基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL-D的集成式电机控制器制造技术

本发明专利技术公开了基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL

【技术实现步骤摘要】
基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL
‑
D的集成式电机控制器


[0001]本专利技术属于新能源汽车电机控制器
，具体涉及一种基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL
‑
D的集成式电机控制器。

技术介绍

[0002]逆变器是新能源汽车上的动力输出装置，是控制电机输出参数的核心安全零件，其控制电机输出功率带动整车运行，是新能源汽车的唯一动力单元，实现车辆运行和停止。目前新能源汽车驱动电机控制器一般采用英飞凌、NXP等传统MCU架构控制器芯片作为核心运算单元，此类MCU在工业、汽车领域已经有较长时间应用。此类芯片从晶圆、封测、测试等一般都处于全球调拨状态且价格昂贵，对新能源汽车及电机控制器成本存在缺货、性价比低等不利影响。随着国内微处理半导体行业的发展，国内车规级MCU的内核架构中，已经可以较为成熟的应用ARM嵌入式技术。ARM架构微处理器本身在工业等其它领域已经有较长时间应用基础，目前新能源汽车中已经在仪器仪表、车身、车等零件中广泛的应用。
[0003]随着ARM核MCU的软硬件支持平台日臻完善，新能源汽车安全件已经开始使用ARM核处理器芯片。新能源汽车核心安全零件的电机控制器需要较高等级的功能安全设计，由于ARM核芯片架构与传统MCU关键特性差异，需要从电机控制器系统角度进行关联完善性设计。
[0004]目前集成式汽车电机控制器为了达到ASIL
‑
D系统等级，一般采用传统MCU搭配系统基础电源芯片(System Basis Chip，SBC)的方案，SBC与MCU通讯形成对MCU的校验检查，SBC的电源输出对MCU以及其它低压外设电路供电。一般SBC一般存在3
‑
5路输出通道。
[0005]该方案存在明显如下弊端：
[0006]1)传统MCU微处理器芯片和SBC产品价格昂贵且只有英飞凌、NXP具有成熟量产产品。此架构方案涉及的微处理器芯片价格较高，非常不利于产品性价比的提升；而且国外对传统MCU和SBC的生产、供应机制，使国内新能源汽车产品生产存在供应不可控的风险。
[0007]2)随着新能源汽车集成化、小型化趋势，电机控制器中集成的功能越来越多，传统电源方案中SBC的输出通道和输出电流限制，已经不能满足新能源汽车功能集成化的大功率需求；
[0008]3)传统MCU微处理器芯片主频低，计算能力低，在集成化电机控制器系统中，软件负载率高，运行稳定性差。
[0009]因此，针对上述问题，予以进一步改进。

技术实现思路

[0010]本专利技术的主要目的在于提供基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL
‑
D的集成式电机控制器，其中包含ARM核微处理器芯片及关联电路、多级电源电路、外设电路、IGBT驱动电路及信号采样电路。通过设计ARM核微处理器的应用电路、电源信号和控制信号采样、校核
检测，实现多级检查机制，从而实现集成式电机控制器系统ASIL
‑
D方案设计，其中电源采用多级迭代串联、并联方案，实现对ARM处理器芯片的大电流供电；对于外设关键信号进行采样检测，实现运算数据和校验数据同步校核；对于MCU自身采用外部WDG方式，实现对MCU自身运行状态的监控，实现电机控制器系统的ASIL
‑
D功能安全等级。
[0011]为达到以上目的，本专利技术提供一种基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL
‑
D的集成式电机控制器，用于为新能源汽车多功能集成电机控制提供硬件基础，包括ARM核微处理器、多级电源电路、信号监控电路和状态监控电路，其中：
[0012]所述多级电源电路包括主电源电路(即电源电路1)和若干次电源电路，所述主电源电路的输入端连接外部电源并且进行浪涌保护，所述主电源电路的输出具有保护功能的电源电压到外部零件(包括水泵、风扇、传感器等整车控制功能的零件)的电源端和各个所述次电源电路的输入端；
[0013]所述信号监控电路将所述主电源电路和各个所述次电源电路涉及到包括使能和输出的信号均通过信号采样电路进行采样，将获得的采样数据传输到ARM核微处理器并且由ARM核微处理器进行实时监控，以通过合理的诊断逻辑来保证电源稳定性和可靠性；并且所有关联电路的通信信号也由ARM核微处理器通过设计的诊断机制进行实时监控，以保证电源电路处于正常供电状态；对于包括IGBT控制信号和旋变采样信号的关键信号，通过判断采样校核实际输出结果与ARM核微处理器计算输出结果是否一致，来确保输出信号的可靠性和正确性；
[0014]所述状态监控电路通过看门狗电路对ARM核微处理器的运行状态进行监控，用于防止出现芯片内部运行问题，以保证输出信号和监控信号的正确性和有效性。
[0015]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述次电源电路包括第二电源电路(即电源电路2)、第三电源电路(即电源电路3)、第四电源电路(即电源电路4)、第五电源电路(即电源电路5)和第六电源电路(即电源电路6)，其中：
[0016]所述第二电源电路作为所述主电源电路模块的下一级串联电源电路，将主电源电路的输出转换成内部的包括逻辑电路和信号采样电路的功能电路供电；
[0017]所述第三电源电路作为所述第二电源电路模块的下一级串联电源电路，将所述第二电源电路的输出转换成对ARM核微处理器(CPU)直接供电的电源，以为ARM核微处理器芯片供电；
[0018]所述第四电源电路和所述第五电源电路作为所述主电源电路的下一级串联电源电路，所述第四电源电路和所述第五电源电路并联同步为包括加速踏板、刹车踏板的外部功能电路供电，用于保证功能鲁棒性和信号安全等级；
[0019]所述第六电源电路作为所述主电源电路模块的下一级串联电源电路，将主电源电路的输出转换成对IGBT驱动电路、电机转速和角度解析的旋转变压器电路供电的电源。
[0020]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，对于合理的诊断逻辑具体实施为：
[0021]通过信号采样电路实时采样电源电路(包括主电源电路和各个次电源电路)的电压值，以获得各个电源电路的电压采样数据，对于不同的电源电路设定不同的诊断周期(例如在100ms
‑
1s范围)和不同的诊断精度阈值(例如10％之内)，从而判断在诊断周期内各个电源电路的电压采样数据是否符合对应的诊断精度阈值；
[0022]如果电压采样数据在对应的诊断精度阈值之内，则ARM核微处理器输出当前电源
电路的处于可靠稳定的安全信息；如果电压采样数据不在对应的诊断精度阈值之内，则ARM核微处理器输出当前电源电路的不处于可靠稳定的报警信息并且执行对应的处理动作。
[0023]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，设计的诊断机制进行实时监控具体实施为：
[0024]对于关联电路中不同类型的电路，选择对应电路匹配的采样点进行采样，以获得对应的采样数据并且不同的采样数据通过不同的诊断机制进行诊断。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL
‑
D的集成式电机控制器，用于为新能源汽车多功能集成电机控制提供硬件基础，其特征在于，包括ARM核微处理器、多级电源电路、信号监控电路和状态监控电路，其中：所述多级电源电路包括主电源电路和若干次电源电路，所述主电源电路的输入端连接外部电源并且进行浪涌保护，所述主电源电路的输出具有保护功能的电源电压到外部零件的电源端和各个所述次电源电路的输入端；所述信号监控电路将所述主电源电路和各个所述次电源电路涉及到包括使能和输出的信号均通过信号采样电路进行采样，将获得的采样数据传输到ARM核微处理器并且由ARM核微处理器进行实时监控，以通过合理的诊断逻辑来保证电源稳定性和可靠性；并且所有关联电路的通信信号也由ARM核微处理器通过设计的诊断机制进行实时监控，以保证电源电路处于正常供电状态；对于包括IGBT控制信号和旋变采样信号的关键信号，通过判断采样校核实际输出结果与ARM核微处理器计算输出结果是否一致，来确保输出信号的可靠性和正确性；所述状态监控电路通过看门狗电路对ARM核微处理器的运行状态进行监控，用于防止出现芯片内部运行问题，以保证输出信号和监控信号的正确性和有效性。2.根据权利要求1所述的一种基于ARM核控制器芯片的功能安全ASIL
‑
D的集成式电机控制器，其特征在于，所述次电源电路包括第二电源电路、第三电源电路、第四电源电路、第五电源电路和第六电源电路，其中：所述第二电源电路作为所述主电源电路模块的下一级串联电源电路，将主电源电路的输出转换成内部的包括逻辑电路和信号采样电路的功能电路供电；所述第三电源电路作为所述第二电源电路模块的下一级串联电源电路，将所述第二电源电路的输出转换成对ARM核微处理器直接供电的电源，以为ARM核微处理器芯片供电；所述第四电源电路和所述第五电源电路作为所述主电源电路的下一级串联电源电路，所述第四电源电路和所述第五电源电路并联同步为包括加速踏板、刹车踏板的外部功能电路供电，用于保证功能鲁棒性和...

【专利技术属性】
技术研发人员：高源，张晗，
申请(专利权)人：浙江伊控动力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：