控制系统开发传统的电机控制软件开发分层不明显，软件和硬件之间存在嵌套关系，这使得软件在开发过程中一旦遇到问题和缺陷，难以确定问题产生的原因在于硬件驱动程序还是软件算法设计，影响软件开发效率，提高开发成本，同样也会使软件存在潜在的风险。

因此需要对软件开发架构进行重新规划设计来提高软件可靠性与系统开发效率。AUTOSAR是以软件分层和模块划分的方式实现软硬件分离的汽车开放式架构标准。

在电机控制系统中，与电机控制功能相关的电机控制算法、电机状态检测、安全监控等功能可作为应用程序与AUTOSAR架构中的应用软件层相对应，应用软件层中又将不同的功能模块以软件组件SWC（Software component，SWC）的形式进行封装，便于设计者的进一步开发。

基础软件层对应于与电机控制相关的如控制器外设驱动、通信服务和中端服务等，将控制器硬件功能以模块化进行封装，有利于其在不同硬件平台间的移植。

应用层软件是电机控制算法及其安全监控等功能的具体实现，需要先确定系统的输入和输出数据，系统所包含的软件组件SWC及其系统约束等本系统的ECU即为电机控制器，并且根据相应功能可将其软件组件划分为：电机控制算法SWC、数据解算SWC、安全监控功能SWC等软件组件。

外设驱动是将微控制器的各个功能外设进行封装，供开发者调用，如与电机控制相关的PWM驱动、ADC驱动、CAN驱动、IO驱动等；服务包括存储服务以及与系统服务相关的看门狗、定时器等；另外还包含与数据通信相关的通信协议的设计等。

系统与电机控制相关的控制器外设模块包括GTM、ADC、GPIO、ASCLIN等，主要用于实现PWM驱动、AD采样、IO信号输入输出、通信等功能。

运行环境层设计在完成了应用层软件和基础软件层的设计之后，需在实时运行环境层定义相关接口函数，实现应用层软件组件之间以及应用层与基础软件层之间数据的传输与调用首先需要明确应用层软件的输入输出数据以及定义相应的数据类型。

各个软件组件的输入输出相关数据均列出，在Matlab/Simulink搭建模型后，生成的程序代码则将输入输出数据以结构体形式封装；基础软件层中的输入输出数据则是在iLLD中相关结构体进行定义完成各软件层数据定义后，。

在中断服务程序中将相应输入输出数据进行赋值即可实现应用层与基础软件层之间的数据传输。

基础软件层利用底层驱动软件iLLD进行设计实现对各个外设驱动初始化，并且包含对通信协议和中断服务等进行相应配置；数据通信和服务调用通过在实时运行环境层定义相关接口函数实现通过上述方法完成基于AUTOSAR电机控制软件的具体设计实现。

将各层软件导入HighTec开发环境中，并在编译器中对所有程序进行集成编译、链接生成可执行文件，将生成的可执行文件添加到调试软件UDE中对软件进行调试、分析，根据分析结果可对软件进一步优化。

从顶层设计出发，由上至下，对电机控制软件进行模块划分和软件分层，包括应用软件层、基础软件层和实时运行环境层，不同软件层之间通过功能总线实现数据通信和服务调用并利用Matlab/Simulink和底层驱动软件iLLD对各软件层和功能模块进行了详细设计，。

完成了电机控制软件开发。

基于SVPWM过调制算法的研究在电机驱动系统中，直流母线电压决定了逆变器输出电压的大小从而决定电机的恒功率运行范围为能够最大限度利用母线电压，拓宽电机调速范围，可采用过调制技术本章主要研究过调制算法原理及实现。

，并将过调制算法应用于永磁同步电机矢量控制中分析其对电机性能的影响在保持合成磁动势不变时，可以通过坐标变换，将相关变量由三相坐标系转换到正交的两相坐标系中，实现电机转矩与磁场的解耦控制在旋转坐标系中，两相坐标轴旋转速度与转子转速相同，q轴超前d轴90°。

正弦波脉宽调制（SPWM）和电压空间矢量脉宽调制技术（SVPWM）是电机调速变频器较为常用的控制技术其中，SPWM利用调制波与载波交截产生脉冲序列控制开关器件开通与关断，这种调制方法在调制度为1时，直流电压利用率仅有0.866。

而SVPWM是利用基本电压矢量进行合成控制输出电压，在线性区域内，最大输出电压是其合成电压六边形的内切圆，最大电压利用率是SPWM的1.15倍。

过调制技术的引入使直流母线电压得到充分利用，增大了输出电压幅值，这样可以拓宽电机的恒功率调速范围，在同等转速下，也能够提高电机的输出转矩和功率，对于加快电机起动以及弱磁控制方面都有重要意义但是，过调制算法使得输出电压脉冲数不断减少，。

最后逆变器工作在六步电压状态，输出电压波形产生畸变，电压谐波含量增加，导致电流谐波含量增大，产生转矩脉动。因此，还需要考虑过调制引起的谐波分量对电机性能的影响。

电压空间矢量脉宽调制技术能够使电机产生圆形的空间旋转磁链，从而输出恒定的电磁转矩电压矢量的方向决定了定子磁链的轨迹，可以通过交替使用不同的空间电压矢量来控制磁链，所以称之为“电压空间矢量（SVPWM）控制”。

总结：本论文主要研究了基于汽车开放系统架构AUTOSAR的车用驱动电机控制软件开发，并在此基础上研究了永磁同步电机的过调制算法和旋变解码技术介绍汽车开放系统架构AUTOSAR的应用背景，对AUTOSAR的意义和发展现状进行概述，并引出了基于AUTOSAR的车用电机驱动控制系统软件架构的设计与开发，介绍其研究意义和当前研究现状。

(2)基于AUTOSAR的分层架构，将电机控制软件系统进行模块划分和软件分层，并对各层软件进行详细设计AUTOSAR标准中对于任务划分以及时序分配需要引入相应的操作系统，用于配置与应用软件相关的多任务处理、中断服务程序以及多核处理器资源分配等。

由于相关工具链的开发成本较高，目前尚未引入操作系统，但对于较复杂系统来说，操作系统可以合理分配控制器资源以及任务调度，实现更为优越的性能参考文献：[1]王永兴, 温旭辉, 赵峰. 六相永磁同步电机缺相容错控制[J]. 电工技术学报, 2015, 30(5):49-58.

[2]孙鹏飞. 电动汽车电机驱动系统容错控制策略的研究与实现[D]. 山东大学, 2013[3]孙升. AUTOSAR标准发展及应用现状[J]. 机电一体化，2014,12:33-38.[4]陈祯福. 汽车底盘控制技术的现状和发展趋势[J]. 汽车工程, 2006, 28(2):105-113.

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