CN106864584A - 一种eps控制器无刷电机相线隔离电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路，包括用于内部软件、标定数据和驱动桥外围电路故障检测的MCU1和用于内部软件、标定数据和CAN总线通讯检测的MCU2，MCU1通过驱动电路与场效应管Q502相连接，MCU2通过驱动电路与场效应管Q501相连接，继电器RL50、RL51的高边驱动分别与场效应管Q502相连接，继电器RL50、RL51的低边驱动分别与场效应管Q501相连接，继电器RL50与无刷电机的相线一相连，继电器RL51与无刷电机的相线二相连。本发明可以确保MOSFET驱动桥在工作前进行完整的故障模式检测，从而确保助力电机不会因为驱动故障而出现电机卡死现象，导致驾驶员打不动方向的情况发生。一旦出现严重驱动故障，电机处于自由状态，驾驶员可以通过转向系统的机械连接打方向。
Description
技术领域
本发明涉及汽车电动助力转向系统领域，尤其是指一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路及控制方法。
背景技术
随着整车智能化程度的提高以及未来自动驾驶的需要，汽车使用无刷电机助力转向系统将是必然趋势，作为转向系统执行机构的电动转向系统，其安全性至关重要，但是现有的电动转向系统，转向系统控制器对无刷电机的控制一般没有冗余设计，控制器和无刷电机之间没有相线隔离的设计，容易产生危险。中国专利公开号205186266U，公开日2016年4月27日，名称为“一种含有备用芯片的电子助力转向系统控制器”的实用新型专利中公开了一种含有备用芯片的电子助力转向系统控制器，电子助力转向系统控制器还包括N个备用芯片，N>2；所述备用芯片分别连接输入处理模块和输出控制模块；所述输出控制模块与芯片之间还连接有比较器。不足之处在于，该实用新型需要N个备用芯片，成本较高，且只有在主芯片发生故障时才启用备用芯片，不能起到预警的效果。且芯片的故障识别具有未知判定状态，主、备用芯片的目的在于时系统始终处于工作模式，与故障模式处理是一个相反的方向。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中电动转向系统中转向系统控制器对无刷电机的控制一般没有冗余设计，控制器和无刷电机之间没有相线隔离的设计，容易产生危险缺点（如电机两线短路导致电机卡死情况等），提供一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路及控制方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路，用于汽车电子助力转向系统，包括用于内部软件、标定数据和驱动桥外围电路故障检测的MCU1和用于内部软件、标定数据和CAN总线通讯（用于发动机状态检测和车速信号的接收）的MCU2，MCU1通过驱动电路与场效应管Q502相连接，MCU2通过驱动电路与场效应管Q501相连接，继电器RL50、RL51的高边驱动分别与场效应管Q502相连接，继电器RL50、RL51的低边驱动分别与场效应管Q501相连接，继电器RL50与无刷电机的相线一相连，继电器RL51与无刷电机的相线二相连。
继电器用于控制无刷电机的相线通断，MCU 1和MCU 2通过控制继电器RL50和继电器RL51而具备控制无刷电机通断的能力。由于MOSFET驱动桥是基于PWM的时序控制逻辑，其导通前需进行严格的初始化检测。通过设置继电器RL50和继电器RL51进行了相线隔离，可以确保MOSFET驱动桥在工作前进行完整的故障模式检测（如MOSFET的驱动故障、继电器的粘滞等），而不会因为控制器内部故障导致MOSFET短路，从而确保助力电机不会因为MOSFET短路等驱动故障而出现电机卡死现象，导致驾驶员打不动方向的情况发生。一旦出现严重驱动故障，继电器RL50、RL51断开，电机处于自由状态，驾驶员可以通过转向系统的机械连接打方向。
作为一种优选方案，MCU1和MCU2之间还设有通信线，MCU1和MCU2通过数据线进行数据通信。MCU1和MCU2进行上电初始化检验时，通过数据通信进行互相校验，如果任何一方出现校验错误时，该MCU对错误进行等级分类。如果错误等级达到助力故障时，该MCU禁止继电器的导通。
一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，MCU1和MCU2上电初始化；
步骤2，MCU1对内部软件、标定数据和驱动桥外围电路进行故障检测，当MCU1检测内部软件、标定数据无异常即无助力故障时MCU1的RLY_HSD脚输出低电平，MCU1检测驱动桥外围电路无驱动故障时MCU1的RLY_LSD_PWM脚输出高电平；
步骤3，MCU2对内部软件、标定数据和CAN总线通讯（发动机状态和车速信号的丢失或无效）进行故障检测，当MCU2检测内部软件、标定数据无异常即无助力故障时MCU2的RLY_DRV_DIS脚输出低电平；
步骤4，当RLY_HSD脚输出低电平、MCU1的RLY_LSD_PWM脚输出高电平且RLY_DRV_DIS脚输出低电平时，场效应管Q502和场效应管Q501导通，然后继电器RL50和继电器RL51导通，无刷电机相线导通，其他情况下继电器RL50和继电器RL51不导通，无刷电机相线不导通。
作为一种优选方案，步骤1中还包括MCU1还对MCU2进行安全监控，MCU2还对MCU1进行安全监控，MCU1和MCU2在运行过程中通过SPI进行的变量数据传输给对方，接收方用收到的数据进行算法运算，并将运算后的结果与收到的结果进行比对校核，若MCU 1和MCU 2 上电初始化校验中的错误代码较低或无故障，跳转至步骤1，若MCU 1和MCU 2 上电初始化校验中的错误代码较高，则发出报警提醒相关人员且电机相线不导通。
作为一种优选方案，在无刷电机上电工作的过程中，若电子助力转向系统发现错误，实时对错误进行故障等级分类，等级1故障将作为故障信息被记录，不产生助力的限制，等级2故障则使该MCU运行模式降级，与此同时，另外一个MCU也会将运行模式降级，无刷电机助力将以限制百分比模式输出；等级3故障则使该MCU运行模式降级，与此同时，另外一个MCU也会将运行模式降级，无刷电机相线被隔离继电器断开无助力输出，转向系统处于物理机械连接驱动模式。
作为一种优选方案，等级1故障包括CAN消息丢失故障、CAN信号无效故障、CAN总线关闭故障、角度传感器信号不稳定故障；等级2故障包括ECU电压供电过高或过低故障、转向手感参数选择故障、扭矩传感器信号不稳定故障、角度传感器信号故障和内部标定参数校验错误；等级 3故障包括电机故障、扭矩传感器信号故障、隔离继电器粘滞故障、系统程序故障、内部程序参数校验错误故障和控制电路故障。
本发明的有益效果是，通过设置继电器RL50和继电器RL51进行了相线隔离，可以确保MOSFET驱动桥在工作前进行完整的故障模式检测，而不会因为控制器内部故障导致MOSFET短路，从而确保助力电机不会因为MOSFET短路而出现卡死现象，导致驾驶员打不动方向的情况发生。同时双MCU的故障模式设计实现了实时同步校验运算，在保证车辆安全的情况下提供限制后的助力和转向系统的物理机械连接，确保车辆安全行驶到家。
附图说明
图1是本发明的一种电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路，如图1所示，包括用于内部软件、标定数据和驱动桥外围电路故障检测的MCU1和用于内部软件、标定数据和CAN总线通讯（用于发动机状态检测和车速信号的接收）的MCU2，MCU1通过驱动电路与场效应管Q502相连接，MCU2通过驱动电路与场效应管Q501相连接，继电器RL50、RL51的高边驱动分别与场效应管Q502相连接，继电器RL50、RL51的低边驱动分别与场效应管Q501相连接，继电器RL50与无刷电机的相线一相连，继电器RL51与无刷电机的相线二相连。MCU1和MCU2之间还设有通信线，MCU1和MCU2通过数据线进行数据通信。
一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路的控制方法，包括以下步骤：
步骤1，MCU1和MCU2上电初始化；
步骤2，MCU1对内部软件、标定数据和驱动桥外围电路进行故障检测，当MCU1检测内部软件、标定数据无异常即无助力故障时MCU1的RLY_HSD脚输出低电平，MCU1检测驱动桥外围电路无驱动故障时MCU1的RLY_LSD_PWM脚输出高电平；MCU1还对MCU2进行安全监控，MCU2还对MCU1进行安全监控，MCU1和MCU2在运行过程中通过SPI进行的变量数据传输给对方，接收方用收到的数据进行算法运算，并将运算后的结果与收到的结果进行比对校核，若MCU 1和MCU 2 上电初始化校验中的错误代码较低或无故障，跳转至步骤1，若MCU 1和MCU 2 上电初始化校验中的错误代码较高，则发出报警提醒相关人员且电机相线不导通。
步骤3，MCU2对内部软件、标定数据和CAN总线通讯（发动机状态和车速信号）进行故障检测，当MCU2检测内部软件、标定数据无异常即无助力故障时MCU2的RLY_DRV_DIS脚输出低电平；
步骤4，当RLY_HSD脚输出低电平、MCU1的RLY_LSD_PWM脚输出高电平且RLY_DRV_DIS脚输出低电平时，场效应管Q502和场效应管Q501导通，然后继电器RL50和继电器RL51导通，无刷电机相线导通，其他情况下继电器RL50和继电器RL51不导通，无刷电机相线不导通。
在无刷电机上电工作的过程中，若电子助力转向系统发现错误，实时对错误进行故障等级分类，等级1故障将作为故障信息被记录，不产生助力的限制，等级2故障则使该MCU运行模式降级，与此同时，另外一个MCU也会将运行模式降级，无刷电机将以限制百分比模式输出，等级3故障则使该MCU运行模式降级，与此同时，另外一个MCU也会将运行模式降级，无刷电机相线被隔离继电器断开无助力输出，转向系统处于物理机械连接驱动模式。等级1故障包括CAN消息丢失故障、CAN信号无效故障、CAN总线关闭故障、角度传感器信号不稳定故障；等级2故障包括ECU电压供电过高或过低故障、转向手感参数选择故障、扭矩传感器信号不稳定故障、角度传感器信号故障和内部标定参数校验错误；等级3故障包括电机故障、扭矩传感器信号故障、隔离继电器粘滞故障、系统程序故障、内部程序参数校验错误故障和控制电路故障。
Claims (6)
1.一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路，用于汽车电子助力转向系统，其特征是，包括用于内部软件、标定数据和驱动桥外围电路故障检测的MCU1和用于内部软件、标定数据和CAN总线通讯检测的MCU2，MCU1通过驱动电路与场效应管Q502相连接，MCU2通过驱动电路与场效应管Q501相连接，继电器RL50、RL51的高边驱动分别与场效应管Q502相连接，继电器RL50、RL51的低边驱动分别与场效应管Q501相连接，继电器RL50与无刷电机的相线一相连，继电器RL51与无刷电机的相线二相连。
2.根据权利要求1所述的一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路，其特征是，所述的MCU1和MCU2之间还设有通信线，MCU1和MCU2通过数据线进行数据通信。
3.一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1，MCU1和MCU2上电初始化；
步骤2，MCU1对内部软件、标定数据和驱动桥外围电路进行故障检测，当MCU1检测内部软件、标定数据无异常即无助力故障时MCU1的RLY_HSD脚输出低电平，MCU1检测驱动桥外围电路无驱动故障时MCU1的RLY_LSD_PWM脚输出高电平；
步骤3，MCU2对内部软件、标定数据和CAN总线通讯进行故障检测，当MCU2检测内部软件、标定数据无异常即无助力故障时MCU2的RLY_DRV_DIS脚输出低电平；
步骤4，当RLY_HSD脚输出低电平、MCU1的RLY_LSD_PWM脚输出高电平且RLY_DRV_DIS脚输出低电平时，场效应管Q502和场效应管Q501导通，然后继电器RL50和继电器RL51导通，无刷电机相线导通，其他情况下继电器RL50和继电器RL51不导通，无刷电机相线不导通。
4.根据权利要求3所述的一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路的控制方法，其特征是，步骤1中还包括MCU1还对MCU2进行安全监控，MCU2还对MCU1进行安全监控，MCU1和MCU2在运行过程中通过SPI进行的变量数据传输给对方，接收方用收到的数据进行算法运算，并将运算后的结果与收到的结果进行比对校核，若MCU 1和MCU 2 上电初始化校验中的错误代码较低或无故障，跳转至步骤1，若MCU 1和MCU 2 上电初始化校验中的错误代码较高，则发出报警提醒相关人员且电机相线不导通。
5.根据权利要求4所述的一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路的控制方法，其特征是，在无刷电机上电工作的过程中，若电子助力转向系统发现错误，实时对错误进行故障等级分类，等级1故障将作为故障信息被记录，不产生助力的限制，等级2故障则使该MCU运行模式降级，与此同时，另外一个MCU也会将运行模式降级，无刷电机助力将以限制百分比模式输出；等级3故障则使该MCU运行模式降级，与此同时，另外一个MCU也会将运行模式降级，无刷电机相线被隔离继电器断开无助力输出，转向系统处于物理机械连接驱动模式。
6.根据权利要求5所述的一种EPS控制器无刷电机相线隔离电路的控制方法，其特征是，等级1故障包括CAN消息丢失故障、CAN信号无效故障、CAN总线关闭故障、角度传感器信号不稳定故障；等级2故障包括ECU电压供电过高或过低故障、转向手感参数选择故障、扭矩传感器信号不稳定故障、角度传感器信号故障和内部标定参数校验错误；等级 3故障包括电机故障、扭矩传感器信号故障、隔离继电器粘滞故障、系统程序故障、内部程序参数校验错误故障和控制电路故障。
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Denomination of invention: A Phase Line Isolation Circuit and Control Method for EPS Controller Brushless Motor Granted publication date: 20180928 Pledgee: Zhejiang Fuyang Rural Commercial Bank branch Limited by Share Ltd. Silver Lake Pledgor: ZHEJIANG HANGQU AUTOMOBILE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980003084 |
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