應用模型化設計於車用電機驅動控制

摘要：有鑒於近年來新能源動力車輛的崛起，車用電機控制器的需求量大增，為對應不同車輛的需求，軟體演算法勢必得面臨重新開發與設計的窘境。為了加強系統的安全性與可靠度，本文將遵循ISO 26262的建議，針對車用電機控制器提出一套完整的軟體開發設計流程，並以Model-in-the-Loop、Software-in-the-Loop與Hardware-in-the-Loop三種軟體驗證方式，分別對各功能模塊進行驗證，搭配自主設計的控制器雛型機與現行開發之一體式啟動馬達發電機進行轉矩-轉速曲線實現，以驗證軟體模型化設計的開發設計方式能夠有效並快速達到車用電機控制器的軟體需求。

Abstract: In this study, the software development for automotive electric machine controllers was accomplished via the model-based design method. The software development verification and validation was conducted in a V-model flow according to ISO 26262, which includes model-in-the-Loop, software-in-the-Loop, and hardware-in-the-Loop. An integrated-starter generator was operated by an automotive electric machine controller prototype, and through a dynamometer the torque-speed curve was measured and compared with results from simulation. The software development and V&V for automotive electric machine controllers can be effectively and rapidly accomplished via the MBD method was proven.

關鍵詞：模型化設計、車用電機控制器、磁場導向控制

Keywords：Model-Based Design, MBD, Automotive Electric Controller, Field Oriented Control, FOC

前言
由於石化燃料日益枯竭，碳排放的嚴重汙染造成全球氣候異常，全球交通運輸所產生的碳排放量約占24 %，各國政府亦開始對交通運輸工具的排放量進行規範。在此種環境背景下，各家車廠紛紛尋求低汙染的替代能源車輛做為發展目標，預估新能源車輛的需求量將逐年增加，各種新款的車型將陸續推出，新能源車輛所需的電機控制器（motor control unit, MCU）的需求量將大幅的增加，為了因應各種車型，軟體演算法勢必會面臨到重新開發設計的窘境，為了有效率的維持軟體的開發品質與避免軟體演算法設計不良的情況，軟體模型化設計（model-based design, MBD）的開發方式被廣泛的運用在各家車廠上。

對於各種新車型的開發，傳統車輛的開發流程耗時冗長，且將面臨人力不足與成本過高等問題產生；因此，為了有效的減少產品的開發時間與成本，具備快速開發與實現高效率系統控制驗證方法的軟體開發平台是必要的。為了能使車輛系統的電子控制單元（electronic control unit, ECU）在短時間內進行軟體的開發設計，近年來，軟體的發展方式已經由傳統hand-coding逐漸轉變為model-based的方式，圖型化介面能夠使系統進行多面向的呈現，且由文字系統轉變為圖型化介面，使得ECU軟體開發設計變得更加簡單[1]。

本文旨在使用MBD進行ECU的軟體開發設計流程，介紹現今電機控制器所使用的軟體開發方式，由建立車輛需求開始對各功能模塊進行驗證，並逐一加入其他功能模塊進行集成性的測試，藉以V&V （verification & validation）的驗證流程，可快速的進行軟體的除錯與驗證，以確保電機控制器之軟體缺失能有效的改善。