一种基于功能安全的电动汽车集成控制器的制作方法

本发明涉及集成控制技术领域，具体涉及一种基于功能安全的电动汽车集成控制器。

背景技术：

电动汽车多采用多合一集成式控制器来提高系统的集成性，以减少车辆外部布线。目前多数集成控制器在集成方式上，只是单纯的将各个部件从物理上集成在一起，集成控制器里的各个单元都通过CAN总线连接到外部的整车控制器，集成控制器内部的各个单元之间没有太多的交集，这会导致集成控制器在执行某些严重的故障保护时，其执行时间大于系统设定的故障容忍时间，即系统不能对某些严重故障进行及时保护。例如：当辅助转向控制器或绝缘检测仪发生故障时，需要先通过CAN总线通知整车控制器，整车控制器再通过CAN总线通知主驱电机控制器使主驱电机控制器进入停车模式。这种方式的故障保护的反应时间太长，不能及时使主驱电机控制器停机，存在行车安全风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能快速进入安全状态的基于功能安全的电动汽车集成控制器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于功能安全的电动汽车集成控制器，包括主驱电机控制器、高压配电单元和DCDC低压供电控制器；所述主驱电机控制器设置故障信号输入接口、并分别与绝缘检测仪和辅助转向助力控制器电连接；所述主驱电机控制器、DCDC低压供电控制器、绝缘检测仪和辅助转向助力控制器均设置有主控芯片。

优选的，所述主驱电机控制器设置三相分离IGBT。

优选的，本发明还设置了低压电源电压监控模块。

优选的，本发明还设置了辅助检测芯片，且所述主控芯片均设置有自检模块，所述自检模块通过以下流程进行自检：1)主控芯片自检并向辅助检测芯片发送自检数据；2)辅助检测芯片自检并接收主控芯片数据以判断主控芯片配置参数是否正常，同时将接收的数据与自己采集的数据做对比以判断主控芯片自检数据是否正常；3)辅助检测芯片向主控芯片发送检测结果；4)主控芯片接收并判断检测结果，检测结果不通过则进入故障模式，检测结果通过则正常运行并进行周期性自检，同时向辅助检测芯片发送周期性自检数据。

优选的，所述主驱电机控制器通过三种路径获取主驱电机位置信号：a)通过硬件解码芯片对旋转变压器解码得到硬件解码数字信号；b)通过主控芯片对旋转变压器进行软件解码得到软件解码信号；c)通过软件算法进行无位置估算得到的位置信号；所述主驱电机控制器控制主驱电机采用位置信号的优先级依次为硬件解码信号、软件解码信号、无位置算法信号，所述主驱电机控制器通过位置信号监控模块来判断各路径信号是否正常、并在高优先级的位置信号出现故障时切换到采用次一级优先级的位置信号。

优选的，本发明还设置了监控电流的主传感器组和副传感器组，所述主传感器组和副传感器组均由三相电流传感器构成，所述主传感器组的电流传感器与副传感器组的电流传感器的型号和采集电路均不相同。

优选的，所述主驱电机控制器还设置了转矩检测模块，所述转矩检测模块的检测项目包括转矩范围检测和转矩变化趋势检测。

本发明的有益效果集中体现在，本发明集成了DCDC低压供电控制器、绝缘检测仪、高压配电单元、辅助转向助力控制器、主驱电机控制器。主驱电机控制器设置了故障信号输入接口，当辅助转向控制器或绝缘检测仪发生故障时，会立即向主驱电机控制器的故障信号输入接口输入低电平，主驱电机控制器会根据主驱电机运行状态进行判断，快速采用减速、减扭矩、停机断高压等安全措施，使系统进入安全状态。本发明在发生绝缘故障、助力丢失故障等指定的严重故障时不依赖主处理器就能进入安全状态，反应更加迅速，使行车安全得到了更好的保障。此外，本发明还设置了DCDC低压供电控制器，可以对辅助转向助力控制器和主驱电机控制器进行低压备份供电，当向主驱电机控制器和辅助转向助力控制器的电路板供电的外部低压电源意外断开时，主驱电机控制器会立即切换到直接从DCDC低压供电控制器取电，同时向主处理器上报故障；本发明保证了意外断电情况下，主驱电机控制器和辅助转向助力控制器的正常运行，进而保障了行车安全。

附图说明

图1是本发明的组件构成示意图；

图2是自检模块的流程图；

图3是主驱电机控制器获取主驱电机位置信号的流程图；

图4是主传感器组和副传感器组监控电流的流程图；

图5是转矩检测模块的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图1～5进一步阐述本发明。

一种基于功能安全的电动汽车集成控制器，包括主驱电机控制器、高压配电单元和DCDC低压供电控制器；所述主驱电机控制器设置故障信号输入接口、并分别与绝缘检测仪和辅助转向助力控制器电连接；应当理解的是，高压配电单元从电动汽车的动力电池输入高压电，并向主驱电机控制器、辅助转向助力控制器等的外部控制部件提供高压电。所述主驱电机控制器、DCDC低压供电控制器、绝缘检测仪和辅助转向助力控制器均设置有主控芯片。应当理解的是，当辅助转向控制器或绝缘检测仪发生故障时，会立即向主驱电机控制器的故障信号输入接口输入低电平，主驱电机控制器会根据主驱电机运行状态进行判断，快速采用减速、减扭矩、停机断高压等安全措施，使系统进入安全状态。本发明在发生绝缘故障、助力丢失故障等指定的严重故障时不依赖主处理器就能进入安全状态，反应更加迅速，使行车安全得到了更好的保障。此外，DCDC低压供电控制器可以对辅助转向助力控制器和主驱电机控制器进行低压备份供电，当向主驱电机控制器和辅助转向助力控制器的电路板供电的外部低压电源意外断开时，主驱电机控制器会立即切换到直接从DCDC低压供电控制器取电；保证了意外断电情况下主驱电机控制器和辅助转向助力控制器的正常运行，进而保障了行车安全。

进一步地，所述主驱电机控制器设置三相分离IGBT。应当理解的是，本发明在主驱电机控制器设置三相分离IGBT，当系统发生严重故障时，能够快速切断三相线，避免主驱电机相线短路、主驱电机出现抱死现象；此外，当主驱电机在高速运行过程中发生故障时，快速切断三相线可以防止过高反电动势的产生，避免产生过大的制动力，保障了行车安全。

进一步地，本发明还设置了低压电源电压监控模块。应当理解的是，低压电源电压监控模块会对各路电压进行检测，当检测到电压超出范围时，则自主发出命令、断开对应的供电电源以保护元器件不被过压烧坏，同时断开三相输出，进入安全状态。

进一步地，本发明还设置了辅助检测芯片，且所述主控芯片均设置有自检模块，所述自检模块通过以下流程进行自检：1)主控芯片自检并向辅助检测芯片发送自检数据；2)辅助检测芯片自检并接收主控芯片数据以判断主控芯片配置参数是否正常，同时将接收的数据与自己采集的数据做对比以判断主控芯片和辅助检测芯片的自检数据是否正常；3)辅助检测芯片向主控芯片发送检测结果；4)主控芯片接收并判断检测结果，检测结果不通过则进入故障模式，检测结果通过则正常运行并进行周期性自检，同时向辅助检测芯片发送周期性自检数据。应当理解的是，本发明在上电和运行时均会进行自检，自检项目包括：内部寄存器、电源、时钟、看门狗、EEPROM数据、FLASH数据、RAM数据、电流传感器位置、位置传感器位置、IGBT驱动回路、主驱电机绕组电阻、电感、输出缺相、过流、过压、欠压、过温、超速等。

进一步地，所述主驱电机控制器通过三种路径获取主驱电机位置信号：a)通过硬件解码芯片对旋转变压器解码得到硬件解码数字信号；b)通过主控芯片对旋转变压器进行软件解码得到软件解码信号；c)通过软件算法进行无位置估算得到的位置信号；所述主驱电机控制器控制主驱电机采用位置信号的优先级依次为硬件解码信号、软件解码信号、无位置算法信号，所述主驱电机控制器通过位置信号监控模块来判断各路径信号是否正常、并在高优先级的位置信号出现故障时切换到采用次一级优先级的位置信号。应当理解的是，主驱电机控制器默认采用硬件解码的位置信号参与主驱电机控制；当位置信号监控模块发现硬件解码信号出现异常时，则计数器的计数加一，并命令硬件解码芯片重新对旋转变压器进行解码；当硬件解码信号正常时，则计数器清零并执行控制程序；当计数器的计数大于3时，则判断硬件解码出现故障、向外部的整车控制器发送硬件解码故障，并切换到采用软件解码的位置信号参与主驱电机控制；当软件解码信号出现异常时，则切换到采用无位置算法得到的位置信号参与主驱电机控制，并向外部的整车控制器发送硬件解码故障和软件解码故障。当无位置算法得到的位置信号出现异常时，则执行严重故障措施，进行限速、限扭矩或停机处理。

进一步地，本发明还设置了监控电流的主传感器组和副传感器组，所述主传感器组和副传感器组均由三相电流传感器构成，所述主传感器组的电流传感器与副传感器组的电流传感器的型号和采集电路均不相同。应当理解的是，本发明的主传感器组和副传感器组均由三相电流传感器构成，三个传感器构成一组，其中一相作为另外两相的校验，校验依据为三相电流之和为零。副传感器组作为冗余备份，与主传感器组的型号和采集电路都不同，可以防止系统共因失效。主传感器组在运行过程中实时对电流信号变化与电流范围进行监控，当主传感器组的监控出现异常时立即切换到副传感器组参与计算，以保证系统正常运行。当副传感器组的监控也出现异常时，则排除主传感器组和副传感器组监控出错的电流信号、并对主传感器组和副传感器组监控的电流信号进行交叉循环校验，若校验成功，则提取电流信号参与计算并报对应传感器故障，若校验失败，则系统进入安全状态。

进一步地，所述主驱电机控制器还设置了转矩检测模块，所述转矩检测模块的检测项目包括转矩范围检测和转矩变化趋势检测。应当理解的是，所述主驱电机控制器检测整车控制器给定的转矩指令的范围和主驱电机控制器计算反馈的转矩的范围是否正常，并通过给定转矩和反馈转矩来判断转矩的变化趋势是否正常；转矩范围是事先根据主驱电机的外特性进行设置的。当转矩范围超出预设范围时，则对转矩进行限制，转矩的限制值会根据主驱电机不同的转速来动态调整；然后计算弱磁电流和转矩电流的给定值、通过调控弱磁电流和转矩电流来调节主驱电机的转矩，同时向整车控制器发送转矩指令异常故障码。当转矩变化趋势异常时，则令弱磁电流和转矩电流给定值为零，即转矩指令也为零，电机控制器进入降级运行直至停止，同时向整车控制器发送转矩变化异常故障码。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。