CN113715905A - 一种冗余型集成式电驱单元及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冗余型集成式电驱单元及其控制方法，涉及汽车转向电控技术领域，包括双绕组六相电机及驱动双绕组分别转动的两路控制系统；两路控制系统相同，均包括一个主控制电路模块，两个主控制电路模块通过信号隔离模块相连；主控制电路模块连接力矩、角度传感器，获取转向系统的力矩和角度信号，连接总线通讯模块，获取工作模式使能信号、车速信号、轮速信号，最后计算内部力矩、角度及高速辅助力矩；主控制电路模块检测驱动单元故障情况，使电机驱动电路处于使能工作状态，将计算结果通过逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块进行逆变调制后输入双绕组六相电机的一个绕组，驱动该绕组的转子旋转工作。本发明使电驱动单元工作稳定、容错率高。

Description

一种冗余型集成式电驱单元及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车转向电控技术领域，尤其是涉及一种冗余型集成式电驱单元及其控制方法。

背景技术

随着科技的进步，汽车驾驶正在进行新一轮的智能化技术变革，向自动驾驶迈进。电动转向系统和线控转向系统作为汽车核心关键零部件之一，在遵循ISO26262功能安全标准的要求下，保证转向系统的功能安全已成为一个系统性设计问题，智能转向乃至线控转向对电驱单元控制器的方案设计都需要进行更加全面的考量，电驱单元控制器的功能安全等级及产品稳定性需满足车辆驾驶安全和自动驾驶等级的要求。

当前，汽车领域中的电动转向系统的电驱动单元多采用单绕组三相电机和一路控制器单元组成，即单绕组三相电机电驱动单元，其特点包括：一路电源和一路控制器控制着一个三相电机，没有冗余机制。如果该电驱动单元失效，整个电控系统将无法运作，进而影响汽车的驾驶安全且无法满足汽车功能安全ASILD要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种冗余型集成式电驱单元及其控制方法，集成了双绕组六相电机、双控制器、四通道角度和力矩传感器，实现双系统冗余控制，在一个绕组故障时，另一个绕组继续工作并提供50％的力矩输出，使电驱动单元工作稳定、容错率高，增强汽车行驶的安全性，提高自动驾驶的安全等级。

为实现上述目的，本发明提供了一种冗余型集成式电驱单元，包括：：双绕组六相电机及驱动双绕组分别转动的两路控制系统；

两路所述控制系统相同，均包括一个主控制电路模块，且两个所述主控制电路模块通过信号隔离模块相连，实时对另一个所述主控制电路模块进行检测；

每个所述主控制电路模块输入端分别连接总线通讯模块、力矩传感器、角度传感器，通过所述总线通讯模块连接整车总线，获取工作模式使能信号、车速信号、轮速信号，通过所述力矩传感器和角度传感器获取转向系统力矩和角度信号，结合控制策略计算内部力矩、角度及高速辅助力矩；

每个所述主控制电路模块一输出端依次连接逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线关断模块，所述逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块将所述主控制电路模块的计算结果进行逆变调制后通过所述相线关断模块输入所述双绕组六相电机的一个绕组，驱动该绕组的转子旋转工作。

作为本发明的进一步改进，还设有电机位置模块，所述电机位置模块包括两个电机位置芯片，分别连接两个所述主控制电路模块；

所述双绕组六相电机的尾部安装有一个NS磁环，所述电机位置模块通过所述NS磁环检测所述双绕组六相电机转子旋转的角度并输出至所述主控制电路模块。

作为本发明的进一步改进，所述主控制电路模块另一输出端依次连接相线驱动模块和相线关断模块，控制所述相线关断模块的导通与关闭，进而控制所述双绕组六相电机的一个绕组的通断。

作为本发明的进一步改进，包括电源管理模块，所述电源管理模块通过电源保护模块连接整车电源；

所述电源保护模块连接所述逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块和相线关断模块并供电；

所述电源管理模块连接所述总线通讯模块、力矩传感器、角度传感器、主控制电路模块供电。

作为本发明的进一步改进，所述主控制电路模块包括CAN/FlexRay协议处理子模块、SENT协议处理子模块和主控制芯片，所述CAN/FlexRay协议处理子模块解析所述总线通讯模块输入的整车总线信号；所述SENT协议处理子模块连接力矩传感器、角度传感器，获取转向系统力矩和角度信号。

本发明还提供了一种冗余型集成式电驱单元的控制方法，包括：

汽车点火开关打开，所述电驱单元上电接通，两路所述控制系统均开始工作，并执行上电初始化及故障诊断；

总线通讯模块通过整车总线获取工作模式使能信号、车速信号、四轮轮速信号传输给CAN/FlexRay协议处理子模块；

SENT协议处理子模块获取力矩传感器、角度传感器检测到的力矩、角度信号；

当所述工作模式使能信号为高时，且所述故障诊断结果为无故障时，进入整车工作模式，主控制芯片使能逆变桥预驱芯片和相线驱动模块，使三相逆变桥模块和相线关断模块处于工作状态；

主控制芯片根据所述车速信号、四轮轮速信号及所述力矩、角度信号，结合内部控制策略计算内部力矩、角度控制及车辆高速辅助力矩，并通过矢量控制输出，控制逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块；

两个所述三相逆变桥模块分别输出控制信号至所述双绕组六相电机的两个绕组，驱动双绕组分别转动；

两个所述电机位置芯片实时获取电机位置信号并反馈给主控制电路模块，用于矢量控制计算及对所述双绕组六相电机转动情况进行监控。

作为本发明的进一步改进，一个所述主控制芯片实时运行两个软件安全监控模块，其中一个所述软件安全监控模块监控本主控制芯片的运算，另一个所述软件安全监控模块对通过所述信号隔离模块传输过来的另一个所述主控制芯片的运算结果进行校核运算。

作为本发明的进一步改进，所述电驱单元输出力矩后，若运行发生错误，根据故障等级分别进行处理；

若任一路所述控制系统上，所述总线通讯模块和/或电机位置芯片发生故障，或所述主控制电路模块获取力矩传感器、角度传感器的信号失败，该所述控制系统的主控制芯片通过所述信号隔离模块获取另一所述控制系统的有效信息，保持两所述控制系统的力矩输出；

若任一路所述控制系统上，所述电源管理模块、主控制电路模块、逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块、相线关断模块、双绕组六相电机的单一绕组中的一个或多个发生故障，该所述控制系统上的所述主控制芯片立即关断所述相线关断模块，断开与双绕组六相电机的单一绕组连接；另一路所述控制系统保持力矩输出。

作为本发明的进一步改进，所述电驱单元上电接通后，所述主控制芯片对逆变桥预驱芯片、电机位置芯片进行配置，对总线通讯模块、电源管理模块、逆变桥预驱芯片和所述三相逆变桥模块进行故障诊断，并读取所述电源管理模块输入的电压状态；

当所述电压状态正常且诊断无驱动故障时，主控制芯片控制所述逆变桥预驱芯片使能和所述相线驱动模块使能，从而使所述相线关断模块导通；

当所述电压状态为欠压时，所述主控制单元控制减小输出力矩。

作为本发明的进一步改进，所述电驱单元运行过程中关闭汽车点火开关，所述车速信号小于设定值且所述工作模式使能信号为低时，所述主控制芯片控制输出力矩逐渐降低至零，所述电驱单元完成下电；

所述电驱单元发生故障时关闭汽车点火开关，所述电驱单元立即停止运行，完成下电。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明集成了双绕组六相电机及均包括主控制电路模块、逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线关断模块、总线通讯模块的两路控制系统，实现了电驱单元的两路控制系统冗余控制，在双绕组六相电机的一个绕组故障时，另一个绕组继续工作并提供力矩输出，解决了现有的智能驾驶转向系统中驱动单元失效，则整个电控系统停止运转的问题，使电驱动单元工作稳定、容错率高，增强汽车行驶的安全性，提高自动驾驶的安全等级。

本发明中两路控制系统中的主控制电路模块通过信号隔离模块相连，使得两个控制系统的主控制电路模块相互监控系统状态及系统参数，在一个控制系统发生故障，但不需要限制力矩输出时，该控制系统可通过另一个控制系统获取控制数据，并输出力矩，保证电驱单元的100％力矩输出，增强电驱单元的工作稳定性，提高容错性。

本发明通过电机位置模块实时对双绕组六相电机的旋转情况进行检测并反馈主控制电路模块，使主控制电路模块对输出力矩的落实情况进行监测，保证力矩的正常、准确输出。

本发明设置相线驱动模块，使得在主控制电路模块通过控制相线关断模块使能和逆变桥预驱芯片使能时，才能实现相线关断模块的接通，当控制系统存在故障，需限制力矩输出时，主控制芯片可立即关闭相线关断模块，快速断开双绕组六相电机的某一个绕组。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的冗余型集成式电驱单元示意图；

图2为本发明一种实施例公开的冗余型集成式电驱单元的控制流程示意图；

图3为本发明一种实施例公开的冗余型集成式电驱单元的工作模式切换示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图1所示，本发明提供的一种冗余型集成式电驱单元，包括：双绕组六相电机及驱动双绕组分别转动的两路控制系统，双绕组六相电机具备两个星点，可作为两路UVW三相，分别转动工作；

两路控制系统相同，均包括一个主控制电路模块、一个总线通讯模块、逆变桥预驱模块、三相逆变桥模块、相线关断模块、相线驱动模块，两个控制系统的主控制电路模块通过信号隔离模块相连，均实时对另一个主控制电路模块进行检测；两个主控制电路模块均连接整车上安装的力矩传感器、角度传感器，任一主控制电路模块连接本控制系统的总线通讯模块，通过力矩传感器和角度传感器获取当前汽车转向系统力矩和角度信号，通过总线通讯模块连接整车总线，获取工作模式使能信号、车速信号、轮速信号，结合控制策略计算内部力矩、角度及高速辅助力矩；任一主控制电路模块还依次连接本控制系统的逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块和相线关断模块，相线关断模块连接双绕组六相电机的一个绕组；主控制电路模块将计算结果依次经逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块和相线关断模块进行逆变调制后输入双绕组六相电机的一个绕组，驱动该绕组的转子旋转工作。

其中，主控制电路模块包括CAN/FlexRay协议处理子模块、SENT协议处理子模块和主控制芯片，CAN/FlexRay协议处理子模块解析总线通讯模块输入的整车总线信号；SENT协议处理子模块连接力矩传感器、角度传感器，获取当前汽车转向系统力矩和角度信号；

本发明电驱单元还设有电机位置模块，电机位置模块包括两个电机位置芯片，分别连接两个主控制电路模块的主控制芯片；

双绕组六相电机的尾部安装有一个NS磁环，电机位置模块通过NS磁环检测双绕组六相电机转子旋转的角度并输出至主控制电路模块。

本发明主控制电路模块还连接有相线驱动模块，相线驱动模块连接相线关断模块，通过相线关断模块控制三相逆变桥模块与双绕组六相电机的一个绕组的通断。

本发明还包括电源管理模块，电源管理模块通过电源保护模块连接电源；

电源保护模块连接逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块和相线关断模块并供12V电；

电源管理模块连接总线通讯模块、力矩传感器、角度传感器、主控制电路模块供5V电。

具体的，如图1所示：

电源保护模块通过电源连接器连接整车电源，电源连接器的Pin1与整车电池的12V电源通过保险丝相连接，电驱动单元的电源连接器的Pin2与整车地直接相连接，用于给电驱动单元的一个控制系统提供电池电源。

电源连接器通过L1_BAT_IN与电源保护模块相连接，将12V电源输入电源保护模块；其中，该电源保护模块有一个Id为200Amp的防反MOSFET，MOSFET的栅极G与L1_BAT_IN相连，漏极D与电驱单元的0V_GND相连，源极S与电源连接器的Pin2地相连，当电驱单元的电源连接器接插正确时，MOSFET的栅极电压高于源极电压，MOSFET导通；当电驱单元的电源连接器接插反向时，MOSFET的栅极电压低于源极电压，MOSFET不导通；因此该MOSFET起到电驱单元防反接插作用；电源保护模块内部有一个差模电感，一端与MOSFET的源极S相连，一端输出L1_BAT_FILT和L1_PLINK两个12V电源。L1_BAT_FILT电源用于电源管理模块的输入，L1_PLINK用于逆变桥预驱动芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块和电机相线关断模块的12V电源输入；另外，差模电感还用于电源滤波，以提升电驱动单元的EMC性能。

电源管理模块内部包含一个英飞凌的TLF35584QWS芯片，该芯片的12V输入引脚与L1_BAT_FILT电源相连，该芯片的WAKE引脚与L1_IG_EN信号相连，该芯片的ENA引脚与主控制芯片的L1_PSU_ON信号相连。同时该芯片具备SPI通讯功能，并通过L1_PSU_SPI信号与主控制芯片的SPI通道相连。

当L1_IG_EN信号为高时，TLF35584QWS芯片输出L1_5V_COM、L1_V5_TAS、L1_5V_uC、L1_5V_MPS四路5V电源，其中L1_5V_COM给总线通讯模块供电、L1_V5_TAS给外部力矩角度传感器供电、L1_5V_uC给主控制芯片供电、L1_5V_MPS给电机位置芯片供电，从而实现了电驱单元内部各个模块之间的电源隔离供电。主控制芯片上电初始化后，通过ADC模块检测L1_IG_EN信号的电压，一旦L1_IG_EN信号的电压超过标定值时，主控制芯片设置内部L1_IG_ON变量，此后主控制芯片通过IO端口输出L1_PSU_ON高电平信号。L1_PSU_ON信号与TLF35584芯片的ENA引脚相连，以同时保持TLF35584QWS芯片各路电源的正常输出。当车辆行驶中如因震动或线束接触不良等缘故发生硬线L1_IG_EN信号不稳定时，因主控制芯片1IO引脚输出的L1_PSU_ON为高电平可持续使能TLF35584芯片，保证其各路电源的正常输出，以保证电驱单元不会突然下电停机，从而提高系统安全性。

当电驱单元检测到L1_ID_EN信号为低时，电驱单元根据自有的工作模式进入下电检测控制策略，一旦电驱单元将下电所对应的数据存储到EEPROM中后并且下电策略检测完成，主控制芯片将L1_PSU_ON信号设置为低，TLF35584QWS芯片将禁止各路5V电源的输出，电驱单元进入下电模式(即仅当L1_IG_EN和L1_PSU_ON同时为低时，电驱单元下电)。TLF35584芯片支持SPI通讯和内部故障诊断功能，主控制芯片可以通过L1_PSU_SPI信号读取电源管理模块的输入电压过压/欠压状态，用于力矩输出的控制，以免因整车电压过低时大力矩输出造成整车电源的过度消耗；

总线通讯模块在硬件PCB设计上布置了一颗TJA1057 CAN-FD通讯芯片和一颗TJA1081 FlexRay通讯芯片；

当该电驱单元所配用的车辆底盘总线支持CAN-FD时，可以选择焊接CAN-FD芯片及相应的辅助电路，FlexRay芯片不用焊接以降低成本。其中CAN-FD芯片的CANH和CANL与通讯连接器的Pin2和Pin3相连接入整车底盘总线网络。CAN-FD芯片的L1_BUS_RXTX与主控制电路模块的协议处理模块相连，CAN-FD芯片的L1_COM_SPI与主控芯片相连。主控芯片通过协议处理模块进行CAN总线信号的解析，同时主控芯片通过SPI通讯对总线通讯模块进行故障诊断；

当该电驱单元所配用的车辆底盘总线支持FlexRay时，可以选择焊接FlexRay芯片及相应的辅助电路，CAN-FD芯片不用焊接以降低成本。其中FlexRay芯片的CHAN1和CHAN2与通讯连接器的Pin2和Pin3相连接入整车底盘总线网络。FlexRay芯片的L1_BUS_RXTX与主控制电路模块的协议处理模块相连，FlexRay芯片的L1_COM_SPI与主控芯片相连。主控芯片通过协议处理模块进行FlexRay总线信号的解析，同时主控芯片通过SPI通讯对总线通讯模块进行故障诊断；

SENT协议处理模块：电驱单元选用HELLA GEN4.2代冗余型4+4通道力矩角度传感器，(1)其中L1_SENT1通道与SENT协议处理模块相连，传输L1_A1_1角度信号和L1_T1_1力矩信号；其中L1_SENT2通道与SENT协议处理模块相连，传输L1_A1_2角度信号和L1_T1_2力矩信号；其中L1_SENT3通道与SENT协议处理模块相连，传输L1_A1_3角度信号；SENT协议处理模块收到L1_A1_1角度信号和L1_A1_2角度信号后进行平均取值，通过比例因子转换得到一个0度到40度的L1_ANGLE_12角度值，SENT协议处理模块收到L1_A1_3角度信号，通过比例因子转换得到一个0度到296度的L1_ANGLE_3角度值，然后通过L1_ANGLE_12角度值和L1_ANGLE_3角度值利用游标算法计算出一个0度到1480度的TAS_ANGLE_1角度值。SENT协议处理模块收到L1_T1_1力矩信号和L1_T1_2力矩信号后，通过比例因子转换得到一个0度到6度的L1_ANGLE_T1角度值和L1_ANGLE_T2角度值，基于扭矩传感器扭杆2.5NM/deg的T_BAR刚度系数，然后通过L1_ANGLE_T1角度值乘以T_BAR刚度系数计算出一个0NM到15NM的L1_TORQUE_1力矩值，通过L1_ANGLE_T2角度值乘以T_BAR刚度系数计算出一个0NM到15NM的L1_TORQUE_2力矩值。最后将L1_TORQUE_1力矩值和L1_TORQUE_2力矩值进行平均取值得到一个0NM到15NM的TAS_TORQUE_1力矩值。

相线驱动模块：基于功能安全等级的故障模式的设计要求，相线关断模块中有三个各自串联在相线UVW上的MOSFET用于双绕组六相电机单绕组UVW三相的通断控制，以达到对双绕组六相电机的相线进行关断功能，主控制芯片通过控制相线驱动模块进而控制相线关断模块中的MOSFET而具备控制双绕组六相电机UVW相线通断的能力。由于三相逆变桥模块的MOSFET是基于PWM的时序逻辑控制的，其导通前需进行严格的初始化检测。主控制芯片上电初始化时对内部软件、数据和三相逆变桥模块外围电路进行故障检测，仅当主控制芯片检测故障等级A和三相逆变桥模块无驱动故障时主控制芯片控制逆变预驱芯片的使能和相线驱动模块的使能。从而使相线关断模块的导通，双绕组六相电机绕组上电。否则相线关断模块不导通，以防止意外力矩的输出，从而提高双绕组六相电机上电控制的安全性；

逆变桥预驱芯片是一颗TLE9180QX芯片，该芯片支持SPI通讯用于主控制芯片来配置预驱动芯片和读取预驱动芯片的故障状态；该芯片的使能引脚与主控制芯片相连，用于主控制芯片来使能预驱动芯片；该芯片有六个引脚与主控制芯片的L1_PWM_ON相连，用于接收PWM信号来驱动三相逆变桥模块的六个MOSFET的开断进而驱动双绕组六相电机绕组，主控制芯片在工作前进行完整的三相逆变桥模块故障模式检测，以确保电驱单元不会因为内部故障导致MOSFET短路，从而确保双绕组六相电机绕组不会因为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；

一个控制系统的主控制芯片通过L1_SYN_SPI与信号隔离模块连接，另一个控制系统的主控制芯片通过L2_SYN_SPI与信号隔离模块连接，电驱单元上电时，两个主控制芯片进行上电初始化检验，如果任何一方出现校验错误时，该主控制芯片对当前错误进行故障等级分类，如果故障等级达到力矩限制等级B时，该主控制芯片禁止该控制系统中逆变桥预驱芯片的使能和相线驱动模块的使能(电机将无法通电)，防止意外力矩的输出。

如图2所示，本发明还提供了一种冗余型集成式电驱单元的控制方法，包括步骤：

汽车点火开关打开，电驱单元上电接通，两路控制系统均开始工作，并执行上电初始化及故障诊断检测；

总线通讯模块通过整车总线获取工作模式使能信号、车速信号、四轮轮速信号传输给CAN/FlexRay协议处理子模块；

SENT协议处理子模块获取力矩传感器、角度传感器检测到的力矩、角度信号；

当所述工作模式使能信号为高时，且上电故障诊断结果为无故障时，主控芯片使能逆变桥预驱芯片和相线驱动模块，使三相逆变桥模块和相线关断模块处于工作状态；

当电驱单元处于整车工作模式时，主控制芯片根据车速信号、四轮轮速信号及力矩、角度信号，结合内部控制策略计算内部力矩、角度控制及车辆高速辅助力矩，并通过矢量控制输出控制逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块；

两个控制系统的三相逆变桥模块分别输出控制信号至双绕组六相电机的两个绕组，驱动双绕组分别转动；

两个电机位置芯片实时获取电机位置信号并反馈给主控制电路模块，用于矢量控制计算及对双绕组六相电机转动情况进行监控。

本发明中，一个主控制芯片实时运行两个软件安全监控模块，其中一个软件安全监控模块监控本主控制芯片的运算，另一个软件安全监控模块对通过信号隔离模块传输过来的另一个主控制芯片的运算结果进行校核运算。

本发明中，电驱单元输出力矩后，若运行发生错误，根据故障等级分别进行处理；

若任一路控制系统上，总线通讯模块和/或电机位置芯片发生故障，或主控制电路模块获取力矩传感器、角度传感器的信号失败，该控制系统的主控制芯片通过信号隔离模块获取另一控制系统的有效信息，保持两控制系统的力矩输出。

若任一路控制系统上，电源管理模块、主控制电路模块、逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块、相线关断模块、双绕组六相电机的单一绕组中的一个或多个发生故障，该控制系统上的主控制芯片立即关断相线关断模块，断开与双绕组六相电机的单一绕组连接；另一路控制系统保持力矩输出；

本发明中，电驱单元上电接通后，主控制芯片对逆变桥预驱芯片、电机位置芯片进行配置，对总线通讯模块、电源管理模块、逆变桥预驱芯片和三相逆变桥模块进行故障诊断，并读取电源管理模块输入的电压状态。

当电压状态正常且诊断无驱动故障时，主控制芯片控制逆变桥预驱芯片使能和相线驱动模块使能，从而使相线关断模块导通。

当电压状态为欠压时，主控制单元控制减小输出力矩，以免因整车电压过低时大力矩输出造成整车电源的过度消耗。

本发明中，电驱单元运行过程关闭汽车点火开关，车速信号小于设定值且工作模式使能信号为低时，主控制芯片控制输出力矩逐渐降低至零，电驱单元完成下电；

电驱单元发生故障时关闭汽车点火开关，电驱单元立即停止运行，完成下电。

如图3所示，本发明冗余型集成式电驱单元的工作模式包括正常工作模式和故障模式，电驱单元工作过程中模式切换具体如下：

(1)当点火开关打开时L1_IG_EN为高电平，电驱单元上电进入初始化及自检过程，并读取外部存储器参数，该模式下如主控芯片自检完成且无故障，但工作模式使能信号为低时电驱单元的系统工作模式为系统检测完成模式，电驱单元不会有力矩输出；

(2)电驱单元自检完成无故障并且检测到工作模式使能信号为高时，电驱单元进入正常工作模式中的全力矩100％输出模式(两控制系统分别控制50％的力矩输出)，电驱单元开始提供力矩。正常运行时如发现故障，电驱单元对故障进行等级识别，等级A故障将作为故障信息被记录，系统力矩输出不受影响，等级B/C故障的产生，将使电驱单元执行故障模式切换，电驱单元的某一绕组进入限制力矩输出模式后，电驱单元的力矩输出将以50％的模式输出，且通过总线点亮故障灯以提示驾驶员；

(3)当点火开关关闭且车速小于标定值(包括车速信号丢失)且工作模式使能信号为低时(包括工作模式使能信号丢失)，电驱单元进入软件检测关闭模式。该模式下电驱单元对力矩输出实施逐渐降低至零控制，直至软件关闭完成。

(4)主芯片控制软件延时关闭的时间可以标定，当该时间运行终止时，电驱单元进入下电模式；

(5)电驱单元在上电自检过程中如发现故障即进入故障工作模式，电驱单元在该工作模式下不能提供力矩输出，且通过总线点亮故障灯以提示驾驶员；

(6)正常运行时如发现故障，电驱单元对故障A/B/C进行等级识别，等级故障为C时电驱单元切换进入故障模式，系统根据计算后的比例将力矩输出缓慢降低至为零，该模式下不能提供力矩输出，且通过总线点亮故障灯以提示驾驶员；

(7)故障模式下检测到点火开关关闭时，系统直接进入下电模式；

(8)软件延时关闭时间未终止时如检测到点火开关打开，电驱单元将切换进入正常工作模式，正常提供助力。

本发明的优点：

(1)集成了双绕组六相电机及均包括主控制电路模块、逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线关断模块、总线通讯模块的两路控制系统，实现了电驱单元的两路控制系统冗余控制，在双绕组六相电机的一个绕组故障时，另一个绕组继续工作并提供力矩输出，解决了现有的智能驾驶转向系统中驱动单元失效，则整个电控系统停止运转的问题，使电驱动单元工作稳定、容错率高，增强汽车行驶的安全性，提高自动驾驶的安全等级。

(2)本发明中两路控制系统中的主控制电路模块通过信号隔离模块相连，使得两个控制系统的主控制电路模块相互监控系统状态及系统参数，在一个控制系统发生故障，但不需要限制力矩输出时，该控制系统可通过另一个控制系统获取控制数据，并输出力矩，保证电驱单元的100％力矩输出，增强电驱单元的工作稳定性，提高容错性。

(3)通过电机位置模块实时对双绕组六相电机的旋转情况进行检测并反馈主控制电路模块，使主控制电路模块对输出力矩的落实情况进行监测，保证力矩的正常、准确输出。

(4)设置相线驱动模块，使得在主控制电路模块通过控制相线关断模块使能和逆变桥预驱芯片使能时，才能实现相线关断模块的接通，当控制系统存在故障，需限制力矩输出时，主控制芯片可立即关闭相线关断模块，快速断开双绕组六相电机的某一个绕组。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冗余型集成式电驱单元，其特征在于，包括：双绕组六相电机及驱动双绕组分别转动的两路控制系统；

两路所述控制系统相同，均包括一个主控制电路模块，且两个所述主控制电路模块通过信号隔离模块相连，实时对另一个所述主控制电路模块进行检测；

每个所述主控制电路模块输入端分别连接总线通讯模块、力矩传感器、角度传感器，通过所述总线通讯模块连接整车总线，获取工作模式使能信号、车速信号、轮速信号，通过所述力矩传感器和角度传感器获取转向系统力矩和角度信号，结合控制策略计算内部力矩、角度及高速辅助力矩；

每个所述主控制电路模块一输出端依次连接逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线关断模块，所述逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块将所述主控制电路模块的计算结果进行逆变调制后通过所述相线关断模块输入所述双绕组六相电机的一个绕组，驱动该绕组的转子旋转工作。

2.根据权利要求1所述的电驱单元，其特征在于：还设有电机位置模块，所述电机位置模块包括两个电机位置芯片，分别连接两个所述主控制电路模块；

所述双绕组六相电机的尾部安装有一个NS磁环，所述电机位置模块通过所述NS磁环检测所述双绕组六相电机转子旋转的角度并输出至所述主控制电路模块。

3.根据权利要求1所述的电驱单元，其特征在于：所述主控制电路模块另一输出端依次连接相线驱动模块和相线关断模块，控制所述相线关断模块的导通与关闭，进而控制所述双绕组六相电机的一个绕组的通断。

4.根据权利要求3所述的电驱单元，其特征在于：包括电源管理模块，所述电源管理模块通过电源保护模块连接整车电源；

所述电源保护模块连接所述逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块和相线关断模块并供电；

所述电源管理模块连接所述总线通讯模块、力矩传感器、角度传感器、主控制电路模块供电。

5.根据权利要求1所述的电驱单元，其特征在于：所述主控制电路模块包括CAN/FlexRay协议处理子模块、SENT协议处理子模块和主控制芯片，所述CAN/FlexRay协议处理子模块解析所述总线通讯模块输入的整车总线信号；所述SENT协议处理子模块连接力矩传感器、角度传感器，获取转向系统力矩和角度信号。

6.一种基于权利要求1～5所述的电驱单元的控制方法，其特征在于，包括：

汽车点火开关打开，所述电驱单元上电接通，两路所述控制系统均开始工作，并执行上电初始化及故障诊断；

总线通讯模块通过整车总线获取工作模式使能信号、车速信号、四轮轮速信号传输给CAN/FlexRay协议处理子模块；

SENT协议处理子模块获取力矩传感器、角度传感器检测到的力矩、角度信号；

当所述工作模式使能信号为高时，且所述故障诊断结果为无故障时，进入整车工作模式，主控制芯片使能逆变桥预驱芯片和相线驱动模块，使三相逆变桥模块和相线关断模块处于工作状态；

主控制芯片根据所述车速信号、四轮轮速信号及所述力矩、角度信号，结合内部控制策略计算内部力矩、角度控制及车辆高速辅助力矩，并通过矢量控制输出，控制逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块；

两个所述三相逆变桥模块分别输出控制信号至所述双绕组六相电机的两个绕组，驱动双绕组分别转动；

两个所述电机位置芯片实时获取电机位置信号并反馈给主控制电路模块，用于矢量控制计算及对所述双绕组六相电机转动情况进行监控。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：一个所述主控制芯片实时运行两个软件安全监控模块，其中一个所述软件安全监控模块监控本主控制芯片的运算，另一个所述软件安全监控模块对通过所述信号隔离模块传输过来的另一个所述主控制芯片的运算结果进行校核运算。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述电驱单元输出力矩后，若运行发生错误，根据故障等级分别进行处理；

若任一路所述控制系统上，所述总线通讯模块和/或电机位置芯片发生故障，或所述主控制电路模块获取力矩传感器、角度传感器的信号失败，该所述控制系统的主控制芯片通过所述信号隔离模块获取另一所述控制系统的有效信息，保持两所述控制系统的力矩输出；

若任一路所述控制系统上，所述电源管理模块、主控制电路模块、逆变桥预驱芯片、三相逆变桥模块、相线驱动模块、相线关断模块、双绕组六相电机的单一绕组中的一个或多个发生故障，该所述控制系统上的所述主控制芯片立即关断所述相线关断模块，断开与双绕组六相电机的单一绕组连接；另一路所述控制系统保持力矩输出。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述电驱单元上电接通后，所述主控制芯片对逆变桥预驱芯片、电机位置芯片进行配置，对总线通讯模块、电源管理模块、逆变桥预驱芯片和所述三相逆变桥模块进行故障诊断，并读取所述电源管理模块输入的电压状态；

当所述电压状态正常且诊断无驱动故障时，主控制芯片控制所述逆变桥预驱芯片使能和所述相线驱动模块使能，从而使所述相线关断模块导通；

当所述电压状态为欠压时，所述主控制单元控制减小输出力矩。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述电驱单元运行过程中关闭汽车点火开关，所述车速信号小于设定值且所述工作模式使能信号为低时，所述主控制芯片控制输出力矩逐渐降低至零，所述电驱单元完成下电；

所述电驱单元发生故障时关闭汽车点火开关，所述电驱单元立即停止运行，完成下电。

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