本文關(guān)鍵詞：EPS控制器硬件功能安全性設(shè)計(jì)與分析研究

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【摘要】：電子/電氣/可編程電子系統(tǒng)(E/E/PES)在汽車安全中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,其在豐富汽車功能的同時(shí),因?yàn)槠囯娮庸收隙斐傻慕煌ò踩驼倩剀囕v也在逐漸增加。EPS系統(tǒng)給駕駛員帶來(lái)了駕駛舒適性的同時(shí),控制器作為與轉(zhuǎn)向安全緊密相關(guān)部分,如何使控制器硬件在實(shí)現(xiàn)助力功能的前提下還能達(dá)到功能安全性要求并證明控制器設(shè)計(jì)滿足功能安全性要求的研究尤為迫切。道路功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262于2011年頒布以來(lái),對(duì)于汽車電子電氣的功能安全相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的安全生命周期進(jìn)行了規(guī)范,其第五部分為硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和分析評(píng)估做了大量指導(dǎo)。首先本文研究了ISO26262標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于汽車安全生命周期和安全完整性等級(jí)的要求,確認(rèn)了EPS控制器功能安全完整性等級(jí)和安全目標(biāo)值。并基于鎖步技術(shù)的雙核微處理器MPC5643L為主芯片EPS控制器的硬件電路架構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)控制器的采集、控制、驅(qū)動(dòng)、通信功能模塊電路進(jìn)行了電路設(shè)計(jì)。在軟件方面設(shè)計(jì)了基于永磁同步電機(jī)力矩控制的曲線型助力策略。然后以ISO26262標(biāo)準(zhǔn)和IEC62380數(shù)據(jù)手冊(cè)為基礎(chǔ),通過(guò)計(jì)算元器件的失效率和失效模式分布律,對(duì)扭矩傳感平行冗余電路結(jié)構(gòu)的硬件架構(gòu)指標(biāo)計(jì)算,給出了一種符合更高功能安全的電路改進(jìn)設(shè)計(jì)策略——異構(gòu)冗余方法,并在軟件策略中加入診斷策略,通過(guò)診斷覆蓋率的提高取得了更高的硬件架構(gòu)安全等級(jí)。然后借助Isograph故障樹(shù)分析軟件,對(duì)EPS控制器以“非駕駛員意向轉(zhuǎn)向”為頂事件進(jìn)行了故障樹(shù)建模,按照采集、決策、執(zhí)行對(duì)控制器產(chǎn)生的故障分析,一直到控制器電路中的電子元器件為止。結(jié)合計(jì)算得到的元器件失效數(shù)據(jù)對(duì)故障樹(shù)定量計(jì)算,得到EPS控制器的隨機(jī)硬件失效率。通過(guò)以上分析得到了一種硬件功能安全的評(píng)價(jià)和計(jì)算方法。最后從功能安全測(cè)試的需求建立了原地轉(zhuǎn)向測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)和上位機(jī)監(jiān)控軟件,對(duì)EPS控制器進(jìn)行冗余信號(hào)和基本功能測(cè)試,通過(guò)開(kāi)發(fā)故障注入板對(duì)扭矩傳感器信號(hào)進(jìn)行故障注入測(cè)試,來(lái)驗(yàn)證EPS控制器的安全機(jī)制符合功能安全需求。
【關(guān)鍵詞】：EPS 功能安全 ISO26262 硬件架構(gòu)指標(biāo) 故障樹(shù)分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)概述11-15
• 1.2.1 EPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)11-12
• 1.2.2 EPS系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)12-13
• 1.2.3 EPS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 功能安全國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要的研究?jī)?nèi)容18-20
• 第2章 面向功能安全的EPS控制器硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)20-34
• 2.1 功能安全概念20-22
• 2.2 ISO26262標(biāo)準(zhǔn)介紹22-25
• 2.2.1 汽車安全生命周期22-23
• 2.2.2 汽車安全完整性等級(jí)23-25
• 2.3 硬件設(shè)計(jì)功能安全目標(biāo)值25-26
• 2.4 EPS控制器功能安全目標(biāo)確認(rèn)26-28
• 2.5 EPS控制器硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-31
• 2.5.1 ECU可靠性架構(gòu)的選擇28-30
• 2.5.2 EPS控制器硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-34
• 第3章 EPS控制器設(shè)計(jì)34-46
• 3.1 EPS控制器硬件電路設(shè)計(jì)34-39
• 3.1.1 供電電路設(shè)計(jì)34-35
• 3.1.2 MCU最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)35-36
• 3.1.3 預(yù)驅(qū)電路設(shè)計(jì)36-37
• 3.1.4 三相橋電路設(shè)計(jì)37
• 3.1.5 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)37-38
• 3.1.6 CAN通信模塊電路設(shè)計(jì)38-39
• 3.2 EPS控制器電路板布置39-40
• 3.3 EPS控制器軟件設(shè)計(jì)40-44
• 3.3.1 EPS控制軟件架構(gòu)和要求40-41
• 3.3.2 EPS基本助力策略41-42
• 3.3.3 永磁同步電機(jī)的控制方法42-43
• 3.3.4 控制程序設(shè)計(jì)43-44
• 3.4 EPS控制器實(shí)物44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 EPS控制器硬件功能安全性分析46-70
• 4.1 FEMA分析46-49
• 4.1.1 三相橋電路失效實(shí)驗(yàn)46-48
• 4.1.2 EPS控制器FMEA分析結(jié)果48-49
• 4.2 控制器硬件架構(gòu)指標(biāo)分析49-58
• 4.2.1 硬件架構(gòu)指標(biāo)分析計(jì)算方法50-53
• 4.2.2 平行冗余硬件架指標(biāo)計(jì)算53-56
• 4.2.3 異構(gòu)冗余硬件架構(gòu)指標(biāo)計(jì)算56-58
• 4.3 基于FTA的隨機(jī)硬件失效指標(biāo)分析58-69
• 4.3.1 故障樹(shù)分析（FTA）技術(shù)58-59
• 4.3.2 故障樹(shù)分析軟件Isograph59-60
• 4.3.3 故障樹(shù)建模和分析方法60-64
• 4.3.4 EPS控制器故障樹(shù)分析64-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 EPS控制器硬件功能安全性測(cè)試研究70-82
• 5.1 EPS轉(zhuǎn)向試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)70-73
• 5.1.1 試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械部分設(shè)計(jì)71-72
• 5.1.2 試驗(yàn)臺(tái)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)72-73
• 5.2 控制器功能性測(cè)試73-76
• 5.2.1 扭矩傳感器信號(hào)測(cè)試73-74
• 5.2.2 助力特性測(cè)試74-75
• 5.2.3 CAN通信測(cè)試75-76
• 5.3 EPS控制器功能安全測(cè)試76-80
• 5.3.1 原地轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)76
• 5.3.2 功能安全驗(yàn)證76-80
• 5.4 本章小結(jié)80-82
• 第6章 總結(jié)及展望82-84
• 6.1 總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 附錄90-94
• 致謝94

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本文編號(hào)：555203