CN108604083A - 具有集成的反向再生支持件的外部监视器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动助力转向设备,该电动助力转向设备用于通过将由电动马达产生的扭矩赋予转向机构来辅助机动车辆的转向,该设备包括:·转向控制器,该转向控制器通过微控制器MCU和监视器WD接收表示至少施加至方向盘的扭矩的信号并确定目标马达扭矩;·马达控制器,该马达控制器包括逆变器,该逆变器将目标马达扭矩产生的目标电压转换成马达电流,其中,监视器WD包括存储器和计时器,MCU的状态变量被存储在存储器中,计时器监测MCU的中断时间,其中,MCU和监视器经由通信总线和复位线被连接。

Description

具有集成的反向再生支持件的外部监视器
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的电动助力转向系统。
功能安全性对于自动装置、特别是在车辆中使用的自动装置而言是关键问题。随着技术复杂性、软件内容和机电实施方案的增加,系统故障和随机硬件故障的风险越来越大。在车辆内设置有电子控制单元(ECU)以执行各种不同的功能。这些电子控制单元包括微控制器单元(MCU)或微处理器以对用于执行这些不同功能的装置进行控制。存在ECU的微控制器单元发生机能故障的风险。在常规的ECU中,外部控制单元、即所谓的外部监视器(WD)已被用于使与由ECU的微控制器及其外围部件提供的特定功能有关的功能安全性增大。例如,在常规系统中,可以提供对时钟频率进行监测的外部监视器单元。单个微处理器故障安全系统能够检测关键故障并使系统进入安全状态。
JP-A-2004-265322公开了一种具有用于微型计算机的监视器的故障监测设备,该故障监测设备能够监测MCU的有错误操作。WD监测MCU中的任何异常,并进一步计算MCU的异常操作发生的次数。只要异常操作发生的次数小于参考次数,WD则产生脉冲复位信号并尝试使MCU恢复至正常状态。如果异常操作发生的次数超过参考次数,WD则产生复位保持信号并使借助于MCU的控制停止。
然而,如果微型计算机的受控对象是电动马达,则电动马达在微型计算机中发生异常操作时立即停止。在电动助力转向设备中的转向辅助的情况下,这导致突然失去辅助。这对于驾驶员而言是非常不愉快的,因为转向响应异常使得车辆难以转向。
因此,用于故障安全转向辅助系统的常规解决方案是具有两个或更多个微处理器的完全冗余系统,该系统是昂贵的。
US 2015/01178144 A1公开了检测MCU的异常操作的监视器、执行故障安全控制操作的故障安全控制装置、输出用于将MCU复位预定时间的复位信号的第一复位装置、计算异常操作发生的次数的计算装置以及输出复位信号并当发生的次数达到预定次数时保持复位信号的输出的第二复位装置。当MCU中发生异常操作时,通过复位信号将操作恢复至正常状态,故障安全控制被执行为借助于MCU的控制。在故障安全控制中,受控对象被控制到安全侧,使得即使在正常控制中发生异常的情况下,在故障安全控制中也不会发生任何异常。因此,可以在考虑安全性的情况下尽可能地增强借助于MCU的控制将持续进行的可能性。
缺点在于,状态变量在复位期间丢失。
因此,本发明的目的是提供一种具有故障安全MCU的电动助力转向设备,该电动助力转向设备即使在MCU的操作中发生故障的情况下也以安全且用户友好的方式继续电子控制。
该问题通过具有权利要求1中所列出的特征的电动助力转向设备而被解决。本发明的各优选实施方式是各从属权利要求的主题。
因此,提供了一种电动助力转向设备,该电动助力转向设备用于通过将由电动马达产生的扭矩赋予转向机构来辅助机动车辆的转向,该设备包括:转向控制器,该转向控制器通过MCU和WD接收表示至少施加至方向盘的扭矩的信号并确定目标马达扭矩;以及马达控制器,该马达控制器包括逆变器,该逆变器将已经基于目标马达扭矩所产生的目标电压转换成马达电流,其中,WD包括存储器和计时器,MCU的状态变量被存储在存储器中,计时器监测MCU的中断时间,并且其中,MCU和WD经由通信总线和复位线被连接。
在异常操作的情况下,WD用于将系统恢复至已知的值。为了进行这样的操作,执行系统状态的定时存储。
优选地,WD基于MCU的请求将存储的状态变量和/或中断时间经由通信总线传送至MCU。在下文中,通信总线也被描述为通信线。
在一个优选的实施方式中,WD检测MCU的异常操作并使MCU复位。
优选地,如果中断时间小于预定阈值,则利用来自WD的状态变量使MCU反向再生。反向再生过程是有时间限制的,必须确保该反向再生过程完全发生在过程安全时间内。
还有利的是,如果中断时间大于预定阈值,则MCU被设定为安全状态。
本发明的目的还通过一种具有权利要求7的特征的在电动助力转向设备中进行MCU控制的方法来实现。该方法的各优选实施方式是各从属权利要求的主题。
因此,提供了一种MCU控制的方法,该方法具有下述步骤:
将MCU状态变量存储在WD存储器中;
进行MCU异常操作的判断;
在异常操作的情况下,使MCU复位并开始WD计时器的中断时间测量;
通过MCU从WD存储器请求状态变量;
通过MCU恢复状态变量;
通过MCU从WD计时器请求中断时间;
通过WD发送中断时间;
如果中断时间小于预定阈值,则用被恢复的状态变量操作MCU;
如果中断时间大于预定阈值,则将MCU设定为安全状态。
在一个优选实施方式中,MCU异常操作的判断是通过WD进行的,WD基于该判断使MCU复位。
将参照附图对本发明的各优选实施方式进行描述。在所有附图中,相同的附图标记表示相同的部件或在功能上相似的部件。
图1示出了电动助力转向设备的示意图;
图2是示出了电动助力转向设备的电气结构的框图;
图3详细示出了电动助力转向设备的电子控制单元的电气结构;
图4示出了在WD启动ECU中的MCU的复位的情况下MCU与WD之间的通信的流程图;以及
图5示出了在ECU中的MCU自复位的情况下MCU与WD之间的通信的流程图。
图1示出了电动助力转向设备1的示意图。方向盘2固定至转向轴3,并且转向轴3经由齿条-小齿轮机构5联接至齿条4。转向轴3的伴随转向操作的旋转通过齿条-小齿轮机构5被转换成带齿的齿条4的往复线性运动。齿条4的线性运动改变被转向轮6的转向角。为了提供转向辅助,安装在齿条壳体侧部的电动马达7经由带齿的橡胶带9驱动滚珠丝杠机构8。
通过转向控制器10和包括电动马达7和马达控制器12的动力辅助致动器11提供电动助力辅助。转向控制器10接收表示车辆速度v和由车辆操作者施加至方向盘2的扭矩TTS的信号。响应于车辆速度v和操作者扭矩TTS,控制器10确定目标马达扭矩Td并将信号提供给马达控制器12,在该马达控制器12中计算占空比以产生相电流。
图2示出了电动助力转向设备1的电气结构的框图。转向控制器10接收表示车辆速度v和由车辆操作者施加至方向盘2的扭矩TTS的信号并且获得目标马达扭矩Td。该目标马达扭矩Td被馈送至马达控制器12,马达控制器12确定逆变器14的电压输入U1。逆变器14将得到的电压转换成马达7的三相对称坐标系、即转换成马达电流I1=IU,IV,IW
图3中详细示出了MCU 15的故障安全系统。
转向控制器10包括MCU 15和外部WD 16。通信总线17和复位线18连接MCU 15和WD16。WD 16包括中央逻辑电路19、存储器20和计时器21。MCU 15和WD 16并行工作。
图4示出了在WD 16触发MCU 15的复位的情况下MCU 15与WD 16之间的通信。在正常操作期间,MCU 15周期性地将其状态变量22经由通信总线17发送至监视器16。该信息被存储23在WD存储器20中。WD 16判断24MCU 15是否正确工作。在异常状态下,WD 16使MCU 15复位25至正常状态。WD 16经由复位线18监测复位和计时器21中的经过时间26。MCU 15通过请求27将该MCU 15的状态变量经由通信总线17恢复29至WD。在从存储器28恢复29状态变量之后,MCU 15从WD计时器21查询30、31中断时间。如果中断时间足够短,假设状态变量仍然有效,MCU 15则从其停止的位置继续操作32,否则MCU 15在不进行操作的情况下保持在安全状态33下。
图5示出了在MCU 15自复位的情况下MCU 15与WD 16之间的通信。
在正常操作期间,MCU 15周期性地将其状态变量22经由通信总线17发送至监视器16。该信息被存储23在WD 16的存储器20中。MCU 15判断其是否正确工作25’。在异常状态下,MCU 15自复位25”。WD 16经由复位线18监测计时器21中的经过时间26。MCU 15通过请求27将该MCU 15的状态变量22经由通信总线17恢复29至WD 16。在从存储器28恢复29状态变量之后,MCU 15从WD计时器21查询30、31中断时间。如果中断时间短到足以假设状态变量仍然有效,MCU 15则基于所存储的状态变量继续操作32,否则MCU 15在不进行操作的情况下保持在安全状态33下。
本发明的反向再生允许借助于MCU的继续的电子控制,即使在操作期间发生故障的情况下仍是如此。这为故障操作系统提供了现成的安全解决方案,故障操作系统不仅限于特定的微控制器或硬件平台。

Claims (8)

1.一种电动助力转向设备(1),所述电动助力转向设备(1)用于通过将由电动马达(7)产生的扭矩赋予转向机构(5)来辅助机动车辆的转向,所述设备(1)包括:
-转向控制器(10),所述转向控制器(10)通过MCU(15)和WD(16)接收表示至少施加至方向盘(2)的扭矩(TTS)的信号并确定目标马达扭矩(Td);
-马达控制器(12),所述马达控制器(12)包括逆变器(14),所述逆变器(14)将目标马达扭矩(Td)产生的目标电压(U1)转换成马达电流(I1),
其特征在于,所述WD(16)包括存储器(20)和计时器(21),所述MCU(15)的状态变量被存储在所述存储器(20)中,所述计时器(21)监测所述MCU(15)的中断时间,其中,所述MCU(15)和所述WD(16)经由通信总线(17)和复位线(18)被连接。
2.根据权利要求1所述的电动助力转向设备(1),其特征在于,所述WD(16)基于所述MCU(15)的请求(27)将所存储的状态变量经由所述通信总线(17)传送(28)至所述MCU(15)。
3.根据前述权利要求中的一项所述的电动助力转向设备(1),其特征在于,所述WD(16)基于所述MCU(15)的请求(30)将所述中断时间经由所述通信总线(17)传送(31)至所述MCU(15)。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电动助力转向设备(1),其特征在于,所述WD(16)检测所述MCU(15)的异常操作(24)并使所述MCU(15)复位(25)。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电动助力转向设备(1),其特征在于,如果所述中断时间小于预定阈值,则所述MCU(15)被利用来自所述WD(16)的所述状态变量反向再生。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电动助力转向设备(1),其特征在于,如果所述中断时间大于预定阈值,则所述MCU(15)处于安全状态。
7.一种在电动助力转向设备(1)中进行MCU控制的方法,所述电动助力转向设备(1)用于通过将由电动马达(7)产生的扭矩赋予转向机构(5)来辅助机动车辆的转向,所述设备(1)包括:
-转向控制器(10),所述转向控制器(10)通过MCU(15)和WD(16)接收表示至少施加至方向盘(2)的扭矩(TTS)的信号并确定目标马达扭矩(Td);
-马达控制器(12),所述马达控制器(12)包括逆变器(14),所述逆变器(14)将目标马达扭矩(Td)产生的目标电压(U1)转换成马达电流(I1),
其特征在于,所述方法包括下述步骤:
将MCU(15)状态变量存储(23)在WD存储器(20)中;
进行MCU(15)异常操作的判断(24、25’);
在异常操作的情况下,使MCU(25)复位(25、25”)并开始(26)WD计时器(21)的中断时间测量;
通过所述MCU(15)从WD存储器(20)请求(27)状态变量;
通过所述MCU(15)恢复(29)状态变量;
通过所述MCU(15)从所述WD计时器(21)请求(30)中断时间;
通过WD(16)发送(31)中断时间;
如果中断时间小于预定阈值,则用被恢复的状态变量(22)操作MCU(15);
如果中断时间大于所述预定阈值,则将MCU(15)设定为安全状态(33)。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述MCU(15)异常操作的判断(24)是通过WD(16)进行的,所述WD(16)基于所述判断使所述MCU(15)复位(25)。
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CN116135668A (zh) * 2023-03-29 2023-05-19 重庆长安汽车股份有限公司 一种车辆转向冗余控制方法、装置、设备及介质
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