專利名稱：雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種雙微處理器共同控 制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS-Electric Power Steering)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)展歷史沿 革中一種新興技術(shù)，對(duì)于傳統(tǒng)車，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有節(jié)能，環(huán)保，轉(zhuǎn)向手感調(diào)節(jié)方便，故 障檢修智能化，符合整車電子化網(wǎng)絡(luò)融合的技術(shù)趨勢(shì)，已經(jīng)越來越成為傳統(tǒng)汽車在轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)方面的裝配目標(biāo)；對(duì)于電動(dòng)汽車或混合動(dòng)力汽車而言，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是支撐電動(dòng)汽 車/混合動(dòng)力汽車發(fā)展的三大關(guān)鍵汽車零部件系統(tǒng)之一。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的關(guān)鍵子部件包含1、傳感器；2、電子控制單元；3、電機(jī)；4、機(jī) 械結(jié)構(gòu)其中，電子控制單元是聯(lián)系以上關(guān)鍵子部件的樞紐。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為安全 等級(jí)高的汽車零部件系統(tǒng)，其技術(shù)門檻較高，其電子控制單元核心技術(shù)主要有以下方面1、 軟件控制策略；2、故障檢測(cè)及系統(tǒng)安全策略；3、通訊/標(biāo)定/診斷；4、具有較強(qiáng)可靠性的 ECU硬件。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基本功能是通過安裝于轉(zhuǎn)向管柱的扭矩傳感器，來檢測(cè)駕駛員 轉(zhuǎn)向操縱力矩，并輸送給電子控制單元。電子控制單元除了接收扭矩傳感器信號(hào)外，還接收 車速等信息來通過軟件控制，決策出電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要提供的轉(zhuǎn)向助力矩，并通過電 機(jī)控制算法，控制電機(jī)來使電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)輸出理想的轉(zhuǎn)向助力矩，再通過機(jī)械結(jié)構(gòu)減 速增扭作用，來輔助駕駛員使車輛發(fā)生轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)助力邏輯為車輛低速時(shí)轉(zhuǎn)向助力大，轉(zhuǎn) 向輕便；高速時(shí)轉(zhuǎn)向助力小，轉(zhuǎn)向相對(duì)沉重，以獲得較好路感，避免車輛發(fā)飄。此外，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子控制單元故障檢測(cè)及系統(tǒng)保護(hù)算法對(duì)于傳感器，ECU 電子控制單元，電機(jī)等部件的故障進(jìn)行周密細(xì)致的故障檢測(cè)，并根據(jù)具體的故障分類，采 取具體的故障保護(hù)措施。本專利關(guān)注于ECU電子控制單元里微處理器本身發(fā)生致命故障后的故障保護(hù)措 施。專利(CN200810040360.9,2008. 11. 19 公開)(文獻(xiàn) 1)揭示了一種汽車用雙 MCU
電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制方法和系統(tǒng)，基于現(xiàn)有的EPS控制技術(shù)，采用雙微處理器MCU的形式，主 MCU控制助力電機(jī)工作，從MCU監(jiān)控主MCU的工作狀態(tài)，當(dāng)主MCU工作異常，則由從MCU剝奪 主MCU的工作權(quán)，取而代之控制助力電機(jī)正常工作，構(gòu)成冗余控制方式。對(duì)比本實(shí)用新型與文獻(xiàn)1不難發(fā)現(xiàn)，二者均涉及電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用雙微處 理器MCU的形式，主要區(qū)別有對(duì)比文獻(xiàn)1當(dāng)主MCU工作異常，則由從MCU剝奪主MCU的工 作權(quán)，取而代之控制助力電機(jī)正常工作，而該發(fā)明在主MCU故障后采取的步驟是從MCU關(guān)閉 繼電器，停止電機(jī)供電，解決的技術(shù)問題不同，前者是使得汽車始終處于電動(dòng)助力狀態(tài)，后 者是為了在E⑶里主微處理器出現(xiàn)死機(jī)時(shí)能提高安全性。[0010]專利(DE202004013670，2004-11-04授權(quán)公告)揭示了一種電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控 制裝置，包括兩個(gè)CPU和一個(gè)WDT (看門狗)，還包括一個(gè)主MCU用于電機(jī)控制算法處理和 監(jiān)控輸入/輸出端的故障情況，一個(gè)從MCU用于監(jiān)控主MCU和輸入輸出端的故障，一個(gè)外部 WDT電路用于監(jiān)控主MCU故障，外部WDT電路和橋驅(qū)動(dòng)輸出電路(門邏輯電路和FET驅(qū)動(dòng)電 路)都有ASIC結(jié)構(gòu)。對(duì)比本實(shí)用新型與文獻(xiàn)2不難發(fā)現(xiàn)，二者均涉及到電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，均能實(shí)現(xiàn) 雙MCU相互故障監(jiān)測(cè)，在主MCU故障后停止電機(jī)供電，主要區(qū)別有對(duì)比文獻(xiàn)2采用主MCU， 輔助MCU，外部WDT (看門狗)三者相結(jié)合實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，并且主MCU和輔助MCU接受來自外部 WDT的RESET信號(hào)，而該發(fā)明直接采用輔助MCU和主MCU通信，沒有外部WDT，且主MCU和輔 助MCU不采用RESET信號(hào)，具體監(jiān)控方式不同。該發(fā)明和文獻(xiàn)2對(duì)比，還存在以下區(qū)別該發(fā)明直接采用輔助MCU和主MCU通信， 沒有外部WDT，且主MCU和輔助MCU不采用RESET信號(hào)，將WDT的功能集成于輔助MCU中，該 區(qū)別特征使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種提高了汽車駕駛安全性的雙微處理器共同控制繼電器的電 動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括電源、電源接 口電路、繼電器、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)，所述的電源、電源接口電路、繼電器、 MOSFET驅(qū)動(dòng)橋依次連接，所述的預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、電機(jī)依次連接，其特征在于， 還包括主MCU、輔助MCU、繼電器驅(qū)動(dòng)電路，所述的主MCU通過通信方式與輔助MCU連接，所 述的電源分別與主MCU、輔助MCU連接，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路分別與與主MCU、輔助MCU連 接，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路與繼電器連接，所述的主MCU分別與預(yù)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述的繼 電器與主MCU連接。所述的主MCU可以為XC2364B型微處理器。所述的輔助MCU可以為78K0RFB3系列微處理器。所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q2、三極管Q4、電阻R60、三極管Q7、三極管Q5、 三極管Q3、電阻R61、電阻R58、二極管D4 ；所述的三極管Q2包括基極、發(fā)射極、集電極，其發(fā)射極與12V電源連接；所述的三極管Q4包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與主MCU的輸出端連接，其發(fā) 射極與基極連接后接地，其集電極通過電阻R60與三極管Q2的基極連接；所述的三極管Q7包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與輔助MCU的輸出端連接，其 發(fā)射極與基極連接后接地，其集電極通過電阻R61與5V電源連接；所述的三極管Q5包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極通過電阻R61與5V電源連接， 其發(fā)射極與基極連接后接地；所述的三極管Q3包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與三極管Q5的集電極連接后 通過電阻R58與繼電器的L-端連接，所述的發(fā)射極接地，所述的集電極與繼電器的L-端連 接；[0024]所述的二極管的正極與繼電器的L-端連接，所述的二極管的負(fù)極與繼電器的L+ 端連接。所述的通信方式為SPI總線。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、主MCU運(yùn)行控制程序及故障診斷等程序，輔助MCU對(duì)主MCU自身故障的監(jiān)控，主 MCU和輔助MCU之間通過通信方式連接，當(dāng)主MCU出現(xiàn)故障后，輔助MCU能夠及時(shí)地將繼電 器切換來關(guān)閉助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以使助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及時(shí)地處于故障安全狀態(tài)，從而有效地提 高了汽車駕駛安全性。2、直接采用輔助MCU和主MCU通信，沒有外部WDT，且主MCU和輔助MCU不采用 RESET信號(hào)，將WDT的功能集成于輔助MCU中，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的繼電器驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。實(shí)施例故障安全隱患的提出對(duì)于整個(gè)EPS系統(tǒng)(包含傳感器，E⑶，電機(jī)故障等)出現(xiàn) 故障，ECU能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)出故障，并能夠及時(shí)有效地切斷電機(jī)電源回路繼電器從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 保護(hù)。如果ECU-MCU自身出現(xiàn)系統(tǒng)死機(jī)故障，控制及診斷程序均無法正常運(yùn)行，對(duì)于系 統(tǒng)故障將無法實(shí)施檢測(cè)，另外也無法關(guān)閉電機(jī)電源回路繼電器，在汽車高速行駛需緊急 避讓情況下，將極可能產(chǎn)生致命的交通事故?；诖税踩[患的考慮，本實(shí)用新型采用以下 方法EPS電子控制單元(EOT)里有兩片微處理器，主MCU運(yùn)行控制程序及故障診斷等程 序；輔助MCU里僅運(yùn)行對(duì)主MCU自身故障的監(jiān)控程序。主MCU和輔助MCU之間通過通信方 式連接。電機(jī)電源繼電器的開關(guān)，通過雙MCU共同控制，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電源3、 電源接口電路4、繼電器5、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋8、預(yù)驅(qū)動(dòng)電路7、電機(jī)、主MCU1、輔助MCU2、繼電 器驅(qū)動(dòng)電路6，所述的電源、電源接口電路、繼電器、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋依次連接，所述的預(yù)驅(qū)動(dòng) 電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、電機(jī)依次連接，所述的主MCU通過通信方式與輔助MCU連接，所述的 電源分別與主MCU、輔助MCU連接，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路分別與與主MCU、輔助MCU連接， 所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路與繼電器連接，所述的主MCU分別與預(yù)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述的繼電 器與主MCU連接。如圖2所示，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q2、三極管Q4、電阻R60、三極管 Q7、三極管Q5、三極管Q3、電阻R61、電阻R58、二極管D4 ；所述的三極管Q2包括基極、發(fā)射極、集電極，其發(fā)射極與12V電源連接；所述的三極管Q4包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與主MCU的輸出端連接，其發(fā) 射極與基極連接后接地，其集電極通過電阻R60與三極管Q2的基極連接；所述的三極管Q7包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與輔助MCU的輸出端連接，其發(fā)射極與基極連接后接地，其集電極通過電阻R61與5V電源連接；所述的三極管Q5包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極通過電阻R61與5V電源連接， 其發(fā)射極與基極連接后接地；所述的三極管Q3包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與三極管Q5的集電極連接后 通過電阻R58與繼電器的L-端連接，所述的發(fā)射極接地，所述的集電極與繼電器的L-端連 接；所述的二極管的正極與繼電器的L-端連接，所述的二極管的負(fù)極與繼電器的L+ 端連接。其中，GR0UP21為主M⑶控制命令輸出引腳；Safe REY CTR為輔助MCU控制命令輸 出引腳；PW+12V為電源電壓+12V輸入，當(dāng)繼電器閉合后，與MOSFET供電電壓一致。CM+12V 為主繼電器控制電源電壓+12V輸入。繼電器同時(shí)由主MCU(GR0UP21控制命令輸出端口 )與輔助MCU (&ife_REY_CTR控 制命令輸出端口)控制。當(dāng)繼電器上L+與L-之間電壓差接近12V時(shí)，繼電器閉合。當(dāng)繼 電器閉合后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)橋電源(M0SFET電源)回路連通。其中主MCU控制GR0UP21為低電平時(shí)，Q4截止，Q2也截止(開關(guān)斷開)；GR0UP21為高電平時(shí)，Q4飽禾卩，Q2也飽和(開關(guān)閉合)，R60為限流電阻，保護(hù)Q4、Q2過流。D4為Relay保護(hù)二級(jí)管，用于浪涌抑制。輔助MCU控制Safe_REY_CTR為低電平時(shí)，Q7截止，Q5飽和，Q3就截止(開關(guān)斷開)；Safe_REY_CTR為高電平時(shí)，Q7飽和，Q5截止，Q3就飽和(開關(guān)閉合)；R61、R58為限流電阻，保護(hù)Q5、Q7、Q3過流。根據(jù)圖1所示的技術(shù)原理方案，可從以下5個(gè)方面來對(duì)系統(tǒng)安全性進(jìn)行分析一 實(shí)現(xiàn)在主MCU發(fā)生異常，主MCU里程序不能對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)及處理的情況下， 由輔助MCU實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)及系統(tǒng)保護(hù)，使EPS系統(tǒng)關(guān)閉助力，切換到機(jī)械轉(zhuǎn)向狀態(tài)。二 該方案在硬件設(shè)計(jì)上為實(shí)現(xiàn)這樣一種故障安全機(jī)制提供了可能主MCU如果 發(fā)生故障，則輔助MCU將能夠通過雙方通信超時(shí)檢測(cè)識(shí)別出故障并進(jìn)行保護(hù)處理；如果輔 助MCU先于主MCU發(fā)生故障，則主MCU將能夠通過彼此間的通信超時(shí)，來監(jiān)測(cè)到輔助MCU故 障，并立即切斷EPS系統(tǒng)助力，從而避免主MCU自身發(fā)生故障后，異常工作的系統(tǒng)將可能完 全處于失控的狀態(tài)而導(dǎo)致生命危險(xiǎn)。三輔助MCU核心功能之一就是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)主MCU是否有故障，并在故障情況 下，及時(shí)地關(guān)閉電機(jī)電源回路繼電器。四輔助MCU與主MCU共同控制電機(jī)繼電器。從而保證輔助MCU和主MCU中任何 一方出現(xiàn)故障，則可由對(duì)方檢測(cè)出故障，并及時(shí)由對(duì)方關(guān)閉繼電器，讓整個(gè)EPS系統(tǒng)停止助 力，恢復(fù)成手動(dòng)轉(zhuǎn)向狀態(tài)。五雙MCU機(jī)制與外部硬件看門狗和內(nèi)部看門狗的作用比較1、如果僅有內(nèi)部看門狗看門狗溢出而導(dǎo)致MCU發(fā)生復(fù)位的頻度不可預(yù)料，因此 在同一個(gè)駕駛循環(huán)周期里，EPS系統(tǒng)的助力可能會(huì)出現(xiàn)因MCU反復(fù)復(fù)位而導(dǎo)致的反復(fù)關(guān)斷， 反復(fù)恢復(fù)這樣的失控狀態(tài)，無疑，將為系統(tǒng)安全埋下巨大隱患。[0063]2、如果僅有外部硬件看門狗當(dāng)主MCU出現(xiàn)故障后，此時(shí)主MCU本身已經(jīng)喪失了切 斷繼電器的能力，而外部看門狗能夠周期性地監(jiān)測(cè)主MCU是否有故障，但是外部看門狗發(fā) 出的關(guān)斷指令可能并不能控制繼電器斷開。采用目前一般的外部硬件看門狗，其對(duì)繼電器 控制的能力在上電初始化期間因其和主MCU較弱的交互性，而不能得到測(cè)試。3、如果既有外部硬件看門狗，又有內(nèi)部看門狗，仍然存在外部看門狗可能在主MCU 自身發(fā)生致命故障后，關(guān)不斷電機(jī)回路繼電器而導(dǎo)致系統(tǒng)在致命故障情況下，不能關(guān)閉異 常工作中的EPS系統(tǒng)。4、采用主MCU和輔助MCU方案，可以在主MCU發(fā)生導(dǎo)致程序不能周期性運(yùn)行地異 常情況時(shí)，由輔助MCU關(guān)閉繼電器；在輔助MCU發(fā)生故障時(shí)，能夠由主MCU提前檢測(cè)到，并由 主MCU關(guān)閉繼電器以保護(hù)系統(tǒng)；輔助MCU對(duì)繼電器是否具有正確的控制能力能夠予以在線 測(cè)試，經(jīng)測(cè)試如果輔助MCU喪失了正確控制繼電器的能力時(shí)，能夠由主MCU關(guān)閉繼電器，從 而及早地讓EPS系統(tǒng)處于故障安全狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括電源、電源接口電 路、繼電器、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)，所述的電源、電源接口電路、繼電器、MOSFET 驅(qū)動(dòng)橋依次連接，所述的預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、電機(jī)依次連接，其特征在于，還包括主 MCU、輔助MCU、繼電器驅(qū)動(dòng)電路，所述的主MCU通過通信方式與輔助MCU連接，所述的電源分 別與主MCU、輔助MCU連接，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路分別與主MCU、輔助MCU連接，所述的繼 電器驅(qū)動(dòng)電路與繼電器連接，所述的主MCU分別與預(yù)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述的繼電器與主MCU 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述的主MCU可以為XC2364B型微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述的輔助MCU可以為78K0RFB3系列微處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路包括三極管Q2、三極管Q4、電阻R60、三極管Q7、三極管 Q5、三極管Q3、電阻R61、電阻R58、二極管D4 ；所述的三極管Q2包括基極、發(fā)射極、集電極，其發(fā)射極與12V電源連接； 所述的三極管Q4包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與主MCU的輸出端連接，其發(fā)射極 與基極連接后接地，其集電極通過電阻R60與三極管Q2的基極連接；所述的三極管Q7包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與輔助MCU的輸出端連接，其發(fā)射 極與基極連接后接地，其集電極通過電阻R61與5V電源連接；所述的三極管Q5包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極通過電阻R61與5V電源連接，其發(fā) 射極與基極連接后接地；所述的三極管Q3包括基極、發(fā)射極、集電極，其基極與三極管Q5的集電極連接后通過 電阻R58與繼電器的L-端連接，所述的發(fā)射極接地，所述的集電極與繼電器的L-端連接； 所述的二極管的正極與繼電器的L-端連接，所述的二極管的負(fù)極與繼電器的L+端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)， 其特征在于，所述的通信方式為SPI總線。CV
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種雙微處理器共同控制繼電器的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括電源、電源接口電路、繼電器、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)，所述的電源、電源接口電路、繼電器、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋依次連接，所述的預(yù)驅(qū)動(dòng)電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)橋、電機(jī)依次連接，還包括主MCU、輔助MCU、繼電器驅(qū)動(dòng)電路，所述的主MCU通過通信方式與輔助MCU連接，所述的電源分別與主MCU、輔助MCU連接，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路分別與與主MCU、輔助MCU連接，所述的繼電器驅(qū)動(dòng)電路與繼電器連接，所述的主MCU分別與預(yù)驅(qū)動(dòng)電路連接，所述的繼電器與主MCU連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有使助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及時(shí)地處于故障安全狀態(tài)，從而有效地提高了ECU里主微處理器出現(xiàn)死機(jī)時(shí)汽車駕駛安全性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/04GK201901171SQ20102054527
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者鄧念 申請(qǐng)人:上海航天汽車機(jī)電股份有限公司