用于高品质电动汽车的分布式并行计算

用于高品质电动汽车的分布式并行计算

直流-直流（DC-DC）转换器是电动汽车中重要的能量转换装置，性能好坏直接影响电动车的运行状况。这使得对DC-DC转换器的控制变得十分重要，通常采用中央处理器对其进行控制。随着电动汽车行业的发展，电动汽车电气系统的复杂性急剧增加，相应DC-DC转换器的复杂性也急剧增加。为了提高电动汽车的品质、改善DC-DC转换器处理性能，需要相应提高对DC-DC转换器的控制。通过改善中央处理器的性能来实现该目标往往会带来高昂的成本，可靠性也有可能降低。如果能通过改进处理方式，使用低成本微控制器来实现该目标，则在优化DC-DC转换器性能的同时，还能够降低成本，有利于市场竞争。对此，通过采用分布式并行计算方法，使用多个低成本微控制器代替原有的中央处理器，对DCDC转换器进行控制。

采用低成本微控制器代替原有的中央处理器时，需要对DCDC转换器的功能进行分析，可将其功能概括为升压/降压和稳压。因而可采用低成本微控制器对DC-DC转换器的功能进行独立控制。本文设计了2种微控制器来控制架构：第一种采用2个微控制器分别对2种功能进行控制，2者需同步进行。第二种采用3个微控制器，其中2个进行2种功能的控制，而第3个微控制器则进行上2个微控制器的异步控制，控制方法采用分布式并行计算方法。这两种架构均采用串行数据接口协议进行微控制器间的通信。通过硬件在环试验对这2种架构进行分析，采用一个额定功率为14.4kW的永磁直流电机，并通过比例积分微分（PID）控制器对电机进行控制。采用新欧洲测试循环，记录电机运行时微控制器产生信号的时间。结果显示：与采用中央处理器控制架构相比，采用2个微控制器架构能够将处理速度提高5倍；而采用3个微控制器架构并采用分布式并行计算方法能够将处理速度提高10倍。

Victor W.G.Azevedo et al. 2015 Euromicro Conference on Digital System Design, Madeira Aug.26-28,2015.

编译：张振伟