CN216751178U - 电机倒拖诊断保护电路及eps驱动模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机倒拖诊断保护电路，包括：电机位置信号采集模块采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；微分器将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；第一比较模块将电机转速信号电压与第二参考电压进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；第二比较模块将母线电压与第一参考电压进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；逻辑判断模块仅当第一比较模块输出电平信号和第二比较模块电平信号同时满足逻辑判断条件时，其控制驱动模块关闭MOSFET。本实用新型还公开了一种具有所述电机倒拖诊断保护电路的EPS驱动模块。

Description

电机倒拖诊断保护电路及EPS驱动模块

技术领域

本实用新型涉及汽车领域，特别是涉及一种电机倒拖诊断保护电路。以及，一种具有所述电机倒拖诊断保护电路的EPS驱动模块。

背景技术

近年来，汽车电动助力转向(EPS)技术发展迅速，已逐步取代传统助力转向而成为乘用车动力转向系统的主流技术方案。与此同时，ISO26262作为一项汽车领域功能安全的国际性标准，从其2011年正式颁布至今，已逐渐普及并被大多数整车厂(OEM)所应用。EPS作为汽车至关重要的控制系统之一，其安全可靠运行直接关系到车辆及人身安全。随着系统复杂度不断提高，车辆电子化率的日益提升，以及ISO26262的严格要求，对EPS控制器的电器可靠性和安全性提出了越来越高的要求。

倒拖工况是车辆行驶过程中EPS的一种特殊工况，其主要发生在车辆撞击障碍物时造成转向机在外力作用下发生非自发的瞬时高速位移，并通过传动机构传递至EPS的电机，对电机造成短时高速倒拖。电机高速倒拖会产生较高的反电动势浪涌，对控制器造成高压冲击。通常，由于有蓄电池的电容效应，倒拖高压冲击会在电池端得到有效的抑制，进而保护控制器的数字电路部分不受损伤。因此，以往的工程师都是较多关注离电机较近的驱动电路(如MOSFET)的保护方法，并设计了一些保护电路，如《用于多相位缓冲电路的系统和方法》(专利号：CN201610306060.5)。然而，近些年部分OEM已经提出车辆撞击障碍物时，不仅意味着EPS电机可能会倒拖，同时蓄电池负极也可能会因振动冲击而脱落，并设计了在倒拖工况中加入蓄电池负极中断的工况。在这种工况下，EPS 的整个数字电路部分都完全暴露在倒拖高压冲击之下，控制器损伤风险提升。为清楚说明该问题，请参考典型EPS电器系统架构，如图1所示，若电机7高速倒拖的同时蓄电池负极9断开，由于电机7倒拖发电，可以在脱离蓄电池1的情况下维持系统继续工作一段时间，而失去蓄电池1电容效应的保护，EPS的整个数字电路(电源模块2、MCU3 等)将会暴露在倒拖高压冲击之下，面临损伤风险。

针对该问题，部分芯片厂家已提出通过母线的电压诊断实现保护，如英飞凌的电源管理芯片TLE35584，当诊断到母线电压高于47V时，芯片会通过SS1和SS2引脚输出关闭信号，控制驱动模块4，关闭MOSFET5，切断对数字电路的电压冲击路径。但是该方案存在以下几个弊端：1.为防止在电磁兼容性试验(EMC)中的高压脉冲下误报故障，需将诊断延时增大，导致保护不及时；2.为防止车辆正常启动和行驶时误报故障，检测阈值需设置为较高电压(47V)，保护电压阈值过高，芯片可能受损伤；3.必须选用集成式电源芯片方案，功能冗余，灵活度低，成本高。

实用新型内容

在实用新型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。本实用新型的实用新型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。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能缩短诊断延时，降低保护电压阈值，同时还可以降低误报风险，且灵活度高，成本低廉的电机倒拖诊断保护电路。

相应的，本实用新型还提供了一种具有所述电机倒拖诊断保护电路的EPS驱动模块。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的电机倒拖诊断保护电路，包括：

电机位置信号采集模块，其包括电机7和电机位置传感器芯片8，其用于采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；

微分器10,其将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；

第一比较模块11，其将电机转速信号电压与第二参考电压Vref₂进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；

第二比较模块12，其将母线电压Vref_Battery与第一参考电压Vref₁进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；

逻辑判断模块13，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时满足逻辑判断条件时，其控制驱动模块4关闭MOSFET5。

可选择的，进一步改进所述的电机倒拖诊断保护电路，第一比较模块11，其同向端连接第二参考电压Vref₂，其反相端连接电机转速信号电压，若电机转速信号电压大于第二参考电压Vref₂，则输出第二电平信号，反之输出第一电平信号；

第二比较模块12，其同向端连接第一参考电压Vref₁，其反相端连接母线电压Vref_Battery，若母线电压Vref_Battery大于第一参考电压Vref₁，则输出第二电平信号，反之输出第一电平信号；

逻辑判断模块13，为或门，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时输出第二电平信号时，其输出第二电平信号，其控制驱动模块4关闭MOSFET5。

可选择的，进一步改进所述的电机倒拖诊断保护电路，第一比较模块11，其同向端连接电机转速信号电压，其反相端连接第二参考电压Vref₂，若电机转速信号电压大于第二参考电压Vref₂，则输出第一电平信号，反之输出第二电平信号；

第二比较模块12，其同向端连接母线电压Vref_Battery，其反相端连接第一参考电压Vref₁，若母线电压大于第一参考电压Vref₁，则输出第一电平信号高电平信号，反之输出第二电平信号；

逻辑判断模块13，为与非门，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时输出第一电平信号时，其输出第二电平信号，其控制驱动模块4关闭MOSFET5。

可选择的，进一步改进所述的电机倒拖诊断保护电路，还包括：锁存模块14，其连接在逻辑判断模块13和驱动模块4之间。

可选择的，进一步改进所述的电机倒拖诊断保护电路，第一比较模块11和第二比较模块12是比较器。

可选择的，进一步改进所述的电机倒拖诊断保护电路，还包括：

串联的第一电阻和第二电阻，母线电压Vref_Battery经第一电阻和第二电阻连接地，母线电压Vref_Battery经第一电阻连接第二比较模块12反相端。

其中，第一电平信号是高电平信号，第二电平信号是低电平信号。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有上述任意一项所述电机倒拖诊断保护电路的EPS驱动模块。

本实用新型提出利用EPS电器架构中的电机位置传感器模拟信号，通过微分器、比较器等模拟电路，将表征角度(即电机位置)的信号，转换为表征角速度(即电机转速) 的信号，然后再通过比较器输出表征电机转速的电平信号；另外，通过比较器将母线电压转换为电平信号；然后通过逻辑门将表征电机转速的电平信号和表征母线电压的电平信号耦合起来，作为驱动模块4和MOSFET5的使能控制信号。通过该方案可以实现，由电机转速和母线电压共同控制驱动模块4关断MOSFET5，切断电机倒拖产生的反电动势对数字电路的冲击路径。通常，车辆在原地或正常行驶过程中打方向盘的极限电机转速小于3krpm，而倒拖工况产生的电机转速通常大于5krpm，若低于5krpm则不会对控制器造成威胁。仅部分极限试验工况可能会达到5krpm，但这些工况下母线电压维持正常水平。由于引入了电机转速作为其中之一诊断依据，母线电压可以由47V降低为30V，或者根据需求调整诊断电压，同时不需要进行过压脉宽时长检测。

综上所述，本实用新型至少能实现以下技术效果：

1.本实用新型采用全硬件电路进行倒拖工况诊断，缩短了诊断动作时间，保降低了护延迟，对系统保护能力增强。

2.本实用新型明可以将电压阈值设置在30V，理论上不会对数字电路造成损伤，具有更高的保护阈值电压。

3.本实用新型以电机转速信号和母线电压两个因素的与门结果作为诊断输入，降低了误报风险。

4.本实用新型的电路灵活性较高，配合LDO电源方案，可以摆脱电源管理芯片方案，降低成本。

附图说明

本实用新型附图旨在示出根据本实用新型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，本实用新型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，本实用新型附图不应当被解释为限定或限制由根据本实用新型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实用新型作进一步详细的说明：

图1是一种现有EPS结构示意图。

图2是本发明第一实施例结构示意图。

图3是本发明第二实施例结构示意图。

图4是本发明第三实施例结构示意图。

图5是本发明第四实施例结构示意图。

附图标记说明

蓄电池1

电源模块2

单片机3

驱动模块4

MOSFET5

采样电阻6

电机7

电机位置传感器8

开关9

微分器10

第一比较模块11

第二比较模块12

逻辑判断模块13

锁存模块14

锁存模块的使能引脚15。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与技术效果。本实用新型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，在没有背离实用新型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。本实用新型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实用新型的公开彻底且完整，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。

第一实施例；

如图1所示，本实用新型提供一种电机倒拖诊断保护电路，包括：

电机位置信号采集模块，其包括电机7和电机位置传感器芯片8，其用于采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；

微分器10,其将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；通过调节电阻和电容的容值可以控制微分线性区的频域区间以及输出信号与输入信号的增益系数，因此可以根据诊断转速阈值需求，进行合理的阻容匹配。当电阻和电容固定，微分器输出角速度信号的幅值大小只取决于电机转速，转速越快，输出幅值越大；

第一比较模块11，其作用是将微分器输出的电机转速模拟信号转换为电平信号，其将电机转速信号电压与第二参考电压Vref₂进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；

第二比较模块12，其作用是将母线电压模拟信号转换为电平信号，其将母线电压Vref_Battery与第一参考电压Vref₁进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；

逻辑判断模块13，其作用是耦合电机转速电平信号和母线电压电平信号，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时满足逻辑判断条件时，其控制驱动模块4关闭MOSFET5。

此外，还应当理解的是，尽管在这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语的限制。这些术语仅是用来将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开来。因此，在不脱离根据本实用新型的示例性实施例的教导的情况下，以下所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分也可以被称作第二元件、组件、区域、层或部分。

第二实施例；

如图2所示，本实用新型提供一种电机倒拖诊断保护电路，包括：

电机位置信号采集模块，其包括电机7和电机位置传感器芯片8，其用于采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；

微分器10,其将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；

第一比较模块11，其将电机转速信号电压与第二参考电压Vref₂进行比较，其同向端连接第二参考电压Vref₂，其反相端连接电机转速信号电压，若电机转速信号电压大于第二参考电压Vref₂，则输出低电平信号，反之输出高电平信号；

第二比较模块12，其将母线电压Vref_Battery与第一参考电压Vref₁进行比较，其同向端连接第一参考电压Vref₁，其反相端连接母线电压Vref_Battery，若母线电压Vref_Battery大于第一参考电压Vref₁，则输出低电平信号，反之输出高电平信号；

逻辑判断模块13，为或门，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时输出低电平信号时，其输出低电平信号，其控制驱动模块4关闭MOSFET5。

第三实施例；

如图3所示，本实用新型提供一种电机倒拖诊断保护电路，包括：

电机位置信号采集模块，其包括电机7和电机位置传感器芯片8，其用于采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；

微分器10,其将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；

第一比较模块11，其将电机转速信号电压与第二参考电压Vref₂进行比较，其同向端连接电机转速信号电压，其反相端连接第二参考电压Vref₂，若电机转速信号电压大于第二参考电压Vref₂，则输出高电平信号，反之输出低电平信号；

第二比较模块12，其将母线电压Vref_Battery与第一参考电压Vref₁进行比较，其同向端连接母线电压Vref_Battery，其反相端连接第一参考电压Vref₁，若母线电压大于第一参考电压Vref₁，则输出高电平信号，反之输出低电平信号；

逻辑判断模块13，为与非门，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时输出高电平信号时，其输出低电平信号，其控制驱动模块4关闭 MOSFET5。

第四实施例；

如图4所示，本实用新型提供一种电机倒拖诊断保护电路，包括：

电机位置信号采集模块，其包括电机7和电机位置传感器芯片8，其用于采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；

微分器10,其将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；

第一比较模块11，其将电机转速信号电压与第二参考电压Vref₂进行比较，其同向端连接电机转速信号电压，其反相端连接第二参考电压Vref₂，若电机转速信号电压大于第二参考电压Vref₂，则输出高电平信号，反之输出低电平信号；

第二比较模块12，其将母线电压Vref_Battery与第一参考电压Vref₁进行比较，其同向端连接母线电压Vref_Battery，其反相端连接第一参考电压Vref₁，若母线电压大于第一参考电压Vref₁，则输高电平信号，反之输出低电平信号；

锁存模块14，其连接在逻辑判断模块13和驱动模块4之间，锁存模块14带使能控制引脚15。当倒拖工况发生时，电机转速和母线电压超过诊断设定阈值，电机转速信号比较器

和母线电压比较器

均输出低电平，逻辑门

输出低电平，并通过锁存器

固定低电平控制状态，使驱动模块4和MOSFET5保持关闭状态。当倒拖工况消失，同时系统状态自检通过时，通过使能信号控制驱动模块4和MOSFET5开启，进入正常工作模式；

逻辑判断模块13，为与非门，仅当第一比较模块11输出电平信号和第二比较模块12电平信号同时输出高电平信号时，其输出低电平信号，其控制驱动模块4关闭 MOSFET5。

其中，上述第一实施例～第四实施例任意一项所述的第一比较模块11和第二比较模块12是比较器。

其中，上述第二实施例～第四实施例任意一项所述的基础上进行进一步改进，增加串联的第一电阻和第二电阻，母线电压Vref_Battery经第一电阻和第二电阻连接地，母线电压Vref_Battery经第一电阻连接第二比较模块12反相端。

第五实施例；

本实用新型提供一种具有第一实施例～第四实施例任意一项所述电机倒拖诊断保护电路的EPS驱动模块。需要说明的是现有技术中及未来出现的任何一种EPS驱动模块均能使用本实用新型的电机倒拖诊断保护电路。

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)都具有与本实用新型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实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种电机倒拖诊断保护电路，其特征在于，包括：

电机位置信号采集模块，其包括电机(7)和电机位置传感器芯片(8)，其用于采集电机角度位置信息，通过传感器芯片实时检测电机角度位置信息，并输出表征电机角度位置的模拟信号；

微分器(10),其将传感器芯片输出的电机角度位置模拟信号转换为表征电机角速度的电机转速信号电压；

第一比较模块(11)，其将电机转速信号电压与第二参考电压(Vref₂)进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；

第二比较模块(12)其将母线电压(Vref_Battery)与第一参考电压(Vref₁)进行比较，输出第一电平信号或第二电平信号；

逻辑判断模块(13)，仅当第一比较模块(11)输出电平信号和第二比较模块(12)电平信号同时满足逻辑判断条件时，其控制驱动模块(4)关闭MOSFET(5)。

2.如权利要求1所述的电机倒拖诊断保护电路，其特征在于：

第一比较模块(11)，其同向端连接第二参考电压(Vref₂)，其反相端连接电机转速信号电压，若电机转速信号电压大于第二参考电压(Vref₂)，则输出第二电平信号，反之输出第一电平信号；

第二比较模块(12)，其同向端连接第一参考电压(Vref₁)，其反相端连接母线电压(Vref_Battery)，若母线电压(Vref_Battery)大于第一参考电压(Vref₁)，则输出第二电平信号，反之输出第一电平信号；

逻辑判断模块(13)，为或门，仅当第一比较模块(11)输出电平信号和第二比较模块(12)电平信号同时输出第二电平信号时，其输出第二电平信号，其控制驱动模块(4)关闭MOSFET(5)。

3.如权利要求1所述的电机倒拖诊断保护电路，其特征在于：

第一比较模块(11)，其同向端连接电机转速信号电压，其反相端连接第二参考电压(Vref₂)，若电机转速信号电压大于第二参考电压(Vref₂)，则输出第一电平信号，反之输出第二电平信号；

第二比较模块(12)，其同向端连接母线电压(Vref_Battery)，其反相端连接第一参考电压(Vref₁)，若母线电压大于第一参考电压(Vref₁)，则第一电平信号，反之输出第二电平信号；

逻辑判断模块(13)，为与非门，仅当第一比较模块(11)输出电平信号和第二比较模块(12)电平信号同时输出第一电平信号时，其输出第二电平信号，其控制驱动模块(4)关闭MOSFET(5)。

4.如权利要求2所述的电机倒拖诊断保护电路，其特征在于,还包括：锁存模块(14)，其连接在逻辑判断模块(13)和驱动模块(4)之间。

5.如权利要求1所述的电机倒拖诊断保护电路，其特征在于：第一比较模块(11)和第二比较模块(12)是比较器。

6.如权利要求2-4任意一项所述的电机倒拖诊断保护电路，其特征在于，还包括：

串联的第一电阻和第二电阻，母线电压(Vref_Battery)经第一电阻和第二电阻连接地，母线电压(Vref_Battery)经第一电阻连接第二比较模块(12)反相端。

7.如权利要求2-4任意一项所述的电机倒拖诊断保护电路，其特征在于：第一电平信号是高电平信号，第二电平信号是低电平信号。

8.一种EPS驱动模块，其特征在于：其具有权利要求1所述的电机倒拖诊断保护电路。

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