專利名稱：一種電動助力轉(zhuǎn)向控制方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種汽車用電動助力轉(zhuǎn)向控制方法和系統(tǒng)，屬于汽車 領域。
背景技術：
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)作為汽車的一個重要組成部分，其性能的好壞將直接影 響到汽車的轉(zhuǎn)向性能以及操控穩(wěn)定性和行駛安全性。汽車助力轉(zhuǎn)向可 大幅度減輕駕駛?cè)藛T的勞動強度，從而有效地提高了汽車駕駛的安全 性，隨著近年來電子控制技術的成熟和成本的降低，電動助力轉(zhuǎn)向控
制系統(tǒng)(Electrical Power Steering,簡稱EPS)越來越受到人們的 重視，并以其具有傳統(tǒng)動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)點，迅速邁向了中 高檔轎車應用領域，部分取代了傳統(tǒng)液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Hydraulic powersteering， 簡禾爾HPS)。
電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)EPS通常由轉(zhuǎn)矩傳感器、車速傳感器、控 制單元MCU、助力電機等組成。其基本工作原理是轉(zhuǎn)矩傳感器測得的 方向盤轉(zhuǎn)矩信號和車速信號一同送給控制單元MCU，經(jīng)MCU處理和計算 以決定助力電機的轉(zhuǎn)向和助力電流的大小，從而完成轉(zhuǎn)向助力控制。 該控制系統(tǒng)必須依靠MCU的有效而精確的工作，如果MCU出現(xiàn)故障， 將會給安全駕駛帶來嚴重的后果。中國專利200320118312. X公開了一 種具備監(jiān)控功能的EPS，可以實現(xiàn)對EPS信號采集電路、助力轉(zhuǎn)向電動 機以及其驅(qū)動電路的監(jiān)控，以分別對上述監(jiān)控對象進行保護以及使系 統(tǒng)能通過CAN總線收發(fā)電路與外界進行通訊交流，并使系統(tǒng)具有故障 自診斷能力，及時發(fā)出故障警報，提醒駕駛?cè)藛T注意安全。
但是由于上述系統(tǒng)不具備自復功能， 一旦故障，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只能切 換成普通無助力的轉(zhuǎn)向形式，要求駕駛員短時間內(nèi)必須適應高強度、大幅度的轉(zhuǎn)向操作，而人們由于習慣的使然，往往很難做到迅速適應。 這給高速行駛帶來極大的危險。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種具有冗余控制功能的電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)
EPS，能夠在MCU工作失效的瞬間，投入取代其工作的熱備MCU，實現(xiàn) 自復功能，使汽車始終處于電動助力轉(zhuǎn)向狀態(tài)。 為了達到上述目的，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的
一種電動助力轉(zhuǎn)向控制方法，基于現(xiàn)有的EPS控制技術，采用雙 微處理器MCU的形式，主MCU控制助力電機工作，從MCU監(jiān)控主MCU 的工作狀態(tài)，當主MCU工作異常，則由從MCU剝奪主MCU的工作權， 取而代之控制助力電機正常工作，構成冗余控制方式，算法步驟如下
(a) 初始化主、從MCU及各端口；
(b) 主MCU檢測其PWM工作是否正常，若PWM工作不正常，主MCU 向從MCU發(fā)送中斷信號，從MCU發(fā)出指令，主MCU退出工作，由從MCU 取代主MCU對助力電機進行控制；
(c) 若PWM工作正常，則由從MCU的I/O 口發(fā)送檢測信號到主MCU， 同時將該I/O 口設為接收方式；
(d) 主MCU的I/O 口接收檢測信號產(chǎn)生中斷，同時將該I/O 口設 為發(fā)送方式，將接收到的檢測值發(fā)回到從MCU，再將該I/O 口設為接收 方式；
(e) 若從MCU以査詢方式接收到主MCU回傳的檢測值，且回傳值 正確，則主MCU繼續(xù)運行，從MCU等待一個時間間隔t后，再向主MCU 發(fā)送檢測信號，重復(c)、 (d)、 (e)循環(huán)；
(f) 若從MCU以查詢方式未接收到主MCU回傳的檢測值，或者接 收的回傳值不正確，則將錯誤計數(shù)器加l;(g) 若錯誤計數(shù)器的數(shù)值小于允許連續(xù)次數(shù)n，則回到步驟(a) 初始化主、從MCU及各端口，重新執(zhí)行后續(xù)程序；
(h) 若錯誤計數(shù)器的數(shù)值大于或等于允許連續(xù)次數(shù)n，從MCU發(fā) 出指令，主MCU退出工作，由從MCU取代主MCU對助力電機進行控制。
其中所述的時間間隔t為2s;所述的允許連續(xù)次數(shù)n為5次。
一種以上述方法工作的電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括微處理器 MCU、助力電機、電機驅(qū)動芯片、扭矩傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感 器、助力電機電流傳感器、制動踏板傳感器和溫度傳感器，系統(tǒng)具有 兩個MCU， 一個是主MCU，另一個是從MCU;兩個MCU的各自輸入通道 中5個模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D分別與同一個扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、助力 電機電流傳感器、制動踏板傳感器和溫度傳感器相連；兩個MCU的各 自輸入通道中的增強型捕捉定時器ETC分別與同一個車速傳感器相連； 兩個MCU的各自輸出通道中的脈寬調(diào)制器PWM分別通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器與 同一個電機驅(qū)動芯片相連；兩個MCU的各自輸出通道中的2個輸入輸 出接口 I/O分別與同一個電機驅(qū)動芯片的控制使能端、電機轉(zhuǎn)向控制 端相連；主MCU輸出通道中的錯誤信號輸出口與從MCU輸入通道中的 1/0接口相連；從MCU輸出通道中的檢測信號輸出口、指令輸出口分別 與主MCU輸入通道中的2個I/O接口相連。
其中所述主MCU是MC9S12DT256MPVE芯片，所述從MCU是 MC68HC908M芯片，所述電機驅(qū)動芯片是MC33035芯片。
由于采用了冗余控制方式，本發(fā)明具有以下特點在不影響現(xiàn)有
技術電動助力控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的條件下，加入了一個新的從
MCU，從MCU具有兩個功能 一是監(jiān)控主MCU的運行狀態(tài)，運行是否正 常，工作是否穩(wěn)定，是否出現(xiàn)致命錯誤；二是取代主MCU的控制地位， 一旦從MCU檢測到主MCU工作異常，立刻由從MCU代替主MCU行使對 電動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制。基于以上兩點，本系統(tǒng)就可以很好的提高電動 轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的冗余，實現(xiàn)更好更穩(wěn)定的控制。
附圖1是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制方法的算法流程圖； 附圖2是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的方框原理圖； 附圖3是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實施例主MCU的電氣原理
附圖4是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實施例從MCU的電氣原理
附圖5是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實施例電機驅(qū)動芯片的電 氣原理附圖6是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實施例車速轉(zhuǎn)換電氣原理
附圖7是本發(fā)明電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)實施例PWM的D/A轉(zhuǎn)換電 氣原理圖。
具體實施例方式
圖1所示的算法流程圖中，開始初始化主、從MCU以及各端口； 由主MCU檢測其PWM工作是否正常，如果PWM工作不正常，向從MCU 發(fā)送中斷信號，由從MCU剝奪主MCU對電機的控制權，轉(zhuǎn)由從MCU控 制電機，并發(fā)送掉電信號讓主MCU進入掉電狀態(tài)。該過程采用外部中 斷。
如果PWM工作正常，則由從MCU監(jiān)控主MCU的工作狀況首先由 從MCU的I/O 口向主MCU發(fā)送某一設定的特定值檢測信號，同時將該 發(fā)送I/O 口設為接收方式；主MCU的I/O 口產(chǎn)生中斷，接收到該數(shù)據(jù) 后，將此接收端口改變?yōu)榘l(fā)送狀態(tài)，再將所接收到的檢測值發(fā)回到從 MCU，同時將發(fā)送端口又改為接收狀態(tài)；然后由從MCU以査詢方式接收 該檢測值。
如果從MCU接收到該檢測值，且正確，表明主MCU工作正常，則主MCU繼續(xù)工作，從MCU等待一個時間間隔2s后，再向主MCU發(fā)送檢 測信號，開始下一個檢測循環(huán)。
如果從MCU在設定的査詢時間內(nèi)無法接收到該檢測值，或者接收 的檢測值不正確，表明主MCU工作異常，將錯誤計數(shù)器加l;如果該計 數(shù)器值小于5，從MCU指令主MCU復位，再向主MCU發(fā)送檢測信號，開 始下一個檢測循環(huán)。
當錯誤計數(shù)器值大于或等于5時，表明主MCU已經(jīng)出現(xiàn)5次差錯， 則認為主MCU工作不正常，或工作不穩(wěn)定，這時由從MCU剝奪主MCU 對助力電機的控制權，轉(zhuǎn)由從MCU控制電機，并由從MCU發(fā)送掉電信 號讓主MCU進入掉電狀態(tài)。程序結束。
如圖2所示，電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)由主、從兩個微處理器MCU、 助力電機、電機驅(qū)動芯片、扭矩傳感器、車速傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、 助力電機電流傳感器、制動踏板傳感器和溫度傳感器構成，主、從MCU 分別輸入上述6個傳感器信號，分別可以向電機驅(qū)動芯片輸出控制電 機方向的信號、控制驅(qū)動芯片輸入信號使能和對助力電機的PWM驅(qū)動 信號；主MCU向從MCU輸出主MCU錯誤信號；從MCU向主MCU輸出使 主MCU進入掉電狀態(tài)的控制信號和檢測信號。
本發(fā)明實施例的主MCU采用MC9S12DT256MPVE芯片(見圖3)，其 輸入通道主要有
PB3—輸入從MCU對主MCU的檢測信號；
PB5—輸入使主MCU進入掉電狀態(tài)的信號指令；
PT0—捕捉經(jīng)過LM339比較后得到的扭矩傳感器信號，捕捉通道 (PT0)捕捉車速傳感器信號，通過車速傳感器轉(zhuǎn)換模塊將正弦波轉(zhuǎn)換 為可為單片機捕捉的TTL信號，通過TTL信號的頻率來確定車速的快 慢(見圖6);
PAD00—輸入處理后的電機電流信號，它是電機的電流傳感器測量 而得到電機電流值相對應的電壓大小，將該電壓值輸入A/D 口，變?yōu)?電流的數(shù)字信號；PAD01—輸入器踏板信號，通過可變電阻來測量踏板位置，將測得 的可變電阻相應得到的電壓值輸入該A/D 口，得到踏板位置信號
PAD02—輸入處理扭矩傳感器信號，它是將扭矩傳感器得到的電壓 值輸入該端口，將電壓變?yōu)閿?shù)字信號，確定扭矩值。
PAD03—輸入處理轉(zhuǎn)角傳感器信號，它是將測得的轉(zhuǎn)角信號的電壓 值輸入該端口，得到數(shù)字信號。
PAD04—輸入處理溫度傳感器信號，將得到的溫度電壓值轉(zhuǎn)化為數(shù)
字信號，以供單片機使用。
PAD05—輸入處理油門開度信號，其原理同PADOl。 其輸出通道有
PBO—輸出主MCU錯誤信號；
PB1—輸出控制電機方向的信號； PB2—輸出電機制動信號；
PEO—控制MC33035輸入信號使能，從而使輸入的PWM使能控制； PPO—輸出對電機的PWM信號，該信號是PWM經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換而得； 本發(fā)明實施例的從MCU采用MC68HC908M芯片(見圖4)，其輸入通 道主要有
PTAO、 PTA1、 PTA2、 PTA3、 PTA4、 PTA5—輸入電機電流信號，制 動器踏板信號、扭矩傳感器信號、轉(zhuǎn)角傳感器、溫度傳感器信號、以 及油門開度信號，這些信號通過A/D 口轉(zhuǎn)換為相應的數(shù)字信號；
PTB4—捕捉車速信號，其捕捉方式和主MCU的捕捉通道相同。
輸入主MCU的故障信號，從MCU通過該中斷，剝奪主MCU的 控制權，轉(zhuǎn)而由從MCU進行控制。 其輸出通道有
PTCO—輸出電機轉(zhuǎn)動方向指令；
PTC1—控制MC33035輸入信號使能，從而使輸入的PWM使能控制； PWM1—輸出控制電機的模擬信號，該信號是PWM經(jīng)由D/A轉(zhuǎn)換而
得；PTB3—輸出檢測信號，以檢測主MCU工作是否正常；
PTB5—輸出使主MCU進入掉電狀態(tài)的控制信號，高電平有效；
PTB6—控制主MCU的復位。
本發(fā)明實施例的電機驅(qū)動芯片采用MC33035芯片(見圖5)，它的 輸入口和一個由LM324組成的D/A轉(zhuǎn)換器(見圖7)連接，將P麗轉(zhuǎn)換 為相應的模擬信號。
本發(fā)明技術的關鍵是主、從MCU要進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)的工作，必須 解決主、從MCU間的通訊問題，它是整個系統(tǒng)能否良好運行的關鍵所 在，因此下面結合實施例對主、從MCU之間通訊的建立過程作進一步 說明
1. 初始化主、從MCU及各端口。其中主MCU的PBO、 PB1設為輸 出，PB3-PB5設為輸入，PTO和PT1設為輸入捕捉方式，PAD00-PAD05 設置為A/D轉(zhuǎn)換方式；從MCU中的PTA0-PTA5設為A/D輸入方式，PTB4 設為輸入捕捉方式，PTB2、 PTB3、 PTB5、 PTB6為I/O輸出方式。PTCO 和PTC1設為I/O模式下的輸出方式。
2. 由從MCU的PTB3發(fā)送某一設定的特定值檢測信號到主MCU的 PB3，同時將PTB3設為接收方式；主MCU待PB3產(chǎn)生中斷，接收到該 數(shù)據(jù)后，將該端口變?yōu)榘l(fā)送狀態(tài)，再將接收到的檢測值發(fā)回到從MCU， 并將PB3重新改變?yōu)榻邮斩丝?；如果PTB3能以查詢方式收到該回傳的 檢測值，則表示主MCU工作正常，從MCU等待一個時間間隔2s后，再 向主MCU發(fā)送檢測信號，開始下一個檢測循環(huán)。
3. 如果PTB3在設定的査詢時間內(nèi)無法接收到高電平，則表示主 MCU工作異常，此時將錯誤計數(shù)器加l，將主MCU復位，并重新重復上 述循環(huán)過程，如果出現(xiàn)5次錯誤，則認為主MCU工作不正常，或工作 不穩(wěn)定，這時由從MCU剝奪主MCU對電機的控制權，轉(zhuǎn)由從MCU控制 電機，并由從MCU發(fā)送掉電信號讓主MCU進入掉電狀態(tài)。該過程采用 査詢方式。
4. 當主MCU自己檢測到PWM工作不正常的時候，向從MCU的/IRQ發(fā)送中斷信號，由從MCU剝奪主MCU對電機的控制權，轉(zhuǎn)由從MCU控 制電機，并由PTB5發(fā)送掉電信號讓主MCU進入掉電狀態(tài)。該過程采用 外部中斷。
其中上述2、 3過程在運行時，需要打開中斷，以便當PWM控制電 路工作異常時，直接由從MCU剝奪主MCU的電機控制權，實現(xiàn)從MCU 對助力電機的控制。
權利要求
1.一種電動助力轉(zhuǎn)向控制方法，基于現(xiàn)有的EPS控制技術，其特征在于它采用雙微處理器MCU的形式，主MCU控制助力電機工作，從MCU監(jiān)控主MCU的工作狀態(tài)，當主MCU工作異常，則由從MCU剝奪主MCU的工作權，取而代之控制助力電機正常工作，構成冗余控制方式，算法步驟如下(a)初始化主、從MCU及各端口；(b)主MCU檢測其PWM工作是否正常，若PWM工作不正常，主MCU向從MCU發(fā)送中斷信號，從MCU發(fā)出指令，主MCU退出工作，由從MCU取代主MCU對助力電機進行控制；(c)若PWM工作正常，則由從MCU的I/O口發(fā)送檢測信號到主MCU，同時將該工/O口設為接收方式；(d)主MCU的I/O口接收檢測信號產(chǎn)生中斷，同時將該I/O口設為發(fā)送方式，將接收到的檢測值發(fā)回到從MCU，再將該I/O口設為接收方式；(e)若從MCU以查詢方式接收到主MCU回傳的檢測值，且回傳值正確，則主MCU繼續(xù)運行，從MCU等待一個時間間隔t后，再向主MCU發(fā)送檢測信號，重復(c)、(d)、(e)循環(huán)；(f)若從MCU以查詢方式未接收到主MCU回傳的檢測值，或者接收的回傳值不正確，則將錯誤計數(shù)器加1；(g)若錯誤計數(shù)器的數(shù)值小于允許連續(xù)次數(shù)n，則回到步驟(a)初始化主、從MCU及各端口，重新執(zhí)行后續(xù)程序；(h)若錯誤計數(shù)器的數(shù)值大于或等于允許連續(xù)次數(shù)n，從MCU發(fā)出指令，主MCU退出工作，由從MCU取代主MCU對助力電機進行控制。
2. 如權利要求l所述的電動助力轉(zhuǎn)向控制方法，其特征在于所述的 時間間隔t為2s;所述的允許連續(xù)次數(shù)n為5次。
3. —種以權利要求l所述方法工作的電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，包括微 處理器MCU、助力電機、電機驅(qū)動芯片、扭矩傳感器、車速傳感器、 轉(zhuǎn)角傳感器、助力電機電流傳感器、制動踏板傳感器、溫度傳感器 和油門開度傳感器，其特征在于系統(tǒng)具有兩個MCU， 一個是主MCU, 另一個是從MCU;兩個MCU的各自輸入通道中6個模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D 分別與同一個扭矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、助力電機電流傳感器、制 動踏板傳感器、溫度傳感器和油門開度傳感器相連；兩個MCU的各 自輸入通道中的增強型捕捉定時器ETC分別與同一個車速傳感器相 連；兩個MCU的各自輸出通道中的脈寬調(diào)制器P而分別通過數(shù)模轉(zhuǎn) 換器與同一個電機驅(qū)動芯片相連；兩個MCU的各自輸出通道中的2 個輸入輸出接口 1/0分別與同一個電機驅(qū)動芯片的控制使能端、電 機轉(zhuǎn)向控制端相連；主MCU輸出通道中的錯誤信號輸出口與從MCU 輸入通道中的I/O接口相連;從MCU輸出通道中的檢測信號輸出口 、 指令輸出口分別與主MCU輸入通道中的2個I/O接口相連。
全文摘要
一種汽車用雙MCU電動助力轉(zhuǎn)向控制方法和系統(tǒng)，基于現(xiàn)有的EPS控制技術，采用雙微處理器MCU的形式，主MCU控制助力電機工作，從MCU監(jiān)控主MCU的工作狀態(tài)，當主MCU工作異常，則由從MCU剝奪主MCU的工作權，取而代之控制助力電機正常工作，構成冗余控制方式。具有冗余控制功能的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可以很好的提高電動轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)的可靠性，有效地提高了汽車駕駛安全性和舒適性。
文檔編號G05B19/418GK101308383SQ200810040360
公開日2008年11月19日 申請日期2008年7月8日 優(yōu)先權日2008年7月8日
發(fā)明者吳光強, 張德明, 騫 王, 鞠麗娟 申請人:同濟大學