孫慧玉 羅紹新 顧新艷

摘? 要 汽車(chē)電子電氣是車(chē)輛工程以及汽車(chē)服務(wù)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的專業(yè)核心課程，理論課程與實(shí)踐課程的相互融合能夠有效地提升學(xué)生的專業(yè)技能。首先針對(duì)汽車(chē)電子電氣實(shí)踐教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，然后以RapidECU-EDU電控開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，基于控制器快速原型開(kāi)發(fā)的教學(xué)理念設(shè)計(jì)汽車(chē)電子電氣實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠在實(shí)踐教學(xué)中深刻掌握新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)和測(cè)試流程，從而達(dá)到提升學(xué)生專業(yè)技能的目的。

關(guān)鍵詞 新能源汽車(chē);汽車(chē)電子電氣;實(shí)踐教學(xué);快速原型開(kāi)發(fā);RapidECU-EDU電控開(kāi)發(fā)平臺(tái)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）20-0012-03

Teaching Design of Rapid Prototype Development for Practical Course of Automotive Electronics and Electricity//SUN Huiyu， LUO Shaoxin， GU Xinyan

Abstract Automotive Electronics and Electricity as a core course in

the talent training program of the Vehicle Engineering and Automo-tive Service Engineering majors. The integration of the practical tea-ching and theoretical teaching can effectively improve the teaching efficiency. Firstly， the problems existing in the practical teaching steps of the Automotive Electronics and Electricity are analyzed in?this paper. Secondly， the practical course of the Automotive Elec-tronics and Electricity based on the concept of the rapid control pro-totype development and the practical teaching platform of Rapid-ECU-EDU electronic control development platform is designed. This can enable the students to deeply understand the development and testing process of new energy vehicles in practical teaching. The?purpose of improving the effect of practical teaching can be achieved.

Key words new energy vehicles; automotive electronics and elec-tricity; practical teaching; rapid prototype development; RapidECU-EDU electronic control development platform

0? 引言

目前全球能源環(huán)境壓力不斷增大，各國(guó)相繼推進(jìn)能源改革，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展已經(jīng)成為順應(yīng)世界潮流的發(fā)展趨勢(shì)。從“十五”計(jì)劃到“十三五”規(guī)劃[1]，隨著國(guó)家從早期的行政指導(dǎo)到如今各領(lǐng)域全方位戰(zhàn)略部署，目前我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成一定的市場(chǎng)規(guī)模。對(duì)比傳統(tǒng)汽車(chē)，新能源汽車(chē)在能源結(jié)構(gòu)和動(dòng)力來(lái)源上的選擇更加豐富，但這也直接導(dǎo)致了其動(dòng)力控制、驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)性差異，因此，汽車(chē)電控技術(shù)成為新能源汽車(chē)研發(fā)的關(guān)鍵。同時(shí)，當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈、科學(xué)技術(shù)生命周期短暫，為了使新能源汽車(chē)行業(yè)能夠進(jìn)入良性循環(huán)，縮短系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間和成本，加快系統(tǒng)集成匹配，汽車(chē)電控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)效率亟待進(jìn)一步提高。

南京工程學(xué)院是應(yīng)用型本科院校，培養(yǎng)具備較高實(shí)踐和創(chuàng)新能力的新型應(yīng)用型人才是義不容辭的責(zé)任和使命，因此，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)是南京工程學(xué)院人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文針對(duì)專業(yè)課程汽車(chē)電子電氣的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)基于控制器快速原型開(kāi)發(fā)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生能夠在實(shí)踐中熟悉和掌握新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)和測(cè)試流程，最終實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生專業(yè)技能的目的。

1? 課程特點(diǎn)及教學(xué)目標(biāo)

汽車(chē)電子電氣是車(chē)輛工程以及汽車(chē)服務(wù)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中的專業(yè)核心課程，主要介紹汽車(chē)供電系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、儀表照明系統(tǒng)、電控自動(dòng)變速器、電控空氣懸架系統(tǒng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)、車(chē)身CAN總線等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理。汽車(chē)電子技術(shù)作為現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展的三大方向之一，在現(xiàn)代汽車(chē)中的地位越來(lái)越高。汽車(chē)電子電氣是基于汽車(chē)行業(yè)對(duì)汽車(chē)電子電氣技術(shù)這一專門(mén)化技術(shù)人才的需求而設(shè)置的，因此，實(shí)踐教學(xué)在車(chē)輛工程專業(yè)和汽車(chē)服務(wù)工程專業(yè)中占據(jù)著非常重要的地位。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用汽車(chē)電子電氣控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以及工作原理，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)汽車(chē)電子電氣的能力，為學(xué)生學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程、完成相關(guān)實(shí)踐教學(xué)和走上工作崗位打下必要基礎(chǔ)。

2? 傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)存在的問(wèn)題

汽車(chē)電控實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生使用和設(shè)計(jì)汽車(chē)電子控制系統(tǒng)能力的主要措施。目前，南京工程學(xué)院汽車(chē)電控實(shí)踐教學(xué)以車(chē)輛工程實(shí)驗(yàn)中心汽車(chē)電控實(shí)驗(yàn)室的汽車(chē)電子控制仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為對(duì)象，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求等，要求每組學(xué)生分別完成指定汽車(chē)電子控制仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。然而，多年來(lái)汽車(chē)電控實(shí)踐教學(xué)仍然存在許多問(wèn)題[2-4]。

2.1? 實(shí)踐教學(xué)和社會(huì)需求存在偏差

目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)電控實(shí)踐教學(xué)主要還是模仿或引進(jìn)老牌汽車(chē)電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品套件，對(duì)常用的電控系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析。這種實(shí)踐教學(xué)模式存在諸多缺點(diǎn)：1）汽車(chē)電控系統(tǒng)的故障均是人為設(shè)置，實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用需求不能真正相呼應(yīng);2）由于實(shí)踐教學(xué)資源陳舊，教師工程實(shí)踐能力不足，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)與社會(huì)需求出現(xiàn)偏離，降低了學(xué)生的積極性和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力;3）學(xué)生通過(guò)實(shí)踐教學(xué)深入掌握新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)和測(cè)試的流程比較困難。

2.2? 新能源汽車(chē)電控開(kāi)發(fā)測(cè)試門(mén)檻高

目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)電控系統(tǒng)主要包括瀑布式以及“V”字形兩種開(kāi)發(fā)模式[5]，且以“V”字形開(kāi)發(fā)模式為新能源汽車(chē)電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方法中的主流。然而，V-模式對(duì)于新能源汽車(chē)電控開(kāi)發(fā)并不是非常理想：1）V-模式電控產(chǎn)品級(jí)代碼存在優(yōu)化空間;2）V-模式電控系統(tǒng)控制功能僅支持專用設(shè)備對(duì)控制參數(shù)的修改，升級(jí)成本高。這些問(wèn)題給學(xué)校以及學(xué)生掌握新能源汽車(chē)開(kāi)發(fā)測(cè)試的流程設(shè)置了較高的門(mén)檻。同時(shí)，這種開(kāi)發(fā)模式要求汽車(chē)研發(fā)廠商必須具備完善的軟硬件開(kāi)發(fā)實(shí)力，不利于新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3? 快速原型模式實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

為了解決上述問(wèn)題，本文以汽車(chē)電子電氣實(shí)踐課程中的“電子節(jié)氣門(mén)PID控制”為例，基于控制器快速原型開(kāi)發(fā)理念設(shè)計(jì)該課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，深入研究針對(duì)新能源汽車(chē)電控系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。

3.1? 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)概述

汽車(chē)電子電氣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要利用RapidECU-EDU電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，如圖1所示。Rapid-

ECU-EDU電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱是華?？萍纪瞥龅男乱淮娮涌刂萍夹g(shù)開(kāi)發(fā)教學(xué)平臺(tái)，可應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力控制、蓄電池管理等多種新能源汽車(chē)電控場(chǎng)景中。RapidECU-EDU電控開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要包括EDU電控實(shí)驗(yàn)箱一套，負(fù)載試驗(yàn)臺(tái)一套，全自動(dòng)代碼生成工具ECU Coder 一套，以及標(biāo)定與測(cè)量工具M(jìn)eca一套。

EDU電控實(shí)驗(yàn)箱主要由箱蓋、EDU控制器、箱體、鑰匙開(kāi)關(guān)、液晶顯示器、CAN適配器及線束存放處、底板、曲軸凸輪軸信號(hào)發(fā)生器組成。其中，EDU控制器專門(mén)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)使用的快速原型控制器，硬件內(nèi)核使用主流的汽車(chē)控制器芯片MPC5634，可以通過(guò)MeCa上位機(jī)軟件任意修改控制器內(nèi)部運(yùn)行的軟件算法，實(shí)現(xiàn)多種多樣的快速控制原型機(jī)。

ECUCoder是基于MATLAB/Simulink的全自動(dòng)代碼生成工具，支持英飛凌、飛思卡爾、意法等知名廠家的汽車(chē)電控系統(tǒng)主流芯片，用于配置ECU控制算法模型并自動(dòng)生成產(chǎn)品代碼。

車(chē)輛控制系統(tǒng)的基本功能實(shí)現(xiàn)后，還需要對(duì)ECU的控制參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的優(yōu)化。MeCa是通用的ECU測(cè)量標(biāo)定工具，提供豐富的圖形控件和全圖形化的用戶界面，進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)顯示與標(biāo)定參數(shù)的在線調(diào)整。

3.2? 快速原型模式實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

以控制器快速原型開(kāi)發(fā)為理念的實(shí)踐教學(xué)依據(jù)“電子節(jié)氣門(mén)PID控制”實(shí)例，將實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)為Simulink模型搭建、全自動(dòng)代碼生成以及Meca標(biāo)定與測(cè)量三個(gè)階段。

Simulink模型搭建階段主要是利用RapidECU-EDU電控系統(tǒng)EDU控制器，同時(shí)聯(lián)合MATLAB/Simulink軟件進(jìn)行Simulink模型搭建。首先，安裝ECUCoder軟件，ECUCoder提供功能豐富的Simulink模塊庫(kù)，可以將EDU快速原型控制器集成于Simulink中，無(wú)須手動(dòng)集成和干預(yù);其次，進(jìn)入Simulink的ECUCoder for MPC56xx模塊庫(kù)，選擇Rapid-

ECUSetting模塊及EngineApplication模塊，即可以進(jìn)行快速原型控制器Simulink模型搭建;最后，根據(jù)“電子節(jié)氣門(mén)PID控制”的實(shí)踐要求，在功能模塊中導(dǎo)入加速踏板、節(jié)氣門(mén)以及電機(jī)等系統(tǒng)外接模塊，搭建電子節(jié)氣門(mén)PID控制模型。

全自動(dòng)代碼生成階段即利用全自動(dòng)代碼生成工具ECU0-Coder，利用Simulink模塊庫(kù)，通過(guò)用戶界面直觀地配置ECU控制算法模型，并由模型自動(dòng)生成產(chǎn)品代碼。

Meca標(biāo)定與測(cè)量階段即將生成的可執(zhí)行文件通過(guò)CAN適配器下載到EDU控制器硬件中，導(dǎo)入a2l標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，將上位機(jī)與EDU硬件通信，實(shí)現(xiàn)控制軟件的測(cè)量與標(biāo)定。

根據(jù)“電子節(jié)氣門(mén)PID控制”的實(shí)踐要求，即要求精確控制汽車(chē)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，使得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行于最佳工況。電子節(jié)氣門(mén)PID控制效果如圖2所示，可以看出，電子節(jié)氣門(mén)的位置信號(hào)完全可以實(shí)時(shí)地跟蹤上加速踏板的位置信號(hào)，系統(tǒng)能夠解決精確控制電子節(jié)氣門(mén)位置問(wèn)題。

4? 結(jié)束語(yǔ)

本文基于控制器快速原型模式的教學(xué)理念，設(shè)計(jì)了汽車(chē)電子電氣的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，并且通過(guò)“電子節(jié)氣門(mén)PID控制”具體實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明和驗(yàn)證?；诳刂破骺焖僭烷_(kāi)發(fā)的教學(xué)模式可以使學(xué)生掌握快速原型控制器、自動(dòng)代碼生成軟件、測(cè)量與標(biāo)定軟件等開(kāi)發(fā)工具的使用，自主完成汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，在實(shí)踐教學(xué)中更加深刻地領(lǐng)悟新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和測(cè)試流程。同時(shí)，能夠?yàn)檎n堂帶來(lái)豐富的基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，將教學(xué)和研究提升一個(gè)層次，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力?！?/p>

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