[发明专利]基于功能安全设计的无刷电动转向控制单元及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于功能安全设计的无刷电动转向控制单元，包括EPS控制器、电源冗余模块、力矩和角度信号传感器和永磁同步电机模块，电源冗余模块包括电源控制模块、电源IC1、电源IC2和电源IC3，EPS控制器包括MCU1和MCU2，永磁同步电机模块包括永磁同步电机本体和电机位置传感器，永磁同步电机本体与电机位置传感器相连接，电源控制模块同时与电源IC1和电源IC2相连接，电源IC1和MCU1相连接，电源IC2同时与力矩和角度信号传感器、电机位置传感器相连接，电源IC3与MCU2相连接。电源冗余模块可以在车辆高速行驶过程中，因硬线IG信号或CAN IG信号丢失的情况下，继续保持EPS控制模块工作电源，EPS可以持续提供助力让车辆安全行驶。

技术领域

本发明涉及汽车电动助力转向系统领域，尤其是指基于功能安全设计的无刷电动转向控制单元及控制方法。

背景技术

随着汽车进入智能化时代，汽车对电动转向系统的操控性、安全性及性能要求越来越高，现阶段各类汽车上使用的有刷电机助力转向系统将逐渐不适用于未来的发展需要，其存在助力不足，不能集成角度和力矩控制，更不能适应未来的自动驾驶需要。而集成角度和力矩控制的无刷电机EPS具有更多优点：

1、无刷电机EPS采用磁场换向，无直接接触噪音小，使用寿命长；电机性能好可满足大助力需求的车型。

2、无刷电机EPS扭矩波动小，调速范围广，动态响应及跟随性好。

3、无刷电机EPS集成电机角度、力矩控制，易开发车辆飘逸补偿、车道偏离报警、疲劳驾驶辅助、车道辅助，自动泊车，自动驾驶和多助力模式等高级功能。从而提高车辆的操控性和安全性。

因此无刷电机EPS控制系统将是未来的必然发展趋势。但是现有的无刷电机EPS控制系统存在安全性上的不足，实际操作的过程中会因为系统故障产生驾驶危险。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中无刷电机EPS控制系统存在安全性上的不足，实际操作的过程中会因为系统故障产生驾驶危险的缺点，提供一种基于功能安全设计的无刷电动转向控制单元及控制方法。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

一种基于功能安全设计的无刷电动转向控制单元，包括EPS控制器、电源冗余模块、力矩和角度信号传感器和永磁同步电机模块，电源冗余模块包括电源控制模块、电源IC1、电源IC2和电源IC3，EPS控制器包括MCU1和MCU2，永磁同步电机模块包括永磁同步电机本体和电机位置传感器，永磁同步电机本体与电机位置传感器相连接，电源控制模块同时与电源IC1和电源IC2相连接，电源IC1和MCU1相连接，电源IC2同时与力矩和角度信号传感器、电机位置传感器相连接，电源IC3与MCU2相连接，电源控制模块还与MCU1相连接，MCU2还与力矩和角度信号传感器相连接，电源IC1和MCU1还通过与门与电源IC3相连接。电源冗余模块可以在车辆高速行驶过程中，因硬线IG信号或CAN IG信号丢失的情况下，继续保持EPS控制模块工作电源，EPS可以持续提供助力让车辆安全行驶；冗余力矩和角度信号传感器保证力矩和角度信号的可靠性，为驾驶员提供正确的助力；在初始化检验中MCU1发现MCU2有助力故障时，MCU1将禁止电源IC3的输出，以提高安全性。

EPS控制器作为EPS系统的控制大脑，主要提供车辆信息交互和电机助力控制功能，其执行的目标（EPS系统助力）使驾驶者能够方便、平顺的控制车辆行驶方向。用一种可控的方法给转向系统提供动力以降低驾驶者进行车辆转向的操作力。通过接收车辆信息，提供适当的助力或控制转向盘转至特殊的角度位置，提供一些可调节因素以提高车辆的驾驶舒适性。该EPS控制器通过接收整车的发动机转速、车速信号以及力矩和角度传感器信号，结合内部控制策略（随速助力模块、阻尼控制模块、路面干扰抑制模块、主动回正模块、齿条末端保护模块、防飘逸补偿模块以及系统安全模块）最终输出系统助力目标值实施电机力矩控制。