CN113978545B - Eps控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种EPS控制器，包括：MCU分别连接CAN收发器、预驱动模块和信号处理电路，预驱动模块分别连接信号处理电路和三相桥模块，其特征在于，还包括：智能电源模块，其为各模块供电，其能进行电源诊断，并具有看门狗；RPS传感器模块，其集成在EPS控制器PCB板上且直接连接MCU，其是具有两个独立RPS传感器的芯片，每个RPS传感器对应一个Die，其能进行双通道RPS角度信号校验和角度信号的冗余校验诊断。本发明将RPS传感器集成在EPS控制器内部，取消了RPS传感器线束，进而可以取消PCB板RPS传感器连接器的安装位置，显著减小了EPS控制器PCB板面积。

Description

EPS控制器
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种EPS控制器。
背景技术
图1为传统EPS控制器系统示意图，其中，EPS控制器包括：微控制器模块(Micro-controller Unit)；预驱动模块(Pre-driver Module)；三相桥模块(Phase BridgeModule)；CAN收发器模块(CAN Transceiver Module)；带诊断和看门狗的智能电源模块(System Basic Chip)；信号处理电路模块(Signal Processing Module)。外部传感器包括：RPS(Rotor Position Sensor)传感器，TAS传感器(Torque and Angle Sensor)。执行器包括：BLDC(Brushless Direct Current)电机。EPS控制器通过CAN收发器获取车速信号，RPS传感器获取电机转子位置信号，TAS传感器获取扭矩和角度信号，最终解算出电机的驱动电流，使电机按照给定的扭矩提供转向助力。
由于整车和转向系统结构限制，EPS控制器需要具备面积小、安装便捷的特点。此外，作为整车系统的重要安全件之一，EPS控制器还需要具备较高的功能安全等级。传统EPS控制器使用外置式RPS传感器，控制器通过线束与RPS传感器连接，同时在控制器PCB板上预留了大量的面积作为RPS连接器的安装位置。此外，为了满足ASILD功能安全等级要求，需要在EPS控制器内部搭建RPS传感器信号及电源的故障诊断和保护电路，造成控制器内部电路和安全机制过于繁杂，不利于减小EPS控制器面积。
图2为传统EPS控制器与外置式RPS传感器连接关系，其中，IC1和IC2为2个独立的RPS传感器芯片，通过线束1和线束2连接到EPS控制器的连接器上，线束1内部包含IC1的电源线和信号线，线束2内部包含IC2的电源和信号线。
如图2所示EPS控制器和RPS传感器组成的系统，除了具有IC本身的故障模式之外，还存在以下失效模式：(1)IC1的电源V1短接到地；(2)IC1的电源V1连接器Pin针开路；(3)IC1的信号线1短接到电源V1；(4)IC1的信号线1短接到地；(5)IC1的信号线1连接器Pin针开路；(6)IC2的电源V2短接到地；(7)IC2的电源V2连接器Pin针开路；(8)IC2的信号线2短接到电源V2；(9)IC2的信号线2短接到地；(10)IC2的信号线2连接器Pin针开路。
为了实现ASILD功能安全等级要求，传统EPS控制器除了需要具备RPS传感器IC自身故障模式对应的安全机制外，还需要添加以下安全机制：(1)实时采集IC1的电源电压V1，并将V1与欠压阈值V1min进行比较，如果发生欠压故障，切断电源V1，并且能够在规定的EPS系统FTTI内切断助力输出；(2)实时采集IC1的角度信号θ1，与设定的阈值θ1max进行比较，发现θ1超出θ1max后能够在规定的EPS系统FTTI内切断助力输出；(3)实时采集IC1的角度信号θ1，与设定的阈值θ1min进行比较，发现θ1低于θ1min后能够在规定的EPS系统FTTI内切断助力输出；(4)实时采集IC2的电源电压V2，并将V2与欠压阈值V2min进行比较，如果发生欠压故障，切断电源V2，并且能够在规定的EPS系统FTTI内切断助力输出；(5)实时采集IC2的角度信号θ2，与设定的阈值θ2max进行比较，发现θ2超出θ2max后能够在规定的EPS系统FTTI内切断助力输出；(6)实时采集IC2的角度信号θ2，与设定的阈值θ2min进行比较，发现θ2低于θ2min后能够在规定的EPS系统FTTI内切断助力输出；(7)实时比较θ1和θ2的测量值，发现θ1和θ2的差值绝对值超出设定的△θ后，能够切断助力输出。
综上所述，传统EPS控制器采用的外置式RPS传感器会带来以下问题：
(1)RPS连接器占用控制器PCB大量面积，不利于减小PCB尺寸；
(2)RPS连接器和线束引入了10种典型的EPS控制器失效模式，为了满足ASILD功能安全等级要求，需要在控制器内部搭建对应的故障诊断电路和保护电路；
(3)复杂的RPS传感器故障诊断及保护算法增加了MCU负载率。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,该简化形式的概念均为本领域现有技术简化，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明要解决的技术问题是提供一种相对现有技术能控制器体积更小，功能安全等级更高，诊断算法更简单，且能降低MCU负载率的EPS控制器。
为解决上述技术问题，本发明提供的EPS控制器，包括：MCU分别连接CAN收发器、预驱动模块和信号处理电路，预驱动模块分别连接信号处理电路和三相桥模块，其特征在于，还包括：
智能电源模块，其为各模块供电，其能进行电源诊断，并具有看门狗；
RPS传感器模块，其集成在EPS控制器PCB板上且直接连接MCU，其是具有两个独立RPS传感器的芯片，每个RPS传感器对应一个Die，其能进行双通道RPS角度信号校验和角度信号的冗余校验诊断。
可选择的，进一步改进所述的EPS控制器，两个RPS传感器的Die分别通过SPI连接MCU。
可选择的，进一步改进所述的EPS控制器，MCU读取双通道RPS角度信号进行冗余校验，如果角度信号差值的绝对值小于设定的阈值，则判断角度信号可信，按照读取到的角度信号判断电机转子位置，调整EPS控制器需要提供的助力。
可选择的，进一步改进所述的EPS控制器，RPS传感器模块的电源电压连接SBC内置比较器的反向输入端，与同向输入端设定的欠压阈值进行实时比较进行电源电压诊断。
可选择的，进一步改进所述的EPS控制器，所述智能电源模块通过内部的比较器能执行以下安全机制；
(1)SM1，将RPS传感器IC内部Die1的供电电压V1与设定的欠压阈值V1min进行实时诊断，当V1发生欠压故障时，切断供电电压V1，并且能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
(2)SM2，将RPS传感器IC内部Die2的供电电压V2与设定的欠压阈值V2min进行实时诊断，当V2发生欠压故障时，切断供电电压V2，并且能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
(3)SM3，将RPS1的角度信号θ1和RPS2的角度信号θ2的值进行比较，发现θ1和θ2差值绝对值超出设定的△θ后，能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出。
可选择的，进一步改进所述的EPS控制器，所述智能电源模块还能进行以下安全控制；
1)FM1，给Die1供电的电源引脚短接到地，其通过安全机制SM1进行诊断并响应；
2)FM2，给Die1供电的电源引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
3)FM3，SPI1信号引脚短接到地，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
4)FM4，SPI1信号引脚短接到电源，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
5)FM5，SPI1信号引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
6)FM6，给Die2供电的电源引脚短接到地，其通过安全机制SM2进行诊断并响应；
7)FM7，给Die2供电的电源引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
8)FM8，SPI2信号引脚短接到地，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
9)FM9，SPI2信号引脚短接到电源，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
10)FM10，SPI2信号引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应。
其中，FM1，故障模式FM2主要，故障模式FM3主要通过安全机制SM3进行诊断并响应，故障模式FM4主要通过安全机制SM3进行诊断并响应。
本发明提供的RPS传感器模块形成的Powerpack式EPS控制器，如图3所示。本发明从以下几个方面降低了控制器面积，提高了控制器功能安全等级：
1、本发明将RPS传感器集成在EPS控制器内部，取消了RPS传感器线束，进而可以取消PCB板RPS传感器连接器的安装位置，显著减小了EPS控制器PCB板面积；
2、本发明选用双Die设计的RPS传感器芯片，将2个RPS传感器Die集成到一个封装里面，替换传统RPS传感器中的2个独立传感器IC，同样满足角度信号的冗余设计，可以进行双通道RPS角度信号校验，角度信号的冗余校验诊断覆盖率同样可以达到90％，同时减小了控制器PCB面积；
3、本发明通过SPI总线读取RPS传感器的角度信号，取消了RPS传感器线束和连接器，避免了由Pin脚短路和Pin脚开路引起的控制器故障，简化了RPS模块的故障诊断电路及保护电路，进一步缩小了EPS控制器面积；
4、本发明充分利用SBC内部的电源诊断电路，将RPS传感器的电源电压引入SBC内置比较器的反向输入端，与同向输入端设定的欠压阈值进行实时比较，相比于传统EPS控制器使用ADC采集传感器电源电压的诊断方法。计算结果表明，精简后EPS控制器硬件系统中的RPS模块的单点故障诊断覆盖率≥99％，多点故障诊断覆盖率≥90％，符合ASIL-D功能安全等级要求，支持ASIL-D功能安全等级要求的EPS系统设计，同时有效减小了EPS控制器PCB板面积，使本发明中的Powerpack式EPS控制器适用于小型、紧凑型车辆。
附图说明
本发明附图旨在示出根据本发明的特定示例性实施例中所使用的方法、结构和/或材料的一般特性，对说明书中的描述进行补充。然而，本发明附图是未按比例绘制的示意图，因而可能未能够准确反映任何所给出的实施例的精确结构或性能特点，本发明附图不应当被解释为限定或限制由根据本发明的示例性实施例所涵盖的数值或属性的范围。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是现有技术结构示意图一。
图2是现有技术结构示意图二。
图3是本发明结构示意图一。
图4是本发明结构示意图二。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容充分地了解本发明的其他优点与技术效果。本发明还可以通过不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点加以应用，在没有背离发明总的设计思路下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明下述示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的具体实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性具体实施例的技术方案充分传达给本领域技术人员。应当理解的是，当元件被称作“连接”或“结合”到另一元件时，该元件可以直接连接或结合到另一元件，或者可以存在中间元件。不同的是，当元件被称作“直接连接”或“直接结合”到另一元件时，不存在中间元件。在全部附图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。如在这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任意组合和所有组合。应当以相同的方式解释用于描述元件或层之间的关系的其他词语(例如，“在……之间”和“直接在……之间”、“与……相邻”和“与……直接相邻”、“在……上”和“直接在……上”等)。
第一实施例；
参考图1和图2所示，本发明提供EPS控制器，包括：MCU分别连接CAN收发器、预驱动模块和信号处理电路，预驱动模块分别连接信号处理电路和三相桥模块，其特征在于，还包括：
智能电源模块，其为各模块供电，其能进行电源诊断，并具有看门狗；
RPS传感器模块，其集成在EPS控制器PCB板上且直接连接MCU，其是具有两个独立RPS传感器的芯片，每个RPS传感器对应一个Die，其能进行双通道RPS角度信号校验和角度信号的冗余校验诊断。
第二实施例；
继续参考图1和图2所示，本发明提供EPS控制器，包括：MCU分别连接CAN收发器、预驱动模块和信号处理电路，预驱动模块分别连接信号处理电路和三相桥模块，其特征在于，还包括：
智能电源模块，其为各模块供电，其能进行电源诊断，并具有看门狗；
RPS传感器模块，其集成在EPS控制器PCB板上且直接连接MCU，其是具有两个独立RPS传感器的芯片，每个RPS传感器对应一个Die，两个RPS传感器的Die分别通过SPI连接MCU，其能进行双通道RPS角度信号校验和角度信号的冗余校验诊断；
MCU读取双通道RPS角度信号进行冗余校验，如果角度信号差值的绝对值小于设定的阈值，则判断角度信号可信，按照读取到的角度信号判断电机转子位置，调整EPS控制器需要提供的助力。
第三实施例；
继续参考图1和图2所示，本发明提供EPS控制器，包括：MCU分别连接CAN收发器、预驱动模块和信号处理电路，预驱动模块分别连接信号处理电路和三相桥模块，其特征在于，还包括：
智能电源模块，其为各模块供电，其能进行电源诊断，并具有看门狗；
RPS传感器模块，其集成在EPS控制器PCB板上且直接连接MCU，其是具有两个独立RPS传感器的芯片，每个RPS传感器对应一个Die，两个RPS传感器的Die分别通过SPI连接MCU，其能进行双通道RPS角度信号校验和角度信号的冗余校验诊断，其电源电压连接SBC内置比较器的反向输入端，与同向输入端设定的欠压阈值进行实时比较进行电源电压诊断；
MCU读取双通道RPS角度信号进行冗余校验，如果角度信号差值的绝对值小于设定的阈值，则判断角度信号可信，按照读取到的角度信号判断电机转子位置，调整EPS控制器需要提供的助力；
其中，所述智能电源模块通过内部的比较器能执行以下安全机制；
(1)SM1，将RPS传感器IC内部Die1的供电电压V1与设定的欠压阈值V1min进行实时诊断，当V1发生欠压故障时，切断供电电压V1，并且能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
(2)SM2，将RPS传感器IC内部Die2的供电电压V2与设定的欠压阈值V2min进行实时诊断，当V2发生欠压故障时，切断供电电压V2，并且能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
(3)SM3，将RPS1的角度信号θ1和RPS2的角度信号θ2的值进行比较，发现θ1和θ2差值绝对值超出设定的△θ后，能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出。
以及，所述智能电源模块还能进行以下安全控制；
1)FM1，给Die1供电的电源引脚短接到地，其通过安全机制SM1进行诊断并响应；
2)FM2，给Die1供电的电源引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
3)FM3，SPI1信号引脚短接到地，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
4)FM4，SPI1信号引脚短接到电源，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
5)FM5，SPI1信号引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
6)FM6，给Die2供电的电源引脚短接到地，其通过安全机制SM2进行诊断并响应；
7)FM7，给Die2供电的电源引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
8)FM8，SPI2信号引脚短接到地，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
9)FM9，SPI2信号引脚短接到电源，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
10)FM10，SPI2信号引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应。
其中，FM1，故障模式FM2主要，故障模式FM3主要通过安全机制SM3进行诊断并响应，故障模式FM4主要通过安全机制SM3进行诊断并响应。
除非另有定义，否则这里所使用的全部术语(包括技术术语和科学术语)都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同的意思。还将理解的是，除非这里明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语这类术语应当被解释为具有与它们在相关领域语境中的意思相一致的意思，而不以理想的或过于正式的含义加以解释。
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 (3)

1.一种EPS控制器，包括：MCU分别连接CAN收发器、预驱动模块和信号处理电路，预驱动模块分别连接信号处理电路和三相桥模块，其特征在于，还包括：
智能电源模块，其为各模块供电，其能进行电源诊断，并具有看门狗；
RPS传感器模块，其集成在EPS控制器PCB板上且直接连接MCU，其是具有两个独立RPS传感器的芯片，每个RPS传感器对应一个Die，其能进行双通道RPS角度信号校验和角度信号的冗余校验诊断；
RPS传感器模块的电源电压连接SBC内置比较器的反向输入端，与同向输入端设定的欠压阈值进行实时比较进行电源电压诊断；
所述智能电源模块通过内部的比较器能执行以下安全机制；
(1)SM1，将RPS传感器IC内部Die1的供电电压V1与设定的欠压阈值V1min进行实时诊断，当V1发生欠压故障时，切断供电电压V1，并且能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
(2)SM2，将RPS传感器IC内部Die2的供电电压V2与设定的欠压阈值V2min进行实时诊断，当V2发生欠压故障时，切断供电电压V2，并且能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
(3)SM3，将RPS1的角度信号θ1和RPS2的角度信号θ2的值进行比较，发现θ1和θ2差值绝对值超出设定的△θ后，能够在EPS系统规定的FTTI内切断助力输出；
1)FM1，给Die1供电的电源引脚短接到地，其通过安全机制SM1进行诊断并响应；
2)FM2，给Die1供电的电源引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
3)FM3，SPI1信号引脚短接到地，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
4)FM4，SPI1信号引脚短接到电源，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
5)FM5，SPI1信号引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
6)FM6，给Die2供电的电源引脚短接到地，其通过安全机制SM2进行诊断并响应；
7)FM7，给Die2供电的电源引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
8)FM8，SPI2信号引脚短接到地，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
9)FM9，SPI2信号引脚短接到电源，其通过安全机制SM3进行诊断并响应；
10)FM10，SPI2信号引脚开路，其通过安全机制SM3进行诊断并响应。
2.如权利要求1所述的EPS控制器，其特征在于：两个RPS传感器的Die分别通过SPI连接MCU。
3.如权利要求2所述的EPS控制器，其特征在于：MCU读取双通道RPS角度信号进行冗余校验，如果角度信号差值的绝对值小于设定的阈值，则判断角度信号可信，按照读取到的角度信号判断电机转子位置，调整EPS控制器需要提供的助力。
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