ATmega16 würde ich auch empfehlen. Es wird allerdings eng von den verfügbaren Ports her wenn alles was du aufgeschrieben hast mit auf die Platine soll.
-> event. irgendwelche Portexpander....

Sensoren wie den IS471 sollten nicht auf die Platine, da man sonst schon sehr festgelegt ist wie die Platine eingebaut wird.

Wie sollte denn eine Akku Ladereglung aussehen ?? Event. würde es ja schon reichen wenn man einfach den Gesamtstromverbrauch, den Stromverbrauch der Motoren und die Spannung des Akku misst.

Was auf jeden Fall noch sein sollte ist die Möglichkeit mehrere Platinen über ein Netzwerk zu verbinden. Also noch RS485 oder CAN.

Größe:
Ich wäre für 80x100mm, also 1/2 Eurokarte. Dann ist es nicht zu groß und lässt sich vor allem noch mit der Freewareversion von Eagle erstellen, allerdings wird die Platine dann auf jeden Fall doppelseitig....

Ansonsten finde ich die Idee von der zweigeteileten Platine gar nicht schlecht. Auf der unteren die Leistungselektronik, auf der oberen der Controller usw.

MfG Kjion