CN206569132U - 具有看门狗监控功能的电动助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，包括控制单元、电机和机械转向系统，所述控制单元内部含有MCU模块和电源芯片，所述MCU模块输出PWM信号控制电机转动，所述电源芯片上集成有硬件看门狗电路，所述电机的供电端和继电器的输出回路相连，所述MCU模块的第一IO输出端和继电器的输入回路相连，第二IO输出端和电源芯片的看门狗使能端相连，第三IO输出端和电源芯片的看门狗控制端相连，复位端和电源芯片的复位端相连。本实用新型使用成本较低的集成到电源芯片中的硬件看门狗，通过分辨不同复位源实现对MCU自身的监控，并且在MCU故障时及时切断助力，达到与双MCU架构相同的安全效果。

Description

具有看门狗监控功能的电动助力转向系统
技术领域
本实用新型涉及一种电动助力转向系统，尤其涉及一种具有看门狗监控功能的电动助力转向系统。
背景技术
电动助力转向系统为驾驶员提供额外的转向助力，控制车辆的行驶方向，在车辆行驶安全中发挥极为重要的作用。
电动助力转向系统的核心是一个通过微处理器(MCU)控制电机运转的电控单元(ECU)，该微处理器的正常运转是保证整个电动助力转向系统安全可靠的关键。由于电控单元是一安全部件，必须保证在微处理器异常运行时系统进入安全状态。
现有的安全监控方式有：
(1)外部硬件看门狗(WDT)监控。当MCU运行异常时，硬件看门狗触发MCU复位，使其重新运行并恢复正常状态。
(2)双MCU架构。通过主辅MCU间周期性通讯的方式监控主MCU是否正常工作。当辅MCU收不到主MCU的握手信号时，就判定为主MCU异常，这时由辅MCU切断助力，使EPS进入安全状态，如图1所示。
方式(1)尽管避免了MCU死锁和EPS出现堵死现象，保证了安全性，但在MCU复位期间EPS不受控，导致出现短暂异常助力，给用户带来异常体验，甚至引起用户惊慌引发其它安全问题。
方式(2)则需要额外增加一个辅助MCU，提高了ECU成本、增加了ECU尺寸以及监控复杂性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，能够分辨出不同复位源的MCU实现对MCU自身的监控，并且在MCU故障时及时切断助力，通过软件方法准确诊断并记录MCU故障，达到与双MCU架构相同的安全效果。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，包括控制单元、电机和机械转向系统，所述控制单元内部含有MCU模块和电源芯片，所述MCU模块输出PWM信号控制电机转动，其中，所述电源芯片上集成有硬件看门狗电路，所述电机的供电端和继电器的输出回路相连，所述MCU模块的第一IO输出端和继电器的输入回路相连，第二IO输出端和电源芯片的看门狗使能端相连，第三IO输出端和电源芯片的看门狗控制端相连，所述MCU模块的复位端和电源芯片的复位端相连。
上述的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，其中，所述继电器为常开继电器，所述MCU模块的第一IO输出端通过下拉电阻和继电器的输入回路相连，所述MCU模块的第一IO输出端的默认状态为低电平，使得MCU复位和未进入正常助力控制时，继电器为断开状态。
上述的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，其中，所述电源芯片的硬件看门狗电路通过连接外部不同容值的电容配置看门狗复位周期。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，通过使用成本较低的集成到电源芯片中的硬件看门狗，MCU软件通过分辨不同复位源实现对MCU自身的监控，并且在MCU故障时及时切断助力，达到与双MCU架构相同的安全效果。本实用新型在不增加器件的情况下，达到主辅MCU监控相同的安全效果；即节约了ECU成本、减小了ECU尺寸，同时降低对MCU监控的复杂性，提高了ECU可靠性。
附图说明
图1为现有的电动助力转向的主辅监控系统控制单元架构示意图；
图2为本实用新型具有看门狗监控功能的电动助力转向系统控制单元架构示意图；
图3为本实用新型看门狗监控系统各信号关系示意图；
图4为本实用新型具有看门狗监控功能的电动助力转向系统控制单元的具体实施例电路方框示意图；
图5为本实用新型具有看门狗监控功能的电动助力转向系统控制单元的控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图2为本实用新型具有看门狗监控功能的电动助力转向系统控制单元架构示意图；图3为本实用新型看门狗监控系统各信号关系示意图；图4为本实用新型具有看门狗监控功能的电动助力转向系统控制单元的具体实施例电路方框示意图。
请参见图2、图3和图4，本实用新型提供的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，包括控制单元、电机和机械转向系统，其核心为控制单元，内部含有MCU模块和电源芯片，所述MCU模块输出PWM信号控制电机转动，其中，所述电源芯片上集成有硬件看门狗电路，所述电机的供电端和继电器的输出回路相连，所述MCU模块的第一IO输出端GP_OUT1和继电器的输入回路相连，第二IO输出端GP_OUT2和电源芯片的看门狗使能端相连，第三IO输出端GP_OUT3和电源芯片的看门狗控制端相连，所述MCU模块的复位端ESR1和电源芯片的复位端RESET相连。
本实用新型提供的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，所述MCU模块的输出端输出PWM信号控制电机转动，继电器为常开继电器，其开关状态由MCU模块控制，信号①为其控制信号，高电平有效。当MCU模块输出高电平时，继电器闭合，母线电流可输入电机为EPS提供助力。当MCU模块输出低电平或输出三态时，继电器断开，切断母线电流，EPS转为机械助力状态。当ECU诊断出故障时，为保证EPS的安全性，MCU模块关断继电器，使EPS进入安全状态。
信号①的默认状态为低电平，在硬件上由一下拉电阻拉低，这样就保证在MCU复位和未进入正常助力控制时，继电器为断开状态，防止这时EPS不受控出现异常助力。
本实用新型的电源芯片集成了硬件看门狗，其复位周期一般由硬件充放电电路配置，例如可配置为30ms。信号②为看门狗使能信号，高有效，默认为低，禁止看门狗输出复位信号。为高时，则在看门狗溢出时输出复位信号。信号③为喂狗信号，一般为低脉冲信号，相邻脉冲的间隔若超出看门狗复位周期，则看门狗溢出，产生复位信号。所以，当看门狗使能时，MCU必须保证喂狗信号的输出周期小于看门狗的复位周期。信号④为看门狗溢出时的复位输出信号，低电平将导致MCU进入复位状态，上升沿使MCU重新运行。
当该系统进入正常助力控制时，MCU模块闭合继电器，同时控制看门狗使能。MCU在控制电机助力输出的同时，也对看门狗电源芯片进行周期性喂狗操作，不使看门狗溢出产生对MCU模块的复位信号。如果MCU模块运行异常，则无法保证喂狗信号的正常输出。当喂狗周期超过看门狗的复位周期时，看门狗就输出复位信号，强制MCU复位。
MCU复位后，信号①自动进入默认状态，断开继电器，使EPS及时进入安全状态，防止异常助力的产生。
随后，MCU模块根据复位源判断当前发生的是看门狗复位，则诊断为当前发生过MCU异常故障，保存故障信息。
MCU模块发生异常时各信号的关系如图3所示。
本实用新型提供的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，具体实现方案如图4所示。其中CD为看门狗充电电容，它的容量决定看门狗复位周期：
TWO＝2.976*106*CD s
其中，CD的范围为5～15nF，优选为10nF，故看门狗复位周期TWO约为30ms。
另外，WDT的复位输出脚RESET输入MCU的ESR1脚，作为MCU模块的一个外部复位源使用。在上电初始化时，将ESR1配置为复位输入。在MCU模块复位时，则可通过读取MCU的相关寄存器判断最近的复位源。
图5为本实用新型具有看门狗监控功能的电动助力转向系统的控制流程示意图。
请继续参见图5，本实用新型的看门狗监控系统的实现方法如下：
1.车辆点火后，ECU上电复位，配置ESR1复位输入源。
2.MCU模块对ECU进行上电诊断；
3.上电诊断无故障后，闭合继电器，使能看门狗；
4.MCU模块进行正常助力控制，同时进行周期性喂狗；
5.当MCU模块运行异常导致未能及时喂狗时，看门狗溢出，产生ESR1复位信号；
6.MCU复位，同时继电器进入默认断开状态，看门狗进入默认禁止状态；
7.当MCU检测到ESR1复位时，诊断为MCU异常故障，ECU保持机械助力状态；
8.车辆熄火后，MCU记录MCU异常故障信息。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (3)

1.一种具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，包括控制单元、电机和机械转向系统，所述控制单元内部含有MCU模块和电源芯片，所述MCU模块输出PWM信号控制电机转动，其特征在于，所述电源芯片上集成有硬件看门狗电路，所述电机的供电端和继电器的输出回路相连，所述MCU模块的第一IO输出端和继电器的输入回路相连，第二IO输出端和电源芯片的看门狗使能端相连，第三IO输出端和电源芯片的看门狗控制端相连，所述MCU模块的复位端和电源芯片的复位端相连。
2.如权利要求1所述的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，其特征在于，所述继电器为常开继电器，所述MCU模块的第一IO输出端通过下拉电阻和继电器的输入回路相连，所述MCU模块的第一IO输出端的默认状态为低电平，使得MCU复位和未进入正常助力控制时，继电器为断开状态。
3.如权利要求1所述的具有看门狗监控功能的电动助力转向系统，其特征在于，所述电源芯片的硬件看门狗电路通过连接外部不同容值的电容配置看门狗复位周期。
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