CN105182855A - Dsp芯片出现失效时保护的汽车控制器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器及其控制方法，该汽车控制器包括速度传感器等，微处理器模块与MOSFET驱动电路连接；电流电压温度检测电路、调速刹车信号控制器、速度检测电路、外看门狗电路、档位输入器都与微处理器模块连接；微处理器模块与接触器驱动电路连接；接触器驱动电路与档位输入器、外看门狗电路、MOSFET驱动电路连接；速度检测电路与速度传感器连接；速度传感器与直流电机连接。本发明实现对汽车控制进行实时监控，提高控制器的安全可靠性和稳定性。

Description

DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种DSP（DigitalSignalProcessing，数字信号处理）芯片出现失效时保护的汽车控制器及其控制方法。

背景技术

电动汽车主要由电力驱动子系统、能源子系统和辅助子系统三部分组成。电动汽车控制器是整个汽车的核心部件，评测采集加速踏板信号，制动踏板信号，倒车信号等驾驶员行为，根据控制策略控制各动力部件的动作，驱动汽车正常行驶。由于电动的电气系统较复杂，电动汽车在行驶过程中会因为电路的问题而出现故障，为了确保在微处理器模块出现严重的故障而导致整个芯片失效时系统可自动恢复，设计中十分重视电路的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器及其控制方法，其实现对汽车控制进行实时监控，提高控制器的安全可靠性和稳定性。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本发明提供一种DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器，其特征在于，其包括速度传感器、直流电机、电流电压温度检测电路、调速刹车信号控制器、速度检测电路、保护电路、外看门狗电路、档位输入器、接触器驱动电路、微处理器模块、MOSFET驱动电路、斩波器、蓄电池组、辅助电源、电压监控模块，微处理器模块与MOSFET驱动电路连接；电流电压温度检测电路、调速刹车信号控制器、速度检测电路、外看门狗电路、档位输入器都与微处理器模块连接；微处理器模块与接触器驱动电路连接；接触器驱动电路与档位输入器、外看门狗电路、MOSFET驱动电路连接；速度检测电路与速度传感器连接；速度传感器与直流电机连接；斩波器与直流电机、电流电压温度检测电路、MOSFET驱动电路、蓄电池组连接；蓄电池组与辅助电源连接，电压监控模块与蓄电池组连接。

本发明还提供一种DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：微处理器模块产生的信号经过隔离、放大后驱动斩波器，斩波器对蓄电池组进行斩波并控制直流电机转速，并实现再生制动；直流电机的电压、电流、速度这些信号经过电流电压温度检测电路进行相应的调理后输入到微处理器模块；微处理器模块对斩波器的电流、电压、温度和对直流电机的速度进行检测，以对斩波器进行调控和保护，对直流电机的速度进行检测和控制，并为实现复杂的控制策略提供支持；速度传感器采集速度信号实现失控保护、平稳启动、上坡启动防滑和提供用户速度信息等功能并送到微处理器模块；调速信号和刹车信号分别由调速踏板和刹车踏板产生，经过调速刹车信号控制器的调理之后送给微处理器模块；辅助电源包括为外围控制电路供电的与功率回路共地的非隔离电源和为核心控制电路供电的隔离电源两部分；外看门狗电路确保在微处理器模块出现严重的故障而导致整个芯片失效时系统可自动恢复。

本发明的积极进步效果在于：本发明实现对汽车控制进行实时监控，提高控制器的安全可靠性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的创新原理，下面结合附图对其示例性实施进行描述。

图1为本发明的电动汽车控制器的结构原理图；

图2为控制器启动流程图；

图3为本发明启动检测流程图。

图4为本发明启动完成流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器包括速度传感器1、直流电机2、电流电压温度检测电路3、调速刹车信号控制器4、速度检测电路5、保护电路6、外看门狗电路7、档位输入器8、接触器驱动电路9、微处理器模块10、MOSFET驱动电路11、斩波器12、蓄电池组13、辅助电源14、电压监控模块15，微处理器模块10与MOSFET驱动电路11连接；电流电压温度检测电路3、调速刹车信号控制器4、速度检测电路5、外看门狗电路7、档位输入器8都与微处理器模块10连接；微处理器模块10与接触器驱动电路9连接；接触器驱动电路9与档位输入器8、外看门狗电路7、MOSFET驱动电路11连接；速度检测电路5与速度传感器1连接；速度传感器1与直流电机2连接；斩波器12与直流电机2、电流电压温度检测电路3、MOSFET驱动电路11、蓄电池组13连接；蓄电池组13与辅助电源14连接，电压监控模块15与蓄电池组13连接。

DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器需要多个不同电压的电源，设计中使用一个+15V的电压源给控制电路的外围电路供电，使用一个隔离的+5V电压源为控制电路核心部分供电。另外，DSP正常工作需要+3.3V为片内设备供电和+1.8V为芯片内核供电。由此，控制器共需要+15V、+5V、+3.3V和+1.8V四个电压源。速度检测电路将从电机电测到的信号反馈给微处理器模块处理。保护电路具有过流、过压、欠压、过载、超速、过温等保护功能，提高了控制系统的可靠性。接触器驱动电路控制功率回路的开通与关断。MOSFET驱动电路驱动直流电机的作用。

本发明DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器的控制方法包括以下步骤：微处理器模块产生的信号经过隔离、放大后驱动斩波器，斩波器对蓄电池组进行斩波并控制直流电机转速，并实现再生制动；直流电机的电压、电流、速度这些信号经过电流电压温度检测电路进行相应的调理后输入到微处理器模块；微处理器模块对斩波器的电流、电压、温度和对直流电机的速度进行检测，以对斩波器进行调控和保护，对直流电机的速度进行检测和控制，并为实现复杂的控制策略提供支持；速度传感器采集速度信号实现失控保护、平稳启动、上坡启动防滑和提供用户速度信息等功能并送到微处理器模块；调速（油门）信号和刹车信号分别由调速踏板和刹车踏板产生，经过调速刹车信号控制器的调理之后送给微处理器模块；辅助电源包括为外围控制电路供电的与功率回路共地的非隔离电源和为核心控制电路供电的隔离电源两部分；外看门狗电路确保在微处理器模块出现严重的故障而导致整个芯片失效时系统可自动恢复。

其中对电流、电压和温度等信号使用转换器进行采样量化。隔离电源能有效的提高电路运行的稳定性，提高系统抗干扰能力。电压监控模块15主要用于监控控制器的+15V和+5V电源，当控制器发生部分短路、负载过大、电源模块故障或者蓄电池组的电源严重下降时可能发生电源电压下降。由于+15V与+5V是隔离的两个电源，要分别进行监控。外看门狗电路用于防止微处理器模块彻底失效。在正常工作时，DSP通过某个IO引脚，按一定的周期对外看门狗电路复位以防止其产生复位信号。而当DSP彻底失效时，DSP的IO引脚可能处于高电平、低电平或是高阻状态。外看门狗电路必须保证无论DSP引脚处于那种情况下都能成功对DSP进行复位。斩波器不但能够兼容串励和他励直流电机，而且具备再生制动功能。

由于汽车需要频繁的加速减速和起停操作，本发明DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器具有再生制动功能，最大限度的节约电池电能，提高汽车的续航里程。该发明能增强控制器的抗干扰能力，提高控制器的可靠性。为了确保在微处理器模块出现严重的故障而导致整个芯片失效时系统可自动恢复，控制器采用外看门狗电路。当微处理器模块失效时，外看门狗电路可复位微处理器模块，并且即使微处理器模块被损毁，由于外看门狗电路不断复位，控制器的输出可被关闭。本发明保护微处理器模块不被过冲电压和电流损坏，同时对增强系统抗干扰。当微处理器模块完全失效时外看门狗电路可复位，使得控制器恢复正常；即使微处理器模块被损毁，由于外看门狗电路不断复位，控制器的输出可被关闭（微处理器模块复位期间控制器的输出被关闭）。这样，在最严重的芯片故障发生时仍可确保电动汽车系统的安全。微处理器模块通过I/O喂狗，否则外看门狗电路将复位；本发明将控制回路功率回路隔离开来。控制器对功率斩波器的电流、电压、温度和对电机的转速进行检测，以对斩波器进行调控和保护，对电机速度进行检测和控制，信号调理电路对电流、电压和温度等模拟信号经过转换器进行采样量化。外部设备短路、过载、开路等状态，均有相应实时报警信号和处理措施。接触器驱动电路串联在控制控制器功率回路中，微处理器模块通过驱动接触器线圈，以控制功率回路的开通与关断。控制器能够监测控制器端口输入与输出的工作状态，并将其工作状态信息使用CAN总线发送出去，更方便维修与分析、解决电器故障。

本发明采用了ADM705芯片作为电压监控和外看门狗电路的核心，工作电压为5V，当电压低于4.65V时，复位引脚输出低电平，实现对+5V电源电压的监控。WDI引脚作为复位外看门狗电路的输入，该引脚上的任何电压跳变都可以使看门狗定时器复位。若看门狗定时器溢出，则WDO引脚变低。设计中将它直接与手动复位端MR引脚相连，因此看门狗溢出也会导致复位引脚变低。将芯片的复位引脚和PFO引脚通过两个二极管连到一起，使得无论＋5V或看门狗溢出都将导致DSP复位。控制器启动过程主要是初始化设备和自检，其流程如图2所示，其中左图为DSP自检流程，启动后首先进行DSP自检，主要检测RAM和FLASH是否正常，检测通过对随机生成的地址进行读写操作来实现。然后是DSP内部外围设备及全局变量的初始化，使系统处于一个确定的初始状态，设备初始化过程顺序包括：非使能看门口，初始化时钟，关闭中断，初始化PIE，初始化IO，初始化CAN，初始化定时器，初始化EV，初始化SPI，初始化扩展接口，初始化全局变量，使能中断等部分；在初始化化之前先要关闭内部看门狗、关屏蔽所有中断，并且在初始化过程中需要喂外部看门狗。初始化结束后需要使能中断，以接受外设中断。DSP初始化完成后即对控制器的控制电路和功率电路进行检测，以保证个功能模块工作正常。主要的检测模块有AD转换模块、温度检测模块、档位输入、油门/刹车模块、限流参考电路、电源模块、MOSFET模块和接触器驱动等。每个模块的自检流程为执行自检，如果自检通过则继续检测下一个模块，如过检测没有通过，则记录保存故障，同时通过CAN总线通知上位机。之后再次执行自检，如此循环直到自检通过。故障只记录一次，并且模块最后自检通过后需要将故障归列为历史故障（已经解决的故障）。控制器启动流程主要包括以下步骤：步骤110，启动，转步骤120。步骤120，DSP自检，转步骤130。步骤130，设备初始化，转步骤140。步骤140，控制器电路自检，转步骤150.步骤150，启动检测，转步骤160。步骤160，启动完成，转步骤170。步骤170，主循环。步骤120DSP自检又包括以下步骤：步骤121，FLASH测试，转步骤122。步骤122，判断测试是否通过，是则转步骤123，否则转步骤121。步骤123，RAM测试，转步骤124。步骤124，判断测试是否通过，是则转步骤125，否则转步骤123。步骤125，结束。

启动检测主要最后检查是否有油门或刹车是信号输入，防止误操作而导致事故发生，其处理流程如图3所示。启动检测流程包括以下步骤：步骤210，启动检测，转步骤220。步骤220，判断是否油门输入，是则转步骤230，否则转步骤240。步骤230，释放油门，转步骤220。步骤240，刹车有输入，是则转步骤250，否则转步骤270。步骤250，允许刹车启动，否则转步骤260，是则转步骤270。步骤260，释放刹车。步骤270，结束。

启动完成是启动过程的最后一个步骤，主要是使能内部看门狗，打开主接触器，报告完成启动等，流程如图4所示。启动完成流程包括以下步骤：步骤310，启动完成，转步骤320。步骤320，打开主接触器，转步骤330。步骤330，使能看门狗，转步骤340。步骤340，启动完成，转步骤350。步骤350，结束。

以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器，其特征在于，其包括速度传感器、直流电机、电流电压温度检测电路、调速刹车信号控制器、速度检测电路、保护电路、外看门狗电路、档位输入器、接触器驱动电路、微处理器模块、MOSFET驱动电路、斩波器、蓄电池组、辅助电源、电压监控模块，微处理器模块与MOSFET驱动电路连接；电流电压温度检测电路、调速刹车信号控制器、速度检测电路、外看门狗电路、档位输入器都与微处理器模块连接；微处理器模块与接触器驱动电路连接；接触器驱动电路与档位输入器、外看门狗电路、MOSFET驱动电路连接；速度检测电路与速度传感器连接；速度传感器与直流电机连接；斩波器与直流电机、电流电压温度检测电路、MOSFET驱动电路、蓄电池组连接；蓄电池组与辅助电源连接，电压监控模块与蓄电池组连接。

2.一种DSP芯片出现失效时保护的汽车控制器的控制方法，其特征在于，其包括以下步骤：微处理器模块产生的信号经过隔离、放大后驱动斩波器，斩波器对蓄电池组进行斩波并控制直流电机转速，并实现再生制动；直流电机的电压、电流、速度这些信号经过电流电压温度检测电路进行相应的调理后输入到微处理器模块；微处理器模块对斩波器的电流、电压、温度和对直流电机的速度进行检测，以对斩波器进行调控和保护，对直流电机的速度进行检测和控制，并为实现复杂的控制策略提供支持；速度传感器采集速度信号实现失控保护、平稳启动、上坡启动防滑和提供用户速度信息等功能并送到微处理器模块；调速信号和刹车信号分别由调速踏板和刹车踏板产生，经过调速刹车信号控制器的调理之后送给微处理器模块；辅助电源包括为外围控制电路供电的与功率回路共地的非隔离电源和为核心控制电路供电的隔离电源两部分；外看门狗电路确保在微处理器模块出现严重的故障而导致整个芯片失效时系统可自动恢复。