嵌入式系統(tǒng)在汽車電控研究中的應用

楊楠+王俊杰

摘 要：嵌入式系統(tǒng)具有高效、輕量、環(huán)保等優(yōu)點，隨著汽車工業(yè)的逐漸發(fā)展，嵌入式技術在汽車行業(yè)內(nèi)的應用也逐漸廣泛，首先對汽車整體電路控制系統(tǒng)中的嵌入式軟硬件搭配設計進行了分析研究，隨后對其他輔助系統(tǒng)內(nèi)的嵌入式技術進行了闡述，分析結(jié)果對嵌入式技術在汽車工業(yè)內(nèi)的進一步發(fā)展提供了相關思路。

關鍵詞：嵌入式；汽車；控制

前言

隨著信息技術的發(fā)展和數(shù)字化產(chǎn)品的普及，科技發(fā)展已經(jīng)逐漸的從適用性向環(huán)保性進行過度，而從基本的電子消費品到關系到國計民生的工業(yè)設備，嵌入式系統(tǒng)被應用各類和自動化控制相關的行業(yè)中。

目前，全球汽車產(chǎn)業(yè)迎來了轉(zhuǎn)折期，“綠色制造”的汽車發(fā)展之路已經(jīng)成為必然，電動汽車也越來越多的成為了主流汽車設計制造商的重要選擇，節(jié)能型汽車有著自己的特點，需要更高效的控制系統(tǒng)，更好的動力輸出和更友好的空間設計，這一切都離不開更好控制技術的應用。隨著嵌入式處理器的能力的提高和應用程序功能的復雜化和精細化，實時的嵌入式操作系統(tǒng)在復雜、系統(tǒng)龐大的應用中顯得越來越重要。其在汽車設計各個模塊下的應用，尤其是控制系統(tǒng)方面的作用也是越來越大。利用嵌入式技術對電動汽車的各個控制方面進行設計是一種必然的選擇。

1嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式操作系統(tǒng)（EOS）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，其核心是嵌入式指令控制，通常包括與硬件相關的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面和標準化瀏覽器等等。嵌入式操作系統(tǒng)作為核心控制部件，能夠?qū)ο到y(tǒng)的全部軟、硬件進行資源和指令的分配，可以進行任務調(diào)度、控制、協(xié)調(diào)并且發(fā)布活動。控制活動可以使得某些模塊或者系統(tǒng)達到所要求的功能。嵌入式操作系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)控制、交通管理、信息產(chǎn)業(yè)中，而在汽車行業(yè)，由于嵌入式系統(tǒng)的體積小，集成度高、低功耗、運行穩(wěn)定等特性，更是在多個技術環(huán)節(jié)中得到了應用。

2整車控制應用

智能汽車的概念已經(jīng)抓緊的滲透到了汽車生廠商的生產(chǎn)流程之中，而整車控制器的研究是智能汽車開發(fā)過程中的一個環(huán)節(jié)，智能整車控制系統(tǒng)則是汽車行駛的核心裝置，所包含的模塊也比較豐富，比如燃料電池汽車的控制系統(tǒng)，這也是目前應用的比較普遍的智能汽車控制策略。

燃料電池和蓄電池控制整車系統(tǒng)的動力輸出，隨后進入控制系統(tǒng)，利用嵌入式技術搭建實時的控制終端，可以提高輸出效率，汽車控制系統(tǒng)的原理如圖2所示，可知，輸入部分采用整車控制器，控制器采用的是模糊控制，扭矩偏差及其變化量作為模糊控制策略表的查詢依據(jù)，加權(quán)可以得到扭矩給定的信號，在經(jīng)過能量流管理模塊處理后作為電機控制器的電流給定信號去控制電機電流。

系統(tǒng)設計主要包括電源設計、時鐘電路設計、復位電路設計、EEPROM電路設計、JTAG電路設計、A/D采樣電路設計、轉(zhuǎn)換電路設計、RS232串行口通信電路設計、CAN通信電路設計、PWM控制電路設計這些方面。CPU選型需要采用高速存儲的處理器，通道盡量保持到高位，這樣比較適合汽車工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展。電源模塊要保障控制電路不存在錯誤動作，總稱控制器的外部供電電壓范圍是8V-40V，復位電路設計方面，需要尋找高速、低功耗和低工作電壓的設計方向，在設計換機完成之后，需要進行硬件可靠性的設計分析，在混合動力汽車中，電動機和蓄電池的母線電流變化較大，電磁干擾也比較強，因此應該設計安全可靠的電源管理模塊，并且進行合理的信號調(diào)理，包括濾波、穩(wěn)壓，過濾掉信號的噪聲，還需要采用集成度高的元器件，可以降低電路板的使用數(shù)目，簡化電路板的布局，減少焊板和連線，提高抗擾能力。嵌入式軟件控制系統(tǒng)的設計框圖如圖2所示。

軟件的開發(fā)需要能夠?qū)Y源進行合理的分配，優(yōu)化控制配置，并且能夠完成HEV動力系統(tǒng)的各項控制功能，便于進行調(diào)試和維護，還需要滿足HEV與各控制單元ECU之間的實時通信，操作系統(tǒng)則需要滿足系統(tǒng)實時高效性、穩(wěn)定性和靈活性。智能汽車的能量和動力系統(tǒng)是最大的技術特色，而其中的驅(qū)動控制策略設計則扮演著比較主要的內(nèi)容，驅(qū)動控制策略同樣需要從硬件和軟件兩個角度來進行設計，達到嵌入式在控制系統(tǒng)中的應用廣度。

3在其他方面的應用

作為交通工具，汽車的安全性往往是我們考慮最重要的一點，在車輛安全監(jiān)測和預警方面，嵌入式技術存在應用價值，設計開發(fā)的監(jiān)測系統(tǒng)非常有效，并且普適性強，價格也比較適中，在設計中，可以以嵌入式平臺為核心處理器，結(jié)合硬件資源，加裝ARM結(jié)合DSP的雙核架構(gòu)，設計人機交互模塊、傳感器模塊、Camera模塊、GSM模塊和GPS模塊等多系統(tǒng)設計。和控制系統(tǒng)一樣，同樣是嵌入式軟硬件結(jié)合，設計出的安全監(jiān)測系統(tǒng)適合各種車輛的運行，具有很強的現(xiàn)實價值。

智能汽車的核心是動力，而電池組則是動力組成當中的重要部分，智能汽車內(nèi)的燃料電池使用效果和壽命會直接影響到汽車的應用水平，以嵌入式ARM為電池組管理核心，嵌入AD轉(zhuǎn)換模塊、CAN通訊模塊、功率驅(qū)動模塊等硬件開發(fā)程序，可以有效的加強電池的轉(zhuǎn)換效率，并且增強電池的可靠性和穩(wěn)定性，設計出的電池系統(tǒng)更加環(huán)保、節(jié)能，而且安全穩(wěn)定性好。

和電池追求環(huán)保相同，汽車顯示系統(tǒng)同樣也追求輕量化和環(huán)保化，如果利用嵌入式系統(tǒng)作為汽車中央顯示系統(tǒng)的核心控制模塊，可以實現(xiàn)實時操作對溫度、壓力、速度等參數(shù)的處理，具體結(jié)構(gòu)組成可以由嵌入式處理器為核心，液晶屏和觸摸屏為主要硬件，軟件方面設計良好的系統(tǒng)和用戶操作程序，所設計出的汽車中央顯示屏可以有效對汽車的使用起到支撐作用。

總結(jié)

智能新能源汽車是未來汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向，配備燃料電池的汽車運行效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、并且環(huán)保性能好，嵌入式系統(tǒng)在控制系統(tǒng)方向的硬件和軟件設計方面都有著獨特的優(yōu)勢，也幾乎貫穿汽車設計的各個方面，隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等其他高科技術的發(fā)展，嵌入式結(jié)合其他高科技術在汽車中的應用也必將更加廣泛。

參考文獻：

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