??汽車市場的激烈競爭要求設計者必須縮短產品開發(fā)周期。在傳統的控制器的設計開發(fā)中，控制器的總體設計、整體性能分析以及控制策略的優(yōu)化通常需要大量的時間、人力和物力，投資大、效率低。此外，這種開發(fā)方法還容易出錯，直到最終定標時才進入實時在線測試。如果在最初設計時出錯而沒有及時發(fā)現，則會導致大部分工作必須重新進行，開發(fā)周期變長。可見傳統的研發(fā)方法無法滿足市場的需要，必需有一種新的設計理念來適應市場的需求。 ? ??1 V模式的設計方法及自動代碼生成 ? ??1.1 V模式的設計方法 ??如圖1，與傳統的設計方法相比，V模式的設計方法將系統工程學的原理應用于現代汽車電子系統開發(fā)中，它是一種循環(huán)的設計模式。其特點是無論進行開發(fā)、編程或者測試，總是在同一環(huán)境下工作，開發(fā)過程的每一步都可以得到驗證［1］。它以功能強大的計算仿真工具為前提，整個設計過程都是在同一個平臺下完成，實現從設計理念的提出，到快速原型設計（Prototype），再到ECU產品的無縫連接。采用該方法的最直接效果就是加速和簡化了開發(fā)流程，及時消除錯誤，大大減輕了工程師的工作量。 ? ?? ? ??1.2 運用Simulink實現自動代碼生成 ??自動代碼生成處于V模式的最底層，是整個開發(fā)過程中最為關鍵的一步，其目的是實現開發(fā)過程中的快速迭代以提高開發(fā)效率。代碼生成的質量直接影響系統的可靠性和穩(wěn)定性。 ??圖2為基于MATLAB/Simulink的DSP自動代碼生成流程［2］。Simulink是一種對于動態(tài)系統進行多域仿真和基于模型設計的平臺，它提供了一個交互式的圖形環(huán)境和豐富的模塊庫。根據系統的功能要求，首先在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建系統模型，并且進行仿真分析。使用Simulink調試器檢查仿真結果以及定位和診斷模型中的意外行為。一旦結果得到了驗證，便可以通過RTW（Real-time workshop）自動生成面向TI編譯器的C語言工程文件，并進一步完成編譯、連接和下載，最終在硬件平臺上運行。 ? ?? ? ??RTW是和MATLAB、Simulink一起使用的一個工具，運用它直接從Simulink模型生成代碼并且自動建立可以實時運行的程序。在默認情況下，RTW生成的是高度優(yōu)化和完全注釋的Ｃ代碼。除了MATLAB function模塊和調用M文件S函數的模塊以外，???何Simulink模型都可以生成代碼，包括線性、非線性、連續(xù)、離散以及混合模型［3］。 ??從整個過程來看，工程師只需在Simulink中搭建模型和驗證模型的正確性，不需要書寫任何代碼，即可得到可靠、準確的代碼。 ? ??2 嵌入式Target for TI C2000工具箱 ? ??Target for TI C2000將TI公司的eXpressDSP工具集成到Simulink中，它是MATLAB與TI CCS的連接工具，可以使MATLAB、MATLAB工具箱、TI Code Composer Studio集成開發(fā)環(huán)境（CCS IDE）以及RTDX（Real-Time Data Exchange）協同工作。 ??Target for TI C2000工具箱由三部分組成［3］：常用工具、芯片外圍設備模塊庫、優(yōu)化庫。常用工具包括實時數據交換通道模塊、目標控制器基本參數設置模塊和CAN通訊設置模塊。該工具箱支持C281x系列、C280x系列以及C2400系列的DSP。優(yōu)化庫包含定點運算庫和數字電機控制庫。 ??Simulink可支持四類C280x DSP外圍設備模塊庫：存儲器的讀寫模塊、中斷管理模塊、控制模塊以及通訊模塊。除了不支持IIC通訊模塊以外，該模塊庫對C280x DSP板上所有的模塊都提供了很好的支持。用戶在調用DSP的這些模塊時，只需對相應的模塊進行參數設置和選擇，不需要關心底層是如何實現，整個模型的搭建過程就像堆積木一樣簡單。 ? ??3 自動生成代碼在電池管理系統中的應用 ? ??3.1 電池管理系統的功能描述 ??BMS燃料電池車用鋰離子電池管理系統BMS（Battery Management System）是一個嵌入式實時監(jiān)控系統，應具備以下功能［4］：電池狀態(tài)監(jiān)控，包括電池工作電壓、工作電流和工作溫度的測量和信號處理；特定狀態(tài)下的最大充、放電功率計算；特定工況下電池組荷電狀態(tài)SoC（State of Charge）、壽命狀態(tài)SoH（State of Health）的估算；高壓預充電、過充和過放保護、絕緣檢測和漏電保護；電池的均衡和熱管理；故障診斷以及與整車控制器通訊。圖3為BMS系統框圖。 ? ?? ? ??由于汽車在處于停車狀態(tài)時，BMS仍需每隔一定的時間對電池進行監(jiān)控，所以在長時間停車時，BMS不可將蓄電池存儲的電量耗完，否則汽車將無法啟動。因此在停車時，BMS必須進入低功耗模式。當汽車開動時，從KL15傳來的點火信號將控制器從低功耗模式喚醒，進入正常工作模式。 ??3.2 控制器的選擇 ??從BMS的功能可以看出，控制器起控制作用的功能只占BMS的小部分，在實時參數估計、SoC估算中，算法復雜且運算量大，控制器需要在較短的時間間隔內完成復雜的遞推運算，這對控制器的計算能力和計算速度要求更高。傳統的電池管理系統采用單片機作為控制器，由于單片機側重于控制而實時數據運算能力有限，所以無法很好地滿足BMS的要求。TI公司的TMS320C2000系列DSP集和高性能DSP的特點于一身，具有強大的控制和信號處理能力，能夠實現復雜的控制算法。該系列DSP上整合了Flash存儲器、快速高精度的A/D轉換器、兩路增強的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口、多通道緩沖串口等外設。32位定點運算的C2808 DSP能夠在一個周期內完成32×32位的乘法累加運算，或兩個16×16位乘法累加運算。此外，可以在一個周期內對任何內存地址完成讀取、修改、寫入操作，使得效率和程序代碼達到最佳，完全滿足實時控制的要求［5］。 ??3.3 電池參數辨識和SoC估計算法 ??電池監(jiān)控必需先進行建模，實時檢測電池的電壓、電流以及溫度，根據這些數據對模型的參數進行辨識，從而間接地估計電池內部的情況。圖4為鋰離子動力電池模型［6］，模型中利用C0描述電池的容量，R0描述電池的等效歐姆內阻，用時間常數較小的R1、C1環(huán)節(jié)描述鋰離子在電極間傳輸時受到的阻抗，時間常數較大的R2、C2環(huán)節(jié)描述鋰離子在電極材料中擴散時受到的阻抗。該模型中的參數都可以通過參數辨識的方法得到。 ? ?? ?