CN108146494A - Eps的电子控制单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种EPS的电子控制单元，包括：电源模块，其能提供多路电源，各路电源之间相互不影响，其具有外部硬件看门狗电路能对各路电源电压进行故障的监控，其具有自我上电初始诊断功能，若其诊断发生故障则禁止控制模块和预驱模块工作；控制模块，仅用一个具有校验核的多核MCU，该MCU在同一流水线上的相同状态stage在同一时刻可执行不同的指令；预驱模块，具有故障诊断保护功能，并可通过SPI与控制模块通讯进行故障处理；外围电路，包括冗余外围电路和检测诊断外围电路，冗余外围电路对EPS系统信号进行冗余保护，检测诊断外围电路对EPS系统信号进行检测判断故障。本发明的EPS的电子控制单元集成度高，生产成本低，并且能满足ASIL‑D标准。

Description

EPS的电子控制单元
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种EPS(电子助力转向系统)的电子控制单元。
背景技术
EPS(电动助力转向系统)主要是利用电机提供转向助力转矩，通过减速机构与驾驶员施加的转向力矩共同作用到转向管柱上，从而根据不同的车况为驾驶员提供相应的助力。电动助力转向系统结构如图1所示，由传统的机械转向系统(主要包括方向盘1、转向管柱4、中间轴5、转向横拉杆7转向器8、小齿轮9、转向节臂10、转向轮11)加装转角传感器2、减速机构3、扭矩传感器6、转向助力电机12和电子控制单元13等组成。
EPS在汽车中属于一个安全件，对其安全性能和可靠性要求极高，随着EPS在我国的装车率稳步向上，以及相关安全性国际标准如ISO26262在我国的推广，人们对EPS安全性的关注度也越来越高，要求也越来越规范化。以往装车的EPS虽然有一定安全方面的考虑，但由于技术的限制还不能完全满足ISO26262ASIL-D的要求，一方面是相关的硬件架构(比如通信、控制、反馈)无法实现。另一方面很多能够满足ASIL-D标准的集成芯片价格上高昂，无法满足大批量生产的要求。再有对ASIL-D的认知度是一个逐步成熟的过程，虽然ASIL-D的概念很早就提出来了，但目前国内还没有一款EPS产品通过ASIL-D的认证。随着安全标准的出台以及对相关安全设计认知的提高，整车厂开始对EPS产品需符合ASIL-D认证的要求也越来越高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生产成本低并且能满足ASIL-D标准EPS的电子控制单元。
为解决上述技术问题，本发明提供的EPS的电子控制单元，包括：电源模块、控制模块、预驱模块及外围电路；
电源模块，其能提供多路电源，各路电源之间相互不影响，其具有外部硬件看门狗电路能对各路电源电压进行故障的监控，其具有自我上电初始诊断功能，若其诊断发生故障则禁止控制模块和预驱模块工作；
控制模块，仅用一个具有校验核的多核MCU，该MCU在同一流水线上的相同状态stage在同一时刻能执行不同的指令；
预驱模块，具有故障诊断保护功能，并可通过SPI与控制模块通讯进行故障处理；
外围电路，包括冗余外围电路和检测诊断外围电路，冗余外围电路对EPS系统信号进行冗余保护，检测诊断外围电路对EPS系统信号进行检测判断故障。
进一步改进所述EPS的电子控制单元，所述电源模块采用宽范围开关频率，高效率的多电源输出芯片并通过电压闭环控制实现精确输出和诊断。
进一步改进所述EPS的电子控制单元，所述控制模块还具有冗余信息存储功能，反逻辑运算比较功能，并与其他模块物理隔离；
进一步改进所述EPS的电子控制单元，所述预驱模块能同时驱动H桥上的全部MOSFET和相线保护电路。
进一步改进所述EPS的电子控制单元，所述预驱模块故障诊断保护功能包括欠压检测、过压检测、过温检测、短路检测和晶振频率监控。
进一步改进所述EPS的电子控制单元，所述外围电路包括扭矩传感器信号冗余电路、电机位置传感器信号冗余电路、传感器电源冗余电路和电机相线短路保护电路。
本发明通过硬件结构的合理设计使本发明EPS的电子控制单元能满足ASIL-D标准，提高EPS系统的安全性。本发明通过硬件结构的合理设计尽可能的节约了芯片的数量，进而降低了生产成本。本发明通过硬件结构的合理设计提高了集成度，有利于小型化，有利于产品的批量生产和广泛推广。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是EPS结构示意图。
图2是本发明电子控制单元硬件架构示意图。
具体实施方式
如图2所示，本发明提供的EPS的电子控制单元，包括：电源模块、控制模块、预驱模块及外围电路；附图中Q字母标注的代表各MOSFET，R字母标注的代表各电阻，
本发明的电源模块U1取代了传统采用多个独立LDO(Low dropout regulator)的方案。传统的LDO方案通常只有一些简单的如过压，短路保护措施，本发明的电源模块不仅能提供多路电源供应，各路电源间相互不影响，即一路失效不会对其他路电源造成影响，还可对各路输出的电源电压做各种故障的监控。电源模块为控制模块提供了外部硬件看门狗电路，可实现对控制模块软件运行的有效监控，避免控制模块因软件陷入死循环或混乱而出现失控状态的发生。上电伊始电源模块可对自身进行各种初始诊断，如果发现故障，它可通过Safe state1和Safe state2两个管脚去禁止控制模块和预驱模块的工作，从而可有效避免EPS处于不确定的状态，进而达到安全保护的目的。电源模块可采用InfineonTLF35584
本发明的控制模块U2相较于传统采用主辅MCU(两个MCU的架构，主MCU负责控制管理，辅MCU负责监控)的架构，取消了主辅MCU间的通讯线路，这样一方面提高了MCU运行的效率和监控的实时性，另一方面提高了产品的抗干扰能力，并且节约了PCB的布置空间，有利于小型化提高集成度。本发明的控制模块是一个多核MCU，在MCU内部设一个校验核(checker core)，通常也称锁步核(lockstep core)，该锁步核可检查主核在执行指令时有没有异常，两核在同一流水线上的相同状态stage在同一时刻执行不同的指令，可避免主核和从核在相同的干扰下不能正确识别出错误的状态出现，提高了系统运行的可靠性。再有，控制模块在如RAM，FLASH设置冗余信息存储，并将其与其他模块物理隔离，设置反逻辑运算比较等涉及安全的功能。本发明的控制模块可采用Infineon TC264D
预驱模块U3可同时驱动H桥上的6个MOSFET和相线保护电路所用的3个MOSFET，集成度更高，也便于集中控制。预驱模块具有各种故障诊断保护功能如欠压检测，过压检测，过温检测，短路检测，晶振频率监控等，并可通过SPI与管理模块通讯实现有效的故障处理。本发明的预驱模块可采用TOSHIBA TB9081FG
外围电路，包括冗余外围电路和检测诊断外围电路，冗余外围电路对EPS系统信号进行冗余保护，检测诊断外围电路对EPS系统信号进行检测判断故障。
所述外围电路包括扭矩传感器信号冗余电路、电机位置传感器信号冗余电路、传感器电源冗余电路和电机相线短路保护电路。
扭矩传感器信号冗余电路对于扭矩传感器信号是以差分信号形式通过两个通道提供的给控制模块(图2中IC100，IC200)，两路信号T1，T2由两个芯片分别提供，且对这两个芯片分别供电(图2中AVCC1，AVCC2)，从而保证即使当一路扭矩信号因电源供电或芯片故障失效后，还可通过另一路信号进行信号的判断进而做相应的保护处理。
电机位置传感器信号冗余电路对于电机位置传感器信号采用是两个通道冗余校验方式(图2中ICA，ICB)，且两路信号形式不同，其中一路通过Sine，Cosine信号形式提供电机位置信息，另一路则通过PWM形式提供电机位置信息，两个通道也是独立的电源供电(图2中AVCC1，AVCC2)，给控制模块这样既可以实现两路信号的相互校验，另一方面也会保证当一路信号出现故障后，还可通过另一路判断出电机位置信息，从而可让车辆有效行驶到安全区域，最大限度保护了驾驶员的安全。
传感器电源冗余电路对于提供传感器的电源AVCC1，AVCC2除了通过电源模块U1做电源电压的诊断外，还通过两组电阻网络R21，R22和R31，R32由控制模块U2进行冗余判断，进一步确保供给传感器的电源电压能够在出现问题时及时、准确的诊断出来，从而进行相应的安全保护处理。
在EPS工作过程中，如果出现三相电机的两个相线间短路，在中性点不接地情况下，电机会有负序电流流过，并产生制动力矩，这会造成方向盘卡死进而影响驾驶员安全的严重故障。为避免此故障的发生，本发明设置相线保护电路，当产品一旦诊断出电机相线有短路情况发生时，就会通过图2中的Q7，Q8，Q9切断电机的各个相线，使电动助力切换成手动助力模式，确保方向盘仍可转动，从而提高了系统的安全性。为了提高产品的安全性和稳定性，还采用了电流闭环控制和电压闭环控制，通过这两个闭环控制的实时检测可有效保证输出电流的大小，以及有效判断H桥MOSFET，相线保护电路MOSFET是否处于正常状态。
以上通过具体实施方式和实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种EPS的电子控制单元，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、预驱模块及外围电路；
电源模块，其能提供多路电源，各路电源之间相互不影响，其具有外部硬件看门狗电路能对各路电源电压进行故障的监控，其具有自我上电初始诊断功能，若其诊断发生故障则禁止控制模块和预驱模块工作；
控制模块，仅用一个具有校验核的多核MCU，该MCU在同一流水线上的相同状态stage在同一时刻能执行不同的指令；
预驱模块，具有故障诊断保护功能，并可通过SPI与控制模块通讯进行故障处理；
外围电路，包括冗余外围电路和检测诊断外围电路，冗余外围电路对EPS系统信号进行冗余保护，检测诊断外围电路对EPS系统信号进行检测判断故障。
2.如权利要求1所述EPS的电子控制单元，其特征在于：所述电源模块采用宽范围开关频率，多电源输出芯片并通过电压闭环控制实现输出和诊断。
3.如权利要求1所述EPS的电子控制单元，其特征在于：所述控制模块还具有冗余信息存储功能，反逻辑运算比较功能，并与其他模块物理隔离。
4.如权利要求1所述EPS的电子控制单元，其特征在于：所述预驱模块能同时驱动H桥上的全部MOSFET和相线保护电路。
5.如权利要求1所述EPS的电子控制单元，其特征在于：所述预驱模块故障诊断保护功能包括欠压检测、过压检测、过温检测、短路检测和晶振频率监控。
6.如权利要求1所述EPS的电子控制单元，其特征在于：所述外围电路包括扭矩传感器信号冗余电路、电机位置传感器信号冗余电路、传感器电源冗余电路和电机相线短路保护电路。
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