CN111030551B - 一种电动汽车软硬件解码冗余电路及切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车驱动永磁同步电机控制技术，具体涉及一种电动汽车软硬件解码冗余电路，包括电机控制器主控芯片DSP、正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器和反馈信号转接及处理电路；电机控制器主控芯片DSP分别与正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路和反馈信号转接及处理电路连接；旋变解码芯片分别与逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、反馈信号转接及处理电路连接；软硬件解码切换继电器控制电路与励磁信号处理电路连接；励磁信号处理电路与旋转变压器连接；旋转变压器与反馈信号转接及处理电路连接。该电路故障检测切换迅速，电路简单、成本低。

Description

一种电动汽车软硬件解码冗余电路及切换方法

技术领域

本发明属于电动汽车驱动永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种电动汽车软硬件解码冗余电路及切换方法。

背景技术

传统的电动汽车控制器获取永磁同步电机角度信息是采用的旋变解码芯片输出励磁信号经过信号处理电路给到旋转变压器的原边绕组，再将旋转变压器反馈回来的正余弦信号（正交差分信号）解出角度值，通过SPI或A、B、NM将数据传输给DSP，实现系统预期的功能，而当解码芯片失效时，传输给DSP角度也就是非预期的值，会导致系统（电机控制器）出现非预期的输出，而最终可能会导致系统（电机控制器）损坏甚至有可能导致车辆失控致使驾驶人员受伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动汽车驱动永磁同步电机旋变解码冗余装置和切换方法。

为实现上述目的，本发明采用和技术方案是：一种电动汽车软硬件解码冗余电路，包括电机控制器主控芯片DSP、正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器和反馈信号转换及处理电路；电机控制器主控芯片DSP分别与正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路和反馈信号转换及处理电路连接；旋变解码芯片分别与逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、反馈信号转换及处理电路连接；软硬件解码切换继电器控制电路与励磁信号处理电路连接；励磁信号处理电路与旋转变压器连接；旋转变压器与反馈信号转换及处理电路连接。

在上述的电动汽车软硬件解码冗余电路中，电机控制器主控芯片DSP包括ADC模块、Flex_PWM模块、SPI接口、GPIO接口、SMU模块；ADC模块连接反馈信号转换及处理电路，Flex_PWM模块连接正弦信号转换电路，SPI接口、GPIO接口均与旋变解码芯片连接，SMU模块与逻辑控制电路连接。

一种基于电动汽车软硬件解码冗余电路的切换方法，包括以下步骤：

步骤1、故障检测；当解码芯片失效或与旋变相关的硬件电路出现故障时，电机控制器主控芯片DSP的SPI接收到的角度值发生异常变化； 若是SPI接收到角度值发生异常变化，则DSP计数器的计数累加1，并且软件进行重新解算，直到DSP计数器中的数值累加到10，则寄存器中旋变故障标志位置1并判断为硬件解码故障；SMU模块动作并输出故障信号到逻辑控制电路中，切换到软件解码，通过软件解码的角度值参与软件的运算；若是ADC模块接收到的反馈信号电压值发生明显的异常变化，则判断为软件解码故障，上报故障并切断扭矩输出；

步骤2、硬件解码到软件解码切换；当电机控制器主控芯片DSP检测到本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差超过-5℃~+5℃，软件将寄存器中的旋变故障标志位置1，SMU模块读取电机控制器主控芯片DSP中寄存器旋变故障标志位并输出故障信号到逻辑控制电路或者由旋变解码芯片输出的LOT与DOS信号给到逻辑控制电路，逻辑控制电路输出使能信号控制软硬件解码切换继电器控制电路切换到软件解码。

本发明的有益效果，设计了旋变硬件解码和软件解码冗余方案，当旋变硬件解码方案出现故障时，能立即检测出故障，并输出故障信号去控制继电器迅速切换到软件解码，利用未故障的软件解码方案继续获取转子角度信息，有效提高了系统（电机控制器）的可靠性及安全性。整个故障检测过程迅速，使用方便。整个切换过程快速并且电路简单、成本低。

附图说明

图1为本发明一个实施例电动汽车驱动用永磁同步电机旋变解码冗余及切换功能框图；

图中，1-电机控制器主控芯片DSP、2-正弦信号转换电路、3-旋变解码芯片、4-逻辑控制电路、5-软硬件解码切换继电器控制电路、6-励磁信号处理电路、7-旋转变压器、8-反馈信号转换及处理电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例提供了一种电动汽车控制器检测永磁同步电机角度的软硬件解码冗余电路，旋变解码芯片AD2S1210SDZ和DSP的Flex_PWM模块都可以通过励磁电路为旋转变压器原边绕组提供激励信号，并将旋转变压器的正余弦绕组输出的反馈信号（正交差分信号）通过信号处理电路以及旋变解码芯片解算出角度再通过SPI或传输到CPUDSP（称为硬件解码）；CPUDSP的 ADC模块可提取出正余弦绕组响应信号的包络线，该包络线经过旋变软件解码算法得到角度 （称为软件解码），当硬件解码电路失效后，切换到软件解码方案，并用软件解码方案得到的角度参与计算，系统仍然可以完成指定功能。本发明通过旋变硬解码和软解码冗余设计，提高了系统（电机控制器)的可靠性及安全性。

本实施例通过以下技术方案来实现的，一种电动汽车软硬件解码冗余电路包括：电机控制器主控芯片DSP（带有安全管理单元Safety Management Unit,SMU具有很快的响应速度和较高的可靠性）、正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器、反馈信号转换及处理电路。电机控制器主控芯片DSP分别与逻辑控制电路、正弦信号转换电路、旋变解码芯片连接、反馈信号转换及处理电路连接。旋变解码芯片分别与软硬件解码切换继电器控制电路、逻辑控制电路、反馈信号转换及处理电路连接。软硬件解码切换继电器控制电路与励磁信号处理电路连接，励磁信号处理电路连接与旋转变压器连接，旋转变压器连接与反馈信号转换及处理电路连接。

并且，电机控制器主控芯片DSP包括ADC模块、Flex_PWM模块、SPI接口、GPIO接口、SMU模块。

硬件解码电路由旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器、反馈信号转换及处理电路、电机控制器主控芯片DSP中的SPI接口、SMU模块、GPIO接口组成。旋变解码芯片将正余弦反馈信号（正交差分信号）解算出角度，通过SPI传输给电机控制器主控芯片。当硬件解码失效后，切换到由Flex_PWM模块、正弦信号转换电路、旋变解码芯片、SMU模块、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器、反馈信号转换及处理电路、ADC模块组成的软件解码电路解算出角度，并用软件解码的角度参与运算，从而实现系统（电机控制器）预期的功能。

并且，电机控制器主控芯片DSP和旋变解码芯片相互独立，但是通过相同的励磁信号处理电路、旋转变压器、反馈信号转换及处理电路分别得到当前永磁同步电机的角度值及寄存器中旋变故障标志位，旋变输入励磁信号只能来自旋变解码芯片或电机控制器主控芯片DSP中的Flex_PWM模块。

并且，硬件解码到软件解码切换由电机控制器主控芯片DSP、SMU模块、旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路组成。当电机控制器主控芯片DSP检测到本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差超过-5°C~+5°C，软件将寄存器中的旋变故障标志位置1，由SMU模块读取电机控制器主控芯片DSP中寄存器旋变故障标志位并输出故障信号到逻辑控制电路或者由旋变解码芯片输出的LOT与DOS信号给到逻辑控制电路，逻辑控制电路输出使能信号控制软硬件解码切换继电器控制电路切换到软件解码。

本实施例一种电动汽车软硬件解码冗余电路的故障检测过程如下：当解码芯片失效或与旋变相关的硬件电路出现故障时，电机控制器主控芯片DSP的ADC或SPI接受到的反馈信号的电压值或角度值会发生一个比较明显的异常变化，如若是SPI接收到的角度值发生明显的异常变化，则计数器的计数累加1，并且软件进行重新解算，直到计数器中的数值累加到10，则寄存器中旋变故障标志位置1并判断为硬件解码故障，并且SMU模块动作并输出故障信号到逻辑控制电路中，切换到软件解码，通过软件解码出来的角度值参与软件的运算。如若是ADC模块接收到的反馈信号电压值发生明显的异常变化，则判断为软件解码故障，上报故障并切断扭矩输出。整个检测过程迅速，使用方便。

本实施例一种电动汽车软硬件解码冗余电路软硬件解码切换过程如下：当硬件解码角度值与上一个控制周期所解算出来的角度变化量超过-5℃~+5℃，则电机控制器主控芯片DSP的计数器的计数累加1，并且软件进行重新解算，直到计数器中的数值累加到10，则寄存器中旋变故障标志位置1并判断为硬件解码故障，并且SMU模块动作并输出故障信号到逻辑控制电路中，逻辑控制电路将旋变解码芯片的LOT、DOS信号与旋变故障信号进行逻辑与并生成控制继电器使能信号送到软硬件解码切换继电器控制电路切换到软件解码。整个切换过程快速并且电路简单、成本低。

具体实施时，如图1所示，一种电动汽车软硬件解码冗余电路包括：电机控制器主控芯片DSP1、正弦信号转换电路2、旋变解码芯片3、逻辑控制电路4、软硬件解码切换继电器控制电路5、励磁信号处理电路6、旋转变压器7、反馈信号转换及处理电路8。

当解码芯片失效或与旋变相关的硬件电路出现故障时，电机控制器主控芯片DSP1的ADC模块或SPI接口接受到的反馈信号的电压值或角度值会发生一个比较明显的异常变化，如若是SPI接口接收到的角度值发生明显的异常变化，也就是硬件解码解算出来的角度值与上一个控制周期所解算出来的角度变化量超过-5℃~+5℃，则DSP的计数器的计数累加1，并且软件进行重新解算，直到计数器中的数值累加到10，则寄存器中旋变故障标志位置1并判断为硬件解码故障，并且SMU模块动作并输出故障信号到逻辑控制电路4中，逻辑控制电路4将旋变解码芯片3的LOT、DOS信号与旋变故障信号进行逻辑与并生成控制继电器使能信号送到软硬件解码切换继电器控制电路5切换到软件解码，通过软件解码解算出来的角度值参与软件的运算。如若是ADC模块接收到的反馈信号电压值发生明显的异常变化，则判断为软件解码故障，上报故障并切断扭矩输出，整个检测及切换过程迅速，电路简单、成本低。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (1)

1.一种电动汽车软硬件解码冗余电路的切换方法，该解码冗余电路包括电机控制器主控芯片DSP、正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、励磁信号处理电路、旋转变压器和反馈信号转换及处理电路；电机控制器主控芯片DSP分别与正弦信号转换电路、旋变解码芯片、逻辑控制电路和反馈信号转换及处理电路连接；旋变解码芯片分别与逻辑控制电路、软硬件解码切换继电器控制电路、反馈信号转接及处理电路连接；软硬件解码切换继电器控制电路与励磁信号处理电路连接；励磁信号处理电路与旋转变压器连接；旋转变压器与反馈信号转换及处理电路连接；电机控制器主控芯片DSP包括ADC模块、Flex_PWM模块、SPI接口、GPIO接口、SMU模块；ADC模块连接反馈信号转换及处理电路，Flex_PWM模块连接正弦信号转换电路，SPI接口、GPIO接口均与旋变解码芯片连接，SMU模块与逻辑控制电路连接；其特征是，该切换方法包括以下步骤：

步骤1、故障检测；当解码芯片失效或与旋变相关的硬件电路出现故障时，电机控制器主控芯片DSP的SPI接收到的角度值发生异常变化； 若是SPI接收到角度值发生异常变化，则DSP计数器的计数累加1，并且软件进行重新解算，直到DSP计数器中的数值累加到10，则寄存器中旋变故障标志位置1并判断为硬件解码故障；SMU模块动作并输出故障信号到逻辑控制电路中，切换到软件解码，通过软件解码的角度值参与软件的运算；若是ADC模块接收到的反馈信号电压值发生明显的异常变化，则判断为软件解码故障，上报故障并切断扭矩输出；

步骤2、硬件解码到软件解码切换；当电机控制器主控芯片DSP检测到本次控制时刻的角度值与上次控制时刻的角度值的偏差超过-5℃~+5℃，软件将寄存器中的旋变故障标志位置1，SMU模块读取电机控制器主控芯片DSP中寄存器旋变故障标志位并输出故障信号到逻辑控制电路或者由旋变解码芯片输出的LOT与DOS信号给到逻辑控制电路，逻辑控制电路输出使能信号控制软硬件解码切换继电器控制电路切换到软件解码。

Images