電動汽車電機控制系統(tǒng)安全監(jiān)控軟硬件設(shè)計

1 引言

　　電機控制系統(tǒng)是電動汽車的重要組成部分。電機控制系統(tǒng)的可靠性對電動汽車的安全尤為重要。ISO26262定義的汽車安全完整性等級，把整車的安全目標(biāo)由低到高劃分為ASIL A、ASIL B、ASIL C和ASIL D四個等級。根據(jù)整車安全目標(biāo)分解的功能安全需求并對應(yīng)到相關(guān)零部件，可知電機控制系統(tǒng)相關(guān)的功能安全需求至少要滿足ASIL C的安全等級，才能符合整車的功能安全目標(biāo)。然而傳統(tǒng)電機控制器是由單個電機控制芯片做處理器，往往很難達到ASIL C。故本文給出了一種純電動汽車電機控制系統(tǒng)安全監(jiān)控的設(shè)計方案，通過增加一個安全監(jiān)控芯片CIC61508 來對電機控制芯片進行監(jiān)控，提升了系統(tǒng)的安全等級，使其達到ASIL C的標(biāo)準(zhǔn)，從而滿足汽車安全方面日益增長的要求。

　　2 安全監(jiān)控功能系統(tǒng)架構(gòu)

　　本文所述的純電動汽車電機控制系統(tǒng)安全監(jiān)控功能分為兩級——硬件級和軟件級。

　　硬件級的安全監(jiān)控功能系統(tǒng)架構(gòu)包括控制電機運行的電機控制芯片、安全監(jiān)控芯片、監(jiān)測電機控制芯片供電電壓的電源監(jiān)控模塊、監(jiān)測直流電壓的電壓監(jiān)控模塊、監(jiān)測電機相電流的電流監(jiān)控模塊、監(jiān)測逆變器溫度的溫度監(jiān)控模塊以及硬件看門狗模塊等。

圖1 電機控制系統(tǒng)硬件級安全監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖

　　軟件級的安全監(jiān)控功能包括在電機控制芯片中實現(xiàn)的電壓監(jiān)控、電流監(jiān)控、溫度監(jiān)控、速度監(jiān)控、扭矩監(jiān)控、功率監(jiān)控、模式監(jiān)控、通訊監(jiān)控以及在安全監(jiān)控芯片中實現(xiàn)的安全監(jiān)控調(diào)用程序。

　　3 軟硬件設(shè)計

　　3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　3.1.1 電機控制芯片的選型

　　電機控制芯片選擇的是Infineon公司的32位TriCore系列的TC1782高性能微處理器。TC1782在功耗、運算能力、存儲空間、數(shù)字量模擬量輸入輸出以及CAN通訊等方面均有良好的表現(xiàn)，并具有較高的性價比，非常適用于電動汽車電機控制系統(tǒng)。

圖2 電機控制系統(tǒng)軟件級安全監(jiān)控結(jié)構(gòu)圖

　　3.1.2 安全監(jiān)控芯片的選型

　　安全監(jiān)控芯片采用Infineon CIC61508芯片。CIC61508安全監(jiān)測芯片封裝尺寸很小，使用起來節(jié)省空間，是安全應(yīng)用領(lǐng)域的高性價比之選。安全監(jiān)測電路通過檢測電機控制芯片的時鐘、電源和與溫度相關(guān)的計算誤差等常見故障模式來監(jiān)測電機控制芯片的工作狀況。