本文關鍵詞：EPS控制器硬件功能安全性設計與分析研究

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【摘要】：電子/電氣/可編程電子系統(E/E/PES)在汽車安全中的應用越來越廣泛,其在豐富汽車功能的同時,因為汽車電子故障而造成的交通安全和召回車輛也在逐漸增加。EPS系統給駕駛員帶來了駕駛舒適性的同時,控制器作為與轉向安全緊密相關部分,如何使控制器硬件在實現助力功能的前提下還能達到功能安全性要求并證明控制器設計滿足功能安全性要求的研究尤為迫切。道路功能安全標準ISO26262于2011年頒布以來,對于汽車電子電氣的功能安全相關產品開發(fā)過程的安全生命周期進行了規(guī)范,其第五部分為硬件設計開發(fā)和分析評估做了大量指導。首先本文研究了ISO26262標準中對于汽車安全生命周期和安全完整性等級的要求,確認了EPS控制器功能安全完整性等級和安全目標值。并基于鎖步技術的雙核微處理器MPC5643L為主芯片EPS控制器的硬件電路架構設計,對控制器的采集、控制、驅動、通信功能模塊電路進行了電路設計。在軟件方面設計了基于永磁同步電機力矩控制的曲線型助力策略。然后以ISO26262標準和IEC62380數據手冊為基礎,通過計算元器件的失效率和失效模式分布律,對扭矩傳感平行冗余電路結構的硬件架構指標計算,給出了一種符合更高功能安全的電路改進設計策略——異構冗余方法,并在軟件策略中加入診斷策略,通過診斷覆蓋率的提高取得了更高的硬件架構安全等級。然后借助Isograph故障樹分析軟件,對EPS控制器以“非駕駛員意向轉向”為頂事件進行了故障樹建模,按照采集、決策、執(zhí)行對控制器產生的故障分析,一直到控制器電路中的電子元器件為止。結合計算得到的元器件失效數據對故障樹定量計算,得到EPS控制器的隨機硬件失效率。通過以上分析得到了一種硬件功能安全的評價和計算方法。最后從功能安全測試的需求建立了原地轉向測試試驗臺和上位機監(jiān)控軟件,對EPS控制器進行冗余信號和基本功能測試,通過開發(fā)故障注入板對扭矩傳感器信號進行故障注入測試,來驗證EPS控制器的安全機制符合功能安全需求。
【關鍵詞】：EPS 功能安全 ISO26262 硬件架構指標 故障樹分析
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 電動助力轉向系統概述11-15
• 1.2.1 EPS系統的結構11-12
• 1.2.2 EPS系統優(yōu)點12-13
• 1.2.3 EPS系統的發(fā)展現狀13-15
• 1.3 功能安全國內外研究現狀15-18
• 1.3.1 國外研究現狀15-17
• 1.3.2 國內研究現狀17-18
• 1.4 本文主要的研究內容18-20
• 第2章 面向功能安全的EPS控制器硬件架構設計20-34
• 2.1 功能安全概念20-22
• 2.2 ISO26262標準介紹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23-25
• 2.3 硬件設計功能安全目標值25-26
• 2.4 EPS控制器功能安全目標確認26-28
• 2.5 EPS控制器硬件系統結構設計28-31
• 2.5.1 ECU可靠性架構的選擇28-30
• 2.5.2 EPS控制器硬件架構設計30-31
• 2.6 本章小結31-34
• 第3章 EPS控制器設計34-46
• 3.1 EPS控制器硬件電路設計34-39
• 3.1.1 供電電路設計34-35
• 3.1.2 MCU最小系統電路設計35-36
• 3.1.3 預驅電路設計36-37
• 3.1.4 三相橋電路設計37
• 3.1.5 信號采集電路設計37-38
• 3.1.6 CAN通信模塊電路設計38-39
• 3.2 EPS控制器電路板布置39-40
• 3.3 EPS控制器軟件設計40-44
• 3.3.1 EPS控制軟件架構和要求40-41
• 3.3.2 EPS基本助力策略41-42
• 3.3.3 永磁同步電機的控制方法42-43
• 3.3.4 控制程序設計43-44
• 3.4 EPS控制器實物44-45
• 3.5 本章小結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 三相橋電路失效實驗46-48
• 4.1.2 EPS控制器FMEA分析結果48-49
• 4.2 控制器硬件架構指標分析49-58
• 4.2.1 硬件架構指標分析計算方法50-53
• 4.2.2 平行冗余硬件架指標計算53-56
• 4.2.3 異構冗余硬件架構指標計算56-58
• 4.3 基于FTA的隨機硬件失效指標分析58-69
• 4.3.1 故障樹分析（FTA）技術58-59
• 4.3.2 故障樹分析軟件Isograph59-60
• 4.3.3 故障樹建模和分析方法60-64
• 4.3.4 EPS控制器故障樹分析64-69
• 4.4 本章小結69-70
• 第5章 EPS控制器硬件功能安全性測試研究70-82
• 5.1 EPS轉向試驗臺設計70-73
• 5.1.1 試驗臺機械部分設計71-72
• 5.1.2 試驗臺上位機軟件設計72-73
• 5.2 控制器功能性測試73-76
• 5.2.1 扭矩傳感器信號測試73-74
• 5.2.2 助力特性測試74-75
• 5.2.3 CAN通信測試75-76
• 5.3 EPS控制器功能安全測試76-80
• 5.3.1 原地轉向實驗76
• 5.3.2 功能安全驗證76-80
• 5.4 本章小結80-82
• 第6章 總結及展望82-84
• 6.1 總結82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻84-90
• 附錄90-94
• 致謝94

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本文編號：555203