CN114326371B - 一种eps系统mcu片间冗余通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法，具体涉及汽车EPS系统技术领域，包括主控单元A、主控单元B、CAN通讯电路和SPI通讯电路。本发明通过CAN及SPI进行MCU间数据通信，去除双MCU片间通讯的共因失效。双MCU间的CAN通讯方式，在传统单系统电路的基础之上进行创新，增加RH、RL和RHL电阻，几乎不增加成本。同时，本发明CAN和SPI数据协议一致，统一的通讯格式和内容，软件的可移植性强，降低了人工成本。本发明不但能够解决EPS系统因片间通讯故障导致控制数据交互断开从而引发无人驾驶功能降级甚至失效的问题；而且能够有效避免双路SPI或双路CAN的共因失效问题。从而，使EPS系统具备良好的安全性能与生命保障，具备良好的运作稳定性和可靠性。

Description

一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法

技术领域

本发明涉及汽车EPS系统技术领域，更具体地说，本发明涉及一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法。

背景技术

目前，电动助力转向器EPS出于在无人驾驶上高安全性要求，越来越多的冗余MCU控制方案及技术正在涌现，无人驾驶冗余方案通过对扭矩传感器，转子角度传感器，方向盘转角传感器，电流传感器，主控单元MCU的冗余实现EPS的冗余功能，通过两主控单元间的通讯，进行控制信息的交互，实现从主控系统向冗余系统的切换，以及主控系统的功能切除，从而实现高安全等级的智能驾驶功能，因此，双冗余系统间可靠通讯尤为重要。

现有EPS双冗余系统，MCU片间通讯有以下方式：

一、采用SPI/CAN/FSI等单路通讯，实现两个MCU之间控制数据的交互；

二、采用双路SPI或双路CAN等，实现MCU片间通讯的冗余交互方案；

第一方式片间只有单路信号连接，当该通信电路出现问题，两个MCU之间控制数据的交互会断开，导致失去片间通讯的功能。第二种采用相同通讯方式的冗余通讯电路，不能避免共因失效导致的双路SPI或双路CAN同时失效的情况，另外设计成本也会增加。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法，本发明所要解决的技术问题是：解决了目前EPS系统MCU片间通讯故障，则导致控制数据的交互断开，引发的无人驾驶功能降级甚至失效的问题；且部分采用冗余方式无法同时应对双路SPI或双路CAN同时失效的情况的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法，包括主控单元A、主控单元B、CAN通讯电路和SPI通讯电路：

S1、所述主控单元A和主控单元B同步上电，同步初始化，主控单元A和主控单元B同步采样。

S2、所述主控单元A实时采集数据，完成数据流1的CAN发送通信和数据流1的SPI发送通信，所述主控单元B完成数据流1的接收，主控单元B对接收到的数据流1进行数据校验。

S3、步骤S2中主控单元B完成一次数据流1的CAN接收通信和数据流1的SPI接收通信后，数据流校验其中CAN通信或SPI通信的数据流1中有校验错误的情况，则主控单元B再次向主控单元A请求一次数据，两次数据校验错误，则判断数据无效。

S4、主控单元B实时采集数据，完成数据流2的CAN发送通信和数据流2的SPI发送通信的发送。主控单元A完成数据流2的接收，并对接收到的数据流进行有效性校验。数据有效后，主控单元A对CAN通信和SPI通信接收到的数据流2数据进行相互校验，校验通过后，数据有效，有效的数据流2对与主控单元A实时采集到的数据进行校验。

S5、步骤S4中主控单元A完成一次数据流2的CAN接收通信和数据流2的SPI接收通信，数据流校验其中CAN通信或SPI通信的数据流2中有校验错误的情况，则主控单元A再次向主控单元B请求一次数据，两次数据校验错误，则判断数据无效，并退出主控单元A对主控单元B运行状态的本周期的监测。

作为本发明的进一步方案：所述主控单元A和主控单元B同步采样过程中CAN通信与SPI通信通过任务周期方式完成一组数据同步传输。

作为本发明的进一步方案：S2中所述主控单元B对接收到的数据流1进行数据校验并判定数据有效后，对所述CAN通信和SPI通信接收到数据流1数据进行相互校验，若校验通过，则数据有效，有效的数据流1对与主控单元B实时采集到的数据进行校验，并通过故障检测机制，判断主控单元A采集电路与传感器运行状态，完成主控单元B对主控单元A的运行状态的监测。

作为本发明的进一步方案：S3中所述主控单元B两次数据校验错误，并判断数据无效后，退出主控单元B对主控单元A的运行状态的本周期的监测。

作为本发明的进一步方案：所述主控单元A和主控单元B均对片间的CAN通信和SPI通信进行状态监测，若CAN通信或SPI通信错误，则判定一种通信方式失效，并使用剩余的通信的方式进行片间的数据通信。

作为本发明的进一步方案：所述主控单元A实时获取主控单元B的运行状态，主控单元B实时获取主控单元A的运行状态，在主控单元A或主控单元B单个发生故障的情况下进行相互切换。

本发明的有益效果在于：

本发明通过采用CAN及SPI进行MCU间数据的通信，去除了双MCU片间通讯的共因失效问题，且新增的双MCU间的CAN通讯方式，因为在和整车通讯时已存在，除RH、RL和RHL电阻外，不增加成本；同时本发明采用CAN和SPI数据协议一致，统一了两种通讯格式和内容，软件的可移植性强，降低了人工成本。不仅能够解决目前EPS系统由于MCU片间通讯故障导致控制数据的交互断开，引发的无人驾驶功能降级甚至失效的问题；而且能够有效避免双路SPI或双路CAN的共因失效问题，使其具备良好的安全性能与生命保障，具备良好的运作稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明电动助力转向冗余系统用片间通信电路示意图；

图2为本发明数据同步及校验原理框图；

图3为本发明系统上电及初始化流程框图；

图4为本发明主控单元A和主控单元B校验流程示意图；

图5为本发明主控单元A与主控单元B的片间SPI通信协议格式示意图；

图6为本发明主控单元A与主控单元B的片间CAN通信协议格式示意图。

具体实施方式

如图1电动助力转向冗余系统用片间通信电路示意图，图2数据同步及校验原理框图以及图3系统上电及初始化流程框图所示，本发明提供，一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法，包括主控单元A、主控单元B、CAN通讯电路和SPI通讯电路：

S1、所述主控单元A和主控单元B同步上电，同步初始化，主控单元A和主控单元B同步采样。

S2、CAN通信、SPI通信通过任务周期等方式完成一组数据同步传输。

S3、所述主控单元A实时采集数据，完成CAN通信和SPI通信数据流1的传输。所述主控单元B完成数据流1的接收，主控单元B对接收到的数据流进行校验，数据有效后对CAN通信和SPI通信的数据流1数据进行相互校验，校验通过后，该组数据有效，有效的数据流1对与主控单元B实时采集到的数据进行校验，通过故障检测机制，判断主控单元A采集电路、传感器的运行状态，实现主控单元B对主控单元A的运行状态的监测。

S4、若上述S3中主控单元B完成1次数据流1的CAN通信和数据流1的SPI通信后，数据流校验其中CAN通信或SPI通信的数据流1中有校验错误的情况，则主控单元B再次向主控单元A请求一次数据，两次数据校验错误，则判定数据无效，退出主控单元B对主控单元A的运行状态的本周期的监测。

S5、主控单元B实时采集数据，完成数据流2的CAN通信、数据流2的SPI通信，主控单元A完成数据流2的接收，主控单元A对接收到的数据流进行数据校验，数据有效后对数据流2的CAN通信、数据流2的SPI通信分别接收到的数据进行相互校验，校验通过后，该组数据有效，有效的数据流2对与主控单元A实时采集到的数据进行校验，通过故障检测机制，判断主控单元B采集电路、传感器的运行状态，实现主控单元A对主控单元B的运行状态的监测。

S6、若上述S5中主控单元A完成1次数据流2的CAN通信和数据流2的SPI通信后，数据流校验其中CAN通信或SPI通信的数据流2中有校验错误的情况，则主控单元A再次向主控单元B请求一次数据，两次数据校验错误，则判断数据无效，退出主控单元A对主控单元B的运行状态的本周期的监测。

S7、主控单元A、主控单元B均对片间的CAN通信、SPI通信进行状态监测，如果CAN通信或者SPI通信因为电子电路、干扰等因素导致通信错误，判定其中一种通信方式失效，则，使用正常通信的方式进行片间的数据通信。

S8、通过双冗余的通信电路，叠加冗余方案的软件设计，确保主控单元A实时获取主控单元B的运行状态，主控单元B实时获取主控单元A的运行状态，达到双系统互相校验的目的，以便在主控单元A发生故障的情况下能够顺利平稳的切换到主控单元B。

如图1所示，汽车底盘系统中电子助力转向单元的冗余设计用片间通信电路，包括主控单元A和主控单元B，CAN通讯电路，SPI通讯电路，主控单元A，通过采集扭矩，方向盘角度和转子角度传感器数据，计算自身的控制数据，并将这些数据传至CAN发送邮箱和SPI寄存器中，主控单元B一方面处理CAN接收邮箱和SPI寄存中接收到的数据，另一方面采集这些传感器数据，进行相互校验，并将检验结果反馈给主控单元A，主控单元A和主控单元B的片间通讯和校验，通过通信协议和数据同步校验方法实现，CAN收发器电路A和B，用来进行主控单元A和主控单元B内CAN邮箱数据的转换和收发，RH、RL和RHL保证无外部CAN总线连接时的片间CAN通讯，SPI通讯电路，用来进行主控单元A和主控单元BSPI寄存器数据的收发。本发明通过增加RHL,RH和RL，能够实现主控单元A与主控单元B片间通讯的硬件冗余，提高硬件通讯的可靠性。

主控单元A与主控单元B间的片间通信按照通信协议进行，通讯方式分为CAN通信和SPI通讯，每一包通讯数据信息包括方向盘角度，转子角度，人机交互发出的目标角度，扭矩，工作模式，每一帧数据由校验位，数据ID，数据信息组成，其中，校验方式采用奇偶校验的方式，数据信息具有自己的ID号，确保主控单元A和主控单元B的信息相互校验无误，具体协议内容及其发送方式如下所述：

（1）SPI通信数据帧每帧16位，所有数据通信完成需要传递8个数据帧，总共128位，具体协议格式如图5所示，SPI通信按照数据ID的顺序进行周期发送，满足000-001-010-011-100-101-110-111完成所有数据的交互。

（2）CAN通信的协议格式保证与SPI的数据通信保持一致，把128位，分解为2帧数据，每帧8个字节进行传输，具体协议格式如图6所示，CAN通信按照第1帧-第2帧，与SPI完成同步发送，数据ID的顺序满足000-001-010-011-100-101-110-111完成所有数据的交互。

主控单元A:EPS控制器的主路单元，在EPS控制器初始化后，正常运行时使用。

主控单元B:EPS控制器的冗余设计单元，在EPS控制器初始化后，与主路单元保持同步通信及校验，在主控单元A发生故障后通过片间通信的信息，切换到主控单元B，保证EPS的正常工作。

片间通信：主控单元A和主控单元B之间通过片间通信方式保持信息的实时传递、互相校验等工作，SPI片间通信、CAN电路片间通信通过程序设计实现同步且实时，达到电路设计安全冗余且避免电路单元的共因失效，SPI电路故障后，CAN电路能够保证主控单元A和主控单元B之间的数据通信正常，同理，CAN电路故障后，SPI电路能够保证主控单元A和主控单元B之间的数据通信正常。

主控单元A和主控单元B校验方法：主控单元B对主控单元A的状态检测如图4所示，主控单元A对主控单元B的检测机制同理。

最后应说明的几点是：虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (1)

1.一种EPS系统MCU片间冗余通信的方法，包括主控单元A、主控单元B、CAN通讯电路和SPI通讯电路，其特征在于：

S1、所述主控单元A和主控单元B同步上电，同步初始化，主控单元A和主控单元B同步采样；

S2、所述主控单元A实时采集数据，完成数据流1的CAN发送通信和数据流1的SPI发送通信，所述主控单元B完成数据流1的接收，主控单元B对接收到的数据流1进行数据校验；

S3、步骤S2中主控单元B完成一次数据流1的CAN接收通信和数据流1的SPI接收通信后，数据流校验其中CAN通信或SPI通信的数据流1中有校验错误的情况，则主控单元B再次向主控单元A请求一次数据，两次数据校验错误，则判断数据无效；

S4、主控单元B实时采集数据，完成数据流2的CAN发送通信和数据流2的SPI发送通信，主控单元A完成数据流2的接收，主控单元A对接收到的数据流进行数据校验，数据有效后对数据流2的CAN通信和数据流2的SPI通信接收到的数据进行相互校验，校验通过后，数据有效，有效的数据流2对与主控单元A实时采集到的数据进行校验；

S5、步骤S4中主控单元A完成一次数据流2的CAN接收通信和数据流2的SPI接收通信后，数据流校验其中CAN通信或SPI通信的数据流2中有校验错误的情况，则主控单元A再次向主控单元B请求一次数据，两次数据校验错误，则判定数据无效，并退出主控单元A对主控单元B运行状态的本周期的监测；

所述主控单元A和主控单元B同步采样过程中CAN通信与SPI通信通过任务周期方式完成一组数据同步传输，S2中所述主控单元B对接收到的数据流1进行数据校验并判定数据有效后，所述数据流1的CAN通信和SPI通信分别对接收到的数据进行相互校验，若校验通过，则数据有效，有效的数据流1对与主控单元B实时采集到的数据进行校验，并通过故障检测机制，判断主控单元A采集电路与传感器运行状态，完成主控单元B对主控单元A的运行状态的监测，S3中所述主控单元B两次数据校验错误，并判断数据无效后，退出主控单元B对主控单元A的运行状态的本周期的监测，所述主控单元A和主控单元B均对片间的CAN通信和SPI通信进行状态监测，若CAN通信或SPI通信错误，则判定一种通信方式失效，并使用正常的通信方式进行片间的数据通信，所述主控单元A实时获取主控单元B的运行状态，主控单元B实时获取主控单元A的运行状态，在主控单元A或主控单元B单个发生故障的情况下进行相互切换。

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