1引言

　　電機控制系統是電動汽車的重要組成部分。電機控制系統的可靠性對電動汽車的安全尤為重要。ISO26262定義的汽車安全完整性等級，把整車的安全目標由低到高劃分為ASIL A、ASIL B、ASIL C和ASIL D四個等級。根據整車安全目標分解的功能安全需求并對應到相關零部件，可知電機控制系統相關的功能安全需求至少要滿足ASIL C的安全等級，才能符合整車的功能安全目標。然而傳統電機控制器是由單個電機控制芯片做處理器，往往很難達到ASIL C.故本文給出了一種純電動汽車電機控制系統安全監控的設計方案，通過增加一個安全監控芯片CIC61508來對電機控制芯片進行監控，提升了系統的安全等級，使其達到ASIL C的標準，從而滿足汽車安全方面日益增長的要求。

　　2安全監控功能系統架構

　　本文所述的純電動汽車電機控制系統安全監控功能分為兩級——硬件級和軟件級。

　　硬件級的安全監控功能系統架構包括控制電機運行的電機控制芯片、安全監控芯片、監測電機控制芯片供電電壓的電源監控模塊、監測直流電壓的電壓監控模塊、監測電機相電流的電流監控模塊、監測逆變器溫度的溫度監控模塊以及硬件看門狗模塊等。

　　圖1電機控制系統硬件級安全監控結構圖

　　軟件級的安全監控功能包括在電機控制芯片中實現的電壓監控、電流監控、溫度監控、速度監控、扭矩監控、功率監控、模式監控、通訊監控以及在安全監控芯片中實現的安全監控調用程序。

　　3軟硬件設計

　　3.1硬件系統設計

　　3.1.1電機控制芯片的選型

　　電機控制芯片選擇的是Infineon公司的32位TriCore系列的TC1782高性能微處理器。TC1782在功耗、運算能力、存儲空間、數字量模擬量輸入輸出以及CAN通訊等方面均有良好的表現，并具有較高的性價比，非常適用于電動汽車電機控制系統。

　　圖2電機控制系統軟件級安全監控結構圖

　　3.1.2安全監控芯片的選型

　　安全監控芯片采用Infineon CIC61508芯片。CIC61508安全監測芯片封裝尺寸很小，使用起來節省空間，是安全應用領域的高性價比之選。安全監測電路通過檢測電機控制芯片的時鐘、電源和與溫度相關的計算誤差等常見故障模式來監測電機控制芯片的工作狀況。

　　3.1.3硬件電路設計

　　電機控制芯片TC1782分別通過兩組SPI與安全監控芯片CIC61508以及旋變解碼芯片AU6803進行通訊;通過GPIO接收或發送數字量;通過PWM通道發送六路PWM信號給門驅動芯片;通過ADC模塊采樣電流、電壓、溫度等信息;通過CAN模塊與總線通訊。該硬件電路還包括電源模塊與看門狗模塊等。硬件電路原理圖如圖3所示。

　　圖3硬件電路原理圖

　　3.2軟件設計

　　3.2.1設計原理

　　本文提出的安全監控功能，通過硬件級與軟件級的兩級監控來確保電機控制系統正常工作，包括對電機負載的監控以及對電機控制芯片的監控。

　　對電機負載監控功能的原理是通過采樣的電流、電壓、溫度、位置等信號以及來自于硬件監控電路的故障信息來判斷電機負載是否工作在正常狀態，一旦檢測出異常，電機控制系統即進入到故障處理程序。

　　對于電機控制芯片的安全監控功能是以電機控制芯片的自檢和CIC61508安全監控芯片共同完成的。電機控制芯片會在開機上電后自檢，測試各個模塊的配置是否正常，若異常則進入到故障處理程序;在程序正常運行過程中電機控制芯片會周期性對各個模塊的配置、內存及控制任務進行測試，同時，電機控制芯片會把特定的測試任務發給CIC61508安全監控芯片測試，并將測試結果反饋給電機控制芯片。電機控制芯片將自身運行的結果與反饋結果進行比較，以此來判斷電機控制芯片的工作是否正常。

　　3.2.2具體實現

　　電機控制芯片通過ADC模塊采樣傳感器供電電壓，芯片供電電壓，母線電流，母線電壓，A、C相的相電流，電機溫度，逆變器溫度等信號;通過GPI接口接收來自硬件監控電路的故障信息，主要有電機控制芯片供電電壓故障、直流電壓過壓故障、電機相電流過流故障、逆變器過溫故障、逆變器飽和故障、位置傳感器故障等;通過SPI接收電機位置信息與安全監控芯片的信息。電機控制芯片通過SPI發送測試任務給安全監控芯片，安全監控芯片將測試結果反饋給電機控制芯片用于比對，若測試結果一致，則證明電機控制芯片工作正常，否則進入故障處理程序。