电动汽车电机控制系统安全监控软硬件设计.doc

电动汽车电机控制系统安全监控软硬件设计 本文提出了一种电动汽车电机控制系统安全监控的设计方案，旨在提高电机控制系统的安全性和可靠性。该设计方案通过增加一个安全监控芯片CIC61508来对电机控制芯片进行监控，提升了系统的安全等级，使其达到ASIL C的标准。 知识点1：电机控制系统安全监控的重要性 电机控制系统是电动汽车的重要组成部分，其可靠性对电动汽车的安全尤为重要。ISO26262定义的汽车安全完整性等级，把整车的安全目标由低到高划分为ASIL A、ASIL B、ASIL C和ASIL D四个等级。根据整车安全目标分解的功能安全需求，并对应到相关零部件，可知电机控制系统相关的功能安全需求至少要满足ASIL C的安全等级。 知识点2：安全监控功能系统架构 电机控制系统安全监控功能系统架构包括硬件级和软件级两部分。硬件级的安全监控功能系统架构包括控制电机运行的电机控制芯片、安全监控芯片、监测电机控制芯片供电电压的电源监控模块、监测直流电压的电压监控模块、监测电机相电流的电流监控模块、监测逆变器温度的温度监控模块以及硬件看门狗模块等。软件级的安全监控功能包括在电机控制芯片中实现的电压监控、电流监控、温度监控、速度监控、扭矩监控、功率监控、模式监控、通讯监控，以及在安全监控芯片中实现的安全监控调用程序。 知识点3：硬件系统设计 电机控制芯片的选型采用 Infineon 公司的 32 位 TriCore 系列的 TC1782 高性能微处理器。安全监控芯片采用 Infineon CIC61508 芯片。硬件电路设计包括电机控制芯片 TC1782 分别通过两组 SPI 与安全监控芯片 CIC61508 以及旋变解码芯片 AU6803 进行通讯；通过 GPIO 接收或发送数字量；通过 PWM 通道发送六路 PWM 信号给门驱动芯片；通过 ADC 模块采样电流、电压、温度等信息；通过 CAN 模块与总线通讯。硬件电路原理图如图 3 所示。 知识点4：软件设计 软件设计的原理是通过硬件级与软件级的两级监控来确保电机控制系统正常工作，包括对电机负载的监控以及对电机控制芯片的监控。对电机负载监控功能的原理是通过采样的电流、电压、温度、位置等信号以及来自于硬件监控电路的故障信息来判断电机负载是否工作在正常状态，一旦检测出异常，电机控制系统即进入到故障处理程序。对电机控制芯片的安全监控功能是以电机控制芯片的自检和 CIC61508 安全监控芯片共同完成的。 知识点5：工作过程 电机控制系统安全监控算法主流程图如图 4 所示，当控制器开机后，对电机控制芯片各个模块进行初始化配置，使各个模块配置在正常工作时的状态，初始化结束后判断各模块初始化的状态，若有初始化失败的模块，报出模块故障代码，进入故障模式。