电动汽车电机控制系统安全监控软硬件设计

1 引言

　　电机控制系统是电动汽车的重要组成部分。电机控制系统的可靠性对电动汽车的安全尤为重要。ISO26262定义的汽车安全完整性等级，把整车的安全目标由低到高划分为ASIL A、ASIL B、ASIL C和ASIL D四个等级。根据整车安全目标分解的功能安全需求并对应到相关零部件，可知电机控制系统相关的功能安全需求至少要满足ASIL C的安全等级，才能符合整车的功能安全目标。然而传统电机控制器是由单个电机控制芯片做处理器，往往很难达到ASIL C。故本文给出了一种纯电动汽车电机控制系统安全监控的设计方案，通过增加一个安全监控芯片CIC61508 来对电机控制芯片进行监控，提升了系统的安全等级，使其达到ASIL C的标准，从而满足汽车安全方面日益增长的要求。

　　2 安全监控功能系统架构

　　本文所述的纯电动汽车电机控制系统安全监控功能分为两级——硬件级和软件级。

　　硬件级的安全监控功能系统架构包括控制电机运行的电机控制芯片、安全监控芯片、监测电机控制芯片供电电压的电源监控模块、监测直流电压的电压监控模块、监测电机相电流的电流监控模块、监测逆变器温度的温度监控模块以及硬件看门狗模块等。

图1 电机控制系统硬件级安全监控结构图

　　软件级的安全监控功能包括在电机控制芯片中实现的电压监控、电流监控、温度监控、速度监控、扭矩监控、功率监控、模式监控、通讯监控以及在安全监控芯片中实现的安全监控调用程序。

　　3 软硬件设计

　　3.1 硬件系统设计

　　3.1.1 电机控制芯片的选型

　　电机控制芯片选择的是Infineon公司的32位TriCore系列的TC1782高性能微处理器。TC1782在功耗、运算能力、存储空间、数字量模拟量输入输出以及CAN通讯等方面均有良好的表现，并具有较高的性价比，非常适用于电动汽车电机控制系统。

图2 电机控制系统软件级安全监控结构图

　　3.1.2 安全监控芯片的选型

　　安全监控芯片采用Infineon CIC61508芯片。CIC61508安全监测芯片封装尺寸很小，使用起来节省空间，是安全应用领域的高性价比之选。安全监测电路通过检测电机控制芯片的时钟、电源和与温度相关的计算误差等常见故障模式来监测电机控制芯片的工作状况。