EPS控制器硬件功能安全性设计与分析研究
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汽车电动助力转向系统EPS硬件设计
汽车电动助力转向系统E P S硬件设计Modified by JEEP on December 26th, 2020.内容摘要电动助力转向( Electric Power Steering, 简称EPS) 作为一种新型转向系统, 因其具有节能、环保等优点而受到世界各大汽车公司和企业的青睐, 它将逐步取代传统的液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering, 简称HPS) 。
本文以传统的转向柱助力式EPS 为研究对象, 建立EPS系统数学模型,给出了汽车电动助力系统的动力学方程。
根据电动助力转向系统的工作原理及控制器可靠设计的关键技术，设计了以P87C591 单片机为主控单元的EPS系统，系统采用闭环电流控制方案, 利用目标电流技术调节电机端电压达到控制电机电流力矩的目的。
EPS 控制器采用模块化设计，把信号处理电路和功率驱动电路进行分层设计,以增强系统的抗干扰能力和可靠性。
在进行PWM 驱动频率的选择时，考虑开关时电流脉峰对开关管及电动机安全的影响。
最后通过研究分析了EPS系统的经济性、系统硬件电路板空间与发热功耗及可靠性合理地选择散热片及其参数,提高了驱动效率和稳定运行能力。
实验表明, 该系统具有良好的电动助力特性, 满足电动助力转向要求,证明了这种系统在实际应用中的有效性。
关键词电动助力转向; 单片机; H桥驱动; PWM斩波; 控制系统Hardware Design of the Electric PowerAssisted Steering SystemInstructor：Helinlin Associate professorAbstractElectric power steering is a new power steering technology for vehicles. Merit such as energy conservation , environmental protection that the person has accepts the respectively big automobiles of world company and the enterprise favour , home and abroad developing trend is to use electric power-assistance to change to the hydraulic pressure power-assistance vergence substituting tradition step by step.The mathematic model the main body of a book is established systematically with dyadic EPS of the tradition vergence post power-assistance for the object of study,has given an automobile out electric systematic power-assistance dynamics equation , has combined classics control theory and the optimization algorithm, the parameter carries out validity in applying to reality having studied , testifying this system on systematic power-assistance.This paper presents an elect ricpower steering system controlled byP87C591 microp rocessor. The motor given torque is computed by expertcontrol system. The practical output torque is closed-loop controlled. The working principle and key technologies for reliable design of EPS controller were signal processing circuit and the power drive circuit were hierarchically designed to improve theanti jamming capability and reliability. The PWM frequency was selected considering the influence of switching currentpulse on the safety of the transistors and the motor should be taken into account . Besides paralleled for theeconomy , the heat dissipation and the srelevant parameters were selected to improve the drive efficiency and the stableoperation capability.The results of the experiment show thesystem designed has good steering characteristics and meets the request of electric power steering.Key wordsElectric Power Steering; Microprocessor; The bridge drives H ;PWM chopped wave; Control System目录第1章概述 (1)EPS系统简介 (1)转向系统的发展概况 (2)EPS系统的特点 (3)第2章 EPS系统模型 (7)EPS系统的结构及原理 (7)建立EPS动力学模型 (8)EPS的动力学方程 (8)直流电动机 (11)第3章基于高性能P87C591单片机控制方案制定 (12)单片机控制方案 (12)3.1.1 P87C591单片机芯片简介 (12)3.1.2 单片机控制系统 (14)EPS工作流程图 (16)助力电流控制系统 (17)3.3.1 控制策略 (17)3.3.2 电机目标助力电流算法 (17)3.3.3 助力电流闭环控制 (18)第4章 EPS控制系统设计 (21)EPS 控制器模块化设计 (21)电机控制电路设计 (22)4.2.1 H桥驱动芯片IR2110功能简介 (22)4.2.2 H 桥功率驱动电路 (24)4.2.3 电机保护电路 (25)PWM斩波 (26)4.3.1 PWM控制原理 (26)4.3.2PWM斩波电路 (27)4.3.3驱动频率的选择 (28)第5章汽车转向技术的发展趋势 (32)线性转向系统 (32)转向技术发展趋势 (32)结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)汽车电动助力转向系统（EPS）硬件设计第1章概述EPS系统简介电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。
eps 助力控制策略和测试研究分析
车辆工程技术9车辆技术EPS 助力控制策略和测试研究分析段金萍（长城汽车股份有限公司,河北 保定 071000）摘 要：伴随汽车行业的日益发展，人们对转向功能的要求日益增高。
EPS 系统油耗低、运作时间短，凭借可控的助力系统性能日益受到人们的关注。
笔者探讨了EPS 系统的控制策略，根据常规PID、电机补偿机制、扭转力矩变化率等策略，并根据与样车的对比测试，得出该策略符合行业标准，顺应了汽车行业的发展大趋势。
关键词：EPS 助力控制；测试研究分析；大趋势0 引言 近年来，我国汽车需求量不断增加，汽车行业也正处于迅猛发展的态势，在需求量不断上升的同时，消费者也对汽车的质量提出了更高的要求，驾车体验也逐渐要求汽车的能耗低，性价比高，性能强。
最近一段时间，我国新能源汽车行业发展迅速，传统意义上的转向系统包括机械和液压都已无法满足现阶段消费者的需求。
在如此背景之下，EPS 即电子助力转向系统应运而生。
1 电子助力转向系统（EPS）概述 所谓EPS，其实是英文Electric Power Steering 的缩写，即电子助力转向系统。
汽车的发展历史上，转向系统从最初的机械到液压再到电控液压，最后来到了电子助力转向系统。
相比于传统的动力转向系统，电子助力转向的特征优势体现于以下两个方面： （1）油耗低，运作时间短。
通常的液压助力转向系统，无论汽车是否在行进过程中出现转向，它都在运作，都会消耗发动机动力，然而电子助力转向系统则不会这样，它只会在转向时运作，非转向时不消耗动力。
因此，可以有效降低汽车燃油消耗。
（2）驾车时适应性强，助力大小可控。
传统的液压助力转向系统，其所提供的转向助力无法随车速的变化而变化。
换句话说，如果当驾驶员在高速公路上行进时，转向动力小，就会出现转向困难，车辆的整体稳定性不强，驾驶员也缺少安全感。
然而，在电子助力转向系统下，车辆的转向适应性更强，车辆低速时，转向助力较大，车辆高速时，转向助力小，更有利于驾驶员的把控，提升车辆稳定性。
EPS系统控制性能建模与仿真研究的开题报告
EPS系统控制性能建模与仿真研究的开题报告一、选题背景及意义EPS是车辆电子系统的重要组成部分，主要为其它电子系统提供能量。
一般车辆EPS系统由EPS控制模块、转向电机和传感器等组成。
EPS系统的性能直接影响到车辆的操控性和稳定性。
因此，对EPS系统进行控制性能建模和仿真研究，对于提高车辆操控性和安全性具有重要意义。
二、研究内容和目标本文主要研究EPS系统的控制性能建模和仿真研究。
具体的研究内容包括：1.对EPS系统进行建模，包括转向电机、传感器等子系统的建模；2.分析EPS系统的工作原理和控制策略，建立EPS系统控制性能的数学模型；3.利用Simulink等仿真软件对EPS系统进行仿真分析，包括转向响应、转向助力等方面；4.分析EPS系统控制性能的影响因素，如驾驶员操作、车辆速度等因素，从而得出EPS系统的最优控制策略。
本文的目标是建立完整的EPS系统控制性能数学模型，通过仿真分析找出EPS系统最优控制策略，为车辆操控性和安全性提供理论依据。
三、研究方法本文采用数学模型和仿真分析相结合的方法，对EPS系统进行建模和仿真分析。
具体研究方法如下：1.针对EPS系统的不同子系统进行建模，包括转向电机、传感器等子系统的建模；2.分析EPS系统的工作原理和控制策略，建立EPS系统控制性能的数学模型；3.利用Simulink等仿真软件对EPS系统进行仿真分析，包括转向响应、转向助力等方面；4.分析EPS系统控制性能的影响因素，如驾驶员操作、车辆速度等因素，从而找出EPS系统的最优控制策略；5.通过仿真分析找出EPS系统最优控制策略，并对其进行实验验证，验证其有效性和可靠性。
四、预期成果通过本文的研究，将得到EPS系统控制性能建模和仿真分析的数学模型，得到EPS系统最优控制策略，为提高车辆操控性和安全性提供理论依据。
同时，本文的研究结果还将为EPS系统的设计和优化提供重要参考，具有一定的应用价值。
五、论文结构安排本文的结构安排如下：第一章：绪论。
eps系统功能安全测试方法
28软件开发与应用Software Development And Application电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering采集场所的可燃气体浓度值，与设定的预警值对比，一旦超出，第一时间将报警信息上传到消防安全员，这样实现24小时不间断监控，发生可疑泄漏时能及时采取措施，降低爆炸风险。
，确保人员安全。
针对火灾自动报警系统无法覆盖的部位，消防改造条件不具备的地方，可以设置无线火灾探测器。
无线独立式感烟和感温探测器安装方便，电池供电，采用三大运营商（移动/联通/电信）的NB 窄带物联网为传输载体，能实现区域自主管理，大局域全程监控。
一旦探测到火警，能及时推送给单位消防安全员。
由于使用了NB 网络，探测器的功耗较GPRS 和4G 大为降低，电池寿命能达到数年之久，维护性好。
4.2 数据处理系统针对物联网传感器上传的数据和火灾隐患信息进行处理，通过按区域、时段、部位和消防设施种类显示火灾隐患和报警事件的发生，能帮助单位消防管理人有针对性地开展专项治理，提高消防设施维护质量，确保消防设施完好有效。
通过计算消防设施完好率、巡查合格率、维修工单的完成率，能帮助单位消防管理人掌握消防安全员是否按时履行职责。
通过优化火灾风险评估指标体系，充分利用消防设施完好率、火灾隐患发生到解决的平均周期，巡查按时完成率等动态数据，能更准确地评估单位的火灾风险等级，帮助单位找出安全管理工作的短板，提出改进建议，促进单位提高消防安全管理能力。
5 结束语针对现阶段社会单位消防安全管理中遇到的责任分解落实难和整体状态难以掌握的问题，充分利用大数据、互联网+、物联网、数据处理等技术，建立单位智慧消防物联网系统。
通过自动采集各类消防设施的运行数据，接收火警、报警和故障数据，跟踪处理，实现火灾隐患的及时发现，督促责任人及时消除隐患。
通过对采集的消防管理动态数据进行分析研判，评估单位火灾风险状况，帮助持续改进单位的消防安全管理。
《基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制研究》范文
《基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车的安全性和稳定性问题日益受到关注。
汽车转向稳定控制作为提高汽车行驶安全性的重要手段，一直是汽车工程领域研究的热点。
电子稳定程序（ESP）和防抱死制动系统（ABS）作为现代汽车的重要安全系统，其协调控制对于提高汽车转向稳定性和行驶安全性具有重要意义。
本文将针对基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制进行研究，探讨其控制策略和实现方法。
二、ESP与ABS系统概述ESP系统主要通过传感器实时监测汽车的行驶状态，当汽车出现偏离预定行驶路径的趋势时，通过控制系统对车轮进行制动力分配，以恢复汽车的稳定性。
而ABS系统则是在制动过程中，通过控制制动压力，防止车轮抱死，保证制动过程中的车辆稳定性。
两者的协调控制可以进一步提高汽车的转向稳定性和行驶安全性。
三、汽车转向稳定控制策略1. 传感器信号处理：通过安装在高精度传感器上的汽车上，实时获取汽车的行驶状态信息，如车速、转向角度、侧向加速度等。
2. 控制器设计：根据传感器获取的行驶状态信息，通过控制器对ESP和ABS系统进行协调控制。
控制器采用模糊控制、滑模控制等智能控制算法，根据不同的行驶环境和车速，实时调整制动力分配和制动压力控制。
3. 协调控制策略：ESP和ABS系统的协调控制是汽车转向稳定控制的关键。
在汽车转向过程中，当出现不稳定趋势时，控制器将根据传感器信息，判断是否需要启动ESP或ABS系统进行干预。
在干预过程中，控制器将根据实时传感器信息，调整制动力分配和制动压力控制，以恢复汽车的稳定性。
四、实现方法1. 硬件设计：硬件设计包括传感器、执行器、控制器等部分。
传感器用于获取汽车的行驶状态信息，执行器用于执行控制器的指令，控制器则负责处理传感器信息并发出指令。
2. 软件设计：软件设计包括传感器信号处理、控制器算法、协调控制策略等部分。
软件设计需要结合硬件设计，实现传感器信号的采集、处理和传输，以及控制器的算法实现和协调控制策略的制定。
汽车电动助力转向系统(EPS)硬件设计
内容摘要电动助力转向( Electric Power Steering, 简称EPS) 作为一种新型转向系统, 因其具有节能、环保等优点而受到世界各大汽车公司和企业的青睐, 它将逐步取代传统的液压助力转向系统(Hydraulic Power Steering, 简称HPS) 。
本文以传统的转向柱助力式EPS 为研究对象, 建立EPS系统数学模型,给出了汽车电动助力系统的动力学方程。
根据电动助力转向系统的工作原理及控制器可靠设计的关键技术，设计了以P87C591 单片机为主控单元的EPS系统，系统采用闭环电流控制方案, 利用目标电流技术调节电机端电压达到控制电机电流力矩的目的。
EPS 控制器采用模块化设计，把信号处理电路和功率驱动电路进行分层设计,以增强系统的抗干扰能力和可靠性。
在进行PWM 驱动频率的选择时，考虑开关时电流脉峰对开关管及电动机安全的影响。
最后通过研究分析了EPS系统的经济性、系统硬件电路板空间与发热功耗及可靠性合理地选择散热片及其参数,提高了驱动效率和稳定运行能力。
实验表明, 该系统具有良好的电动助力特性, 满足电动助力转向要求,证明了这种系统在实际应用中的有效性。
关键词电动助力转向; 单片机; H桥驱动; PWM斩波; 控制系统Hardware Design of the Electric Power Assisted Steering System050607337 Zhangqiang Instructor：Helinlin Associate professorAbstractElectric power steering is a new power steering technology for vehicles. Merit such as energy conservation , environmental protectionthat the person has accepts the respectively big automobiles of world company and the enterprise favour , home and abroad developing trend is to use electric power-assistance to change to the hydraulic pressure power-assistance vergence substituting tradition step by step.The mathematic model the main body of a book is established systematically with dyadic EPS of the tradition vergence post power-assistance for the object of study,has given an automobile out electric systematic power-assistance dynamics equation , has combined classics control theory and the optimization algorithm, the parameter carries out validity in applying to reality having studied , testifying this system on systematic power-assistance.This paper presents an elect ricpower steering system controlled by P87C591 microp rocessor. The motor given torque is computed by expertcontrol system. The practical output torque is closed-loop controlled. The working principle and key technologies for reliable design of EPS controller were analyzed.The signal processing circuit and the power drive circuit were hierarchically designed to improve theanti jamming capability and reliability. The PWM frequency was selected considering the influence of switching currentpulse on the safety of the transistors and the motor should be taken into account . Besides paralleled for the economy , the heat dissipation and the reliability.It srelevant parameters were selected to improve the drive efficiency and the stableoperation capability.The results of the experiment show thesystem designed has good steering characteristics and meets the request of electric power steering.Key wordsElectric Power Steering; Microprocessor; The bridge drives H ;PWM chopped wave; Control System目录第1章概述 (1)1.1 EPS系统简介 (1)1.2 转向系统的发展概况 (2)1.3 EPS系统的特点 (3)第2章 EPS系统模型 (7)2.1 EPS系统的结构及原理 (7)2.2 建立EPS动力学模型 (8)2.3 EPS的动力学方程 (8)2.4 直流电动机 (11)第3章基于高性能P87C591单片机控制方案制定 (12)3.1 单片机控制方案 (12)3.1.1 P87C591单片机芯片简介 (12)3.1.2 单片机控制系统 (14)3.2 EPS工作流程图 (16)3.3 助力电流控制系统 (17)3.3.1 控制策略 (17)3.3.2 电机目标助力电流算法 (17)3.3.3 助力电流闭环控制 (18)第4章 EPS控制系统设计 (21)4.1 EPS 控制器模块化设计 (21)4.2电机控制电路设计 (22)4.2.1 H桥驱动芯片IR2110功能简介 (22)4.2.2 H 桥功率驱动电路 (24)4.2.3 电机保护电路 (25)4.3 PWM斩波 (26)4.3.1 PWM控制原理 (26)4.3.2 PWM斩波电路 (27)4.3.3驱动频率的选择 (28)第5章汽车转向技术的发展趋势 (32)5.1 线性转向系统 (32)5.2 转向技术发展趋势 (32)结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)汽车电动助力转向系统（EPS）硬件设计第1章概述1.1 EPS系统简介电动助力转向系统是于20世纪80年代中期提出来的。
《基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制研究》范文
《基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，汽车安全性能的研究越来越受到人们的关注。
转向稳定控制作为汽车安全性能的重要组成部分，对于提高汽车的行驶稳定性和安全性具有至关重要的作用。
本文旨在研究基于ESP（电子稳定程序）与ABS（防抱死刹车系统）协调控制的汽车转向稳定控制，以提高汽车的操控性和安全性。
二、ESP与ABS的基本原理及功能ESP是一种主动安全技术，主要通过传感器实时监测汽车的行驶状态，对车辆进行动态控制，以提高车辆的行驶稳定性。
其主要功能包括防侧滑、防偏航和防翻滚等。
而ABS则是一种刹车系统，通过控制刹车压力，防止车轮在刹车过程中抱死，从而提高刹车效率和安全性。
三、基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制研究（一）研究背景及意义随着汽车速度的提高和道路条件的复杂化，汽车在转向过程中可能面临诸多挑战，如侧风、路面湿滑等。
这些问题可能导致车辆失去稳定性，甚至发生事故。
因此，研究基于ESP与ABS 协调控制的汽车转向稳定控制具有重要意义。
该研究可以提高汽车的操控性和稳定性，减少事故发生的可能性，提高行车安全性。
（二）研究方法及实验设计本研究采用理论分析、仿真分析和实车实验相结合的方法。
首先，通过理论分析，研究ESP和ABS的工作原理及协调控制策略。
其次，利用仿真软件对不同工况下的汽车转向过程进行仿真分析，以验证理论分析的正确性。
最后，通过实车实验，对基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制进行实际测试和验证。
实验设计包括不同路面条件、不同车速、不同转向角度等工况下的实车实验。
通过收集实验数据，分析ESP与ABS的协调控制效果，以及汽车转向稳定性的改善情况。
（三）研究结果及分析1. ESP与ABS的协调控制策略本研究提出了一种基于ESP与ABS协调控制的汽车转向稳定控制策略。
在该策略中，ESP和ABS通过传感器实时监测汽车的行驶状态，根据不同的工况，对车辆进行动态控制。
汽车电动助力转向系统(EPS)硬件设计
2液压助力转向系统
1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统,此后该技术迅速发展,使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80年代后期,又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内,动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统,比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( VariableDisplacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering,简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下,泵的流量会相应地减少,从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵,由于电机的转速可调,可以即时关闭,所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞,布置更方便,降低了转向操纵力,也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力,目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。
1纯机械式转向系统
机械式的转向系统,由于采用纯粹的机械解决方案,为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘,这样一来,占用驾驶室的空间很大,整个机构显得比较笨拙,驾驶员负担较重,特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向,这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉,目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。
汽车电动助力转向系统（EPS）硬件设计
050607337 张强 指导教师：何琳琳 副教授
第1章 概述
1.1EPS系统简介
1953年通用汽车公司首次使用了液压助力转向系统,此后该技术迅速发展,使得动力转向系统在体积、功率消耗和价格等方面都取得了很大的进步。80年代后期,又出现了变减速比的液压动力转向系统。在接下来的数年内,动力转向系统的技术革新差不多都是基于液压转向系统,比较有代表性的是变流量泵液压动力转向系统( VariableDisplacement Power Steering Pump)和电动液压助力转向( Electric Hydraulic PowerSteering,简称EHPS)系统。变流量泵助力转向系统在汽车处于比较高的行驶速度或者不需要转向的情况下,泵的流量会相应地减少,从而有利于减少不必要的功耗。电动液压转向系统采用电动机驱动转向泵,由于电机的转速可调,可以即时关闭,所以也能够起到降低功耗的功效。液压助力转向系统使驾驶室变得宽敞,布置更方便,降低了转向操纵力,也使转向系统更为灵敏。由于该类转向系统技术成熟、能提供大的转向操纵助力,目前在部分乘用车、大部分商用车特别是重型车辆上广泛应用。但是液压助力转向系统在系统布置、安装、密封性、操纵灵敏度、能量消耗、磨损与噪声等方面存在不足。
1纯机械式转向系统
机械式的转向系统,由于采用纯粹的机械解决方案,为了产生足够大的转向扭矩需要使用大直径的转向盘,这样一来,占用驾驶室的空间很大,整个机构显得比较笨拙,驾驶员负担较重,特别是重型汽车由于转向阻力较大,单纯靠驾驶员的转向力很难实现转向,这就大大限制了其使用范围。但因结构简单、工作可靠、造价低廉,目前在一部分转向操纵力不大、对操控性能要求不高的微型轿车、农用车上仍有使用。
汽车电动助力转向系统（EPS）硬件设计
050607337 张强 指导教师：何琳琳 副教授
第1章 概述
1.1EPS系统简介
EPS故障诊断及功能安全
EPS系统典型及先进控制功能介绍
EPS系统功能安全及故障诊断技术介绍
面向智能驾驶的EPS功能安全及故障容错关键技术介绍
EPS系统功能安全要求是：ISO 26262 ASIL D 软件代码量：据统计，故障诊断及安全 / 整体EPS软件 > 70% 上电诊断+轮巡诊断+下电诊断，诊断覆盖须全方位多角度 基于不同故障等级的limp-home策略及故障报警灯点亮策略 双MCU相互故障监控及共同控制电机驱动桥的开启/断开 核心控制算法冗余备份及相互校验的“防火墙”安全策略 故障保护：为控制行车轨迹偏移量，故障容错时间（FTTI）<25毫秒 故障追溯：预设定及存储故障冻结帧以分析间歇性故障（类似黑匣子作用）
5：管柱支架 6：管柱壳体 7：碰撞吸能元件 8：碰撞溃缩管 9：手柄调节元件 10：钥匙锁
传感器 传感器 软件 软件
电机及蜗轮 蜗杆
整体架构
底盘电动助力转向系统（EPS）基础介绍
EPS系统实车扫频及控制仿真模型参数辨识介绍
EPS系统典型及先进控制功能介绍
EPS系统功能安全及故障诊断技术介绍
故障注入测试, 模拟故障，以验证以下方面：
1、能否检测出故障？ 2、故障代码是否正确？ 3、故障保护措施是否恰当？ 4、故障保护FTTI是否满足？ 5、是否有故障报警？ 6、故障管理是否合理和正确? 7、故障再恢复机制是否正确？ 8、其余测试
1、故障代码状态属性的管理 2、故障代码“年龄”的管理 3、故障频率的管理 4、故障计数器的管理 5、故障老化机制的管理 6、故障冻结数据的管理 7、故障快照数据的管理 8、故障征兆数据的管理 9、系统异常事件的管理 10、故障等级的管理
基于功能安全的汽车EPS系统安全冗余研究
基于功能安全的汽车EPS系统安全冗余研究
曹子健;吴长水;陈礼
【期刊名称】《上海工程技术大学学报》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】电动助力转向(electric power steering,EPS)系统是车辆常用的转向执行器,其失效将严重影响驾乘人员的安全。
为提高EPS系统的安全性与可靠性,基于功能安全标准建立EPS系统安全冗余机制:基于ISO26262对EPS系统进行研究,通过相关项定义、危害分析与风险评估(HARA),得到系统的功能安全目标与需求,并对其进行分配;设计EPS系统架构、容错机制,以提高系统的安全性;最后,对所设计的安全冗余机制进行台架试验。
结果表明,在单侧桥驱芯片故障、单侧电机位置传感器故障、双侧电机位置传感器故障等故障注入的情况下,系统能够实现预期响应,满足功能安全目标,验证了所设计安全冗余机制的有效性。
【总页数】7页(P23-29)
【作者】曹子健;吴长水;陈礼
【作者单位】上海工程技术大学机械与汽车工程学院;上海衡鲁汽车科技有限公司【正文语种】中文
【中图分类】U463.4
【相关文献】
1.基于汽车低速碰撞的前保险杠系统安全性能研究
2.基于汽车防追尾碰撞系统安全距离模型的研究
3.借助无传感器FOC控制方式实现电动汽车安全冗余功能
4.基于移动代理的冗余服务系统安全性探讨
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关键词： EPS，功能安全，ISO26262，硬件架构指标，故障树分析
I
ABSTRACT
The Research on the Functional Safety Designing and Analysis of EPS Controller
With the application of Electronic/Electrical/Programmable system(E/E/PES) in vehicles becoming more and more influent, the function of vehicle are very rich and the traffic and recalling of vehicles as the failure of electronic system is also increasing too. Although EPS system brings the driving comfort to the drivers, at the same time EPS controller is closely related to safety, it is particularly urgent to do research on how to make the controller meet the assistance performance and the functional safety requirements simultaneously. Since the promulgation of road functional safety standard ISO26262 in 2011, it makes some norms of product development security process life cycle of automotive electrical and electronic, at the same time the fifth part of the standard guides the process of hardware development and evaluation. In this paper, the safety life cycle and automobile safety integrity level is introduced, and the ASIL and safety goal values of the EPS system are confirmed. The hardware structure and the every function module circuits are designed based on the dual core microprocessor of MPC5643L chip. With the ISO26262 standards and IEC62380 data of handbook, through the calculation of the failure data of components, the hardware architecture of parallel redundant circuit of torque sensing is calculated. And an improved strategy with higher hardware architecture value- heterogeneous redundancy circuit, in addition the diagnosis strategy is added into the software strategy to achieve higher hardware architecture. Then with the aid of Isograph fault tree analysis software, the fault tree model of EPS controller is established with "non driver's intention steer" as the top event, in accordance with the sort of acquisition, decision-making, implementation until to the electronic components in the circuit. Through the quantitative calculation of FTA, Probabilistic Metric for Random Hardware Failures value is got to compare and evaluate with the safety goal value.
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摘
要
EPS 控制器硬件功能安全性设计与分析研究
电子/电气/可编程电子系统(E/E/PES)在汽车安全中的应用越来越广泛， 其在丰富汽 车功能的同时，因为汽车电子故障而造成的交通安全和召回车辆也在逐渐增加。EPS 系统给驾驶员带来了驾驶舒适性的同时，控制器作为与转向安全紧密相关部分，如何 使控制器硬件在实现助力功能的前提下还能达到功能安全性要求并证明控制器设计满 足功能安全性要求的研究尤为迫切。 道路功能安全标准 ISO26262 于 2011 年颁布以来， 对于汽车电子电气的功能安全相关产品开发过程的安全生命周期进行了规范，其第五 部分为硬件设计开发和分析评估做了大量指导。 首先本文研究了 ISO26262 标准中对于汽车安全生命周期和安全完整性等级的要 求，确认了 EPS 控制器功能安全完整性等级和安全目标值。并基于锁步技术的双核微 处理器 MPC5643L 为主芯片 EPS 控制器的硬件电路架构设计， 对控制器的采集、 控制、 驱动、通信功能模块电路进行了电路设计。在软件方面设计了基于永磁同步电机力矩 控制的曲线型助力策略。 然后以 ISO26262 标准和 IEC62380 数据手册为基础，通过计算元器件的失效率和 失效模式分布律，对扭矩传感平行冗余电路结构的硬件架构指标计算，给出了一种符 合更高功能安全的电路改进设计策略——异构冗余方法，并在软件策略中加入诊断策 略，通过诊断覆盖率的提高取得了更高的硬件架构安全等级。然后借助 Isograph 故障 树分析软件，对 EPS 控制器以“非驾驶员意向转向”为顶事件进行了故障树建模，按照 采集、 决策、 执行对控制器产生的故障分析， 一直到控制器电路中的电子元器件为止。 结合计算得到的元器件失效数据对故障树定量计算，得到 EPS 控制器的随机硬件失效 率。通过以上分析得到了一种硬件功能安全的评价和计算方法。 最后从功能安全测试的需求建立了原地转向测试试验台和上位机监控软件，对 EPS 控制器进行冗余信号和基本功能测试，通过开发故障注入板对扭矩传感器信号进 行故障注入测试，来验证 EPS 控制器的安全机制符合功能安全需求。
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ｏ ｆ Ｅ Ｐ Ｓ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒｏ
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作 者 姓 名
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杨巧亮 辆Ｔ 程
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领域
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方向
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：
指 诗 教 师 类 别 答 辩
ｎ
：
张 述 伟 副 教授
．
：
１
：
巧硕
．
１：
期
：
年 Ｉ月
巧１
未 未 经本 论文 作 者 的 书 面 授 权
分 类 号：U463.44 研究生学号：2013424059
单位代码：10183 密 级：公开
吉 林 大 学 硕士学位论文
（专业学位）
EPS 控制器硬件功能安全性设计与分析研究
The Research on the Functional Safety Designing and Analysis of EPS Controller
IV
目
录
第 1 章 绪论 ...................................................................................................... 1 1.1 研究背景和意义 ..................................................................................... 1 1.2 电动助力转向系统概述 ......................................................................... 2 1.2.1 EPS 系统的结构 ............................................................................... 2 1.2.2 EPS 系统优点 ................................................................................... 3 1.2.3 EPS 系统的发展现状 ....................................................................... 4 1.3 功能安全国内外研究现状 ..................................................................... 6 1.3.1 国外研究现状 ................................................................................... 6 1.3.2 国内研究现状 ................................................................................... 8 1.4 本文主要的研究内容 ............................................................................. 9 第 2 章 面向功能安全的 EPS 控制器硬件架构设计................................... 11 2.1 功能安全概念 ....................................................................................... 11 2.2 ISO26262 标准介绍 .............................................................................. 13 2.2.1 汽车安全生命周期 ......................................................................... 13 2.2.2 汽车安全完整性等级 ..................................................................... 14 2.3 硬件设计功能安全目标值 ................................................................... 16 2.4 EPS 控制器功能安全目标确认 ........................................................... 17 2.5 EPS 控制器硬件系统结构设计 ........................................................... 19 2.5.1 ECU 可靠性架构的选择 ................................................................ 19 2.5.2 EPS 控制器硬件架构设计 ............................................................. 21 2.6 本章小结 ............................................................................................... 22 第 3 章 EPS 控制器设计 ................................................................................ 25 3.1 EPS 控制器硬件电路设计 ................................................................... 25 3.1.1 供电电路设计 ................................................................................. 25 3.1.2 MCU 最小系统电路设计............................................................... 26 3.1.3 预驱电路设计 ................................................................................. 27 3.1.4 三相桥电路设计 ............................................................................. 28