关于汽车电机控制监控功能的研究

摘 要 随着中国经济的飞速发展，国民对生活水平的要求不断的升高，传统燃油汽车的生产量和拥有量正呈现逐年递增的趋势。由于汽车的保有量不断的上升，越来越多的汽油和柴油被消耗，燃油的需求急剧增加，造成油耗上升。为达到汽车行业的节能减排目标，大力推进电动汽车的发展是增强中国的环境保护和能源安全的有效途径，这也是对汽车产业升级以及技术创新的必由之路。纯电动汽车在行驶过程中不排放对环境有污染的有害尾气。电动汽车的能源可以来自煤炭、水电、核电以及其他能源转换的能源，电力的来源不同实现了能源来源的多样化。电机及控制技术的研究是在开发电动汽车中最重要的问题，也是各研究小组所关注的研究重点。

【关键词】电动汽车 电机控制 监控功能

本研究提出了在纯电动车辆的电机控制系统中加入一个安全监控芯片的想法，通过使用监控芯片CIC61508对汽车的电机控制芯片进行监控，增强汽车电机控制系统的安全性水平直至达到ASIL C类标准，从而满足了人们对于汽车的安全性不断增长的需求。

1 安全监控功能系统的组成

安全监控系统可以分为硬件层面和软件层面。由主电路，驱动电路，检测电路以及控制电路来构成安全监控系统的硬件层面。在硬件层面中由监控电路来对电机的电流、电压、温度和速度等实时状态进行监控，由硬件保护电路在出现危险之前紧急切断电源从而保护电路不被损坏，由交互通信电路来进行微处理器与电池状态管理以及车辆控制器的信息交互。软件层面主要包括控制算法模块和主监控程序。其中控制算法模块是可以根据不同电动机的不同特性来达到对其控制的。不同的控制算法模块有着不同的功能，例如功率监控模块可以实时监控点击的功率数据、电压监控模块可以监控直流电压和电机供电的电压，还有温度监控模块以及硬件看门狗模块等等都有着自己的功能特性。安全监控系统主要通过对电机控制系统的各项参数进行实时监控而起到安全监控作用的。

2 软硬件设计

2.1 硬件系统设计

2.1.1 电机控制芯片型号的选择

在选择汽车电机控制芯片的时候，笔者选用了较高性价比的32位的TriCore系列TC1782高性能微处理器。TC1782具有功耗低、运算能力强、存储空间大、CAN通讯能力强等多种优点，性价比极高，适合应用在汽车的电机控制系统中。

2.1.2 安全监控芯片型号的选择

安全监控芯片选择的是与电机控制芯片同一公司的CIC61508芯片。CIC61508安全监控芯片的封装尺寸较小，可以节省电路板上的空间，具有相当高的高性价比，可以用于高安全性的应用程序。安全监控电路是通过检测正在工作中的电机控制系统中芯片的时钟信号、温度等常见的容易引起安全性问题的地方，进而监控整个系统是否正常工作的。

2.1.3 硬件电路的设计

电动汽车电机控制芯片TC1782通过两组不同的SPI单独的与安全监测芯片CIC61508以及旋变解码芯片AU6803进行数据通信。电动汽车电机控制芯片TC1782通过GPIO接收或传送数字信息。电动汽车电机控制芯片TC1782通过PWM通道送六路PWM信号给驱动器芯片。由ADC模块抽样采样电流，电压，温度等信息后，通过CAN模块与总线进行信息交互。在硬件电路中还包括着电源模块和监视器模块。

2.2 软件设计

2.2.1 软件设计原理

本研究所提出的安全监控，是在软件水平和硬件水平这两个方面上监测的，以确保该电机控制系统的正常运行，包括对电动机负载监测和对电机控制芯片的监测。电动机负载监测功能的工作原理是通过对电机的电流，电压，温度等信息进行采样分析，加之从硬件监控电路处得来的故障信息以及位置信号，从而来确定电机的负载是否处在正常的条件下，一旦出现异常，电机控制系统将自动进入故障处理程序。电动汽车电机控制芯片的安全监控功能是基于电机控制芯片自检和CIC61508安全监测芯片的协同工作。在开机后电机控制芯片会进行自检，自检其每个模块的参数设置是否正常，如有异常则立即进入故障处理程序。电机控制芯片会周期性的对每个模块的配置、存储器和控制程序进行测试任务，按照正常的操作，电机控制芯片将发出一个特定的测试任务交给CIC61508安全监控芯片进行测试，并且会将测试的信息反馈到电机控制芯片。电机控制芯片会将自身预设数据结果对反馈来的数据进行比较，从而来判定电机控制芯片是否正常工作。

2.2.2 具体的实现方式

通过ADC模块传感器对电源电压，芯片的供电电压、母线电流、母线电压，A，C相电流、电机温度以及变频器的温度等信号进行采样，最后将采样数据发送到电机控制芯片中。硬件监控电路主要负责监控收集控制芯片的电压故障，直流电压过高故障，电机相电流过大故障，逆变器温度过高故障，位置传感器故障等故障信息，之后将故障信息通过GPI接口发送到监测系统中。电机的位置以及安全监控芯片的信息发送到SPI，之后传送到监控系统中。控制芯片通过SPI将测试任务发送给电机安全监控芯片，安全监控芯片把测试的结果反馈给电机控制芯片进行数据比较，如果测试结果是一致的，则证明电机控制芯片工作正常，相反则进入到故障处理程序中进行故障处理。

3 工作过程

在控制器接通后，每个模块开始进行初始数据配置，使得每个模块被配置为在正常工作状态下，如果模块初始化失败，则报告模块故障码，进入故障处理模式。接下来，电机控制芯片的每个模块都开始进行自检工作。自检工作主要包括对程序所需要用到的存储器进行测试、对IO模块进行测试、对AD模块进行测试、测试各个通信模块是否能正常的发送数据信息、测试PWM模块是否正常工作、测试时钟信号。如果测试通过，则说明一切工作都正常进行，且系统配置正确，该系统可以稳定运行。反之系统进入故障模式，并通过CAN发送错误代码。如果自检失败，系统提供故障代码进入故障模式。接下来系统将循环控制任务。如果在此过程中系统出现故障，则进入故障模式；如果正常运行则进行下一步骤。接下来进行循环试验任务，在其开始后，对所有的模块的配置信息进行检测。随后要发送特定测试任务到安全监控芯片，按照预定的算法返回测试值，由安全监控芯片根据电机控制芯片接收的测试结果来确定程序是否正常运行，如果测试通过，系统将进入循环模式下继续执行。如果测试不通过，则给出故障代码进入故障模式。

4 结论

电动汽车的电机安全监控功能不但能够对电机的负载进行实时的监控，同时还可以实时的监控电机控制芯片的运行情况。在发现问题后可以及时的进行处理，能全面的诊断电机及控制芯片的故障，且诊断覆盖率极高，这样会大大的提高电机控制系统的安全可靠的运行。

参考文献

[1]王瑛，蔡交明.电动汽车电机控制系统安全监控功能的设计与实现[J].电子产品世界，2014（04）：69-72.

[2]陈虹，宫洵，胡云峰，刘奇芳，高炳钊，郭洪艳.汽车控制的研究现状与展望[J].自动化学报，2013（04）：55-57.

作者单位

长春大学 吉林省长春市 130022