電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS)，特別是涉及一種電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān) 控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過電機為汽車的轉(zhuǎn)向提供助力，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要采用 電控制單元（ECU)用于進行信號處理并控制電機的工作。電控制單元的控制芯片（MCU)的 程序流工作是否正常需要采用電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)控，如圖1所示，是現(xiàn)有 電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，包括：主控制芯片101和輔控制芯片102,主控制芯片 101包括第一 SPI通訊模塊103,輔控制芯片102包括第二SPI通訊模塊104,由所述第一 SPI通訊模塊103和所述第二SPI通訊模塊104組成SPI通訊系統(tǒng)，所述第一 SPI通訊模塊 103作為主結(jié)點、所述第二SPI通訊模塊104作為從結(jié)點，所述第一 SPI通訊模塊103和所 述第二SPI通訊模塊104之間通過四根信號線完成數(shù)據(jù)傳輸，四根信號線分別為片選信號 線、主發(fā)從收線、主收從發(fā)線、時鐘信號線；所述時鐘信號線用于向所述第二SPI通訊模塊 104傳輸SPI時鐘信號，所述SPI時鐘信號由所述系統(tǒng)頻率分頻產(chǎn)生；所述片選信號線用于 向所述第二SPI通訊模塊104傳輸SPI片選信號。
[0003] 主控制芯片101中包括時鐘控制模塊105,時鐘控制模塊105將時鐘源變換產(chǎn)生 系統(tǒng)頻率，時鐘源包括外部晶體振蕩器106a、基于壓控振蕩器（VCO)或鎖相環(huán)（PLL)的振 蕩器即VC0/PLL振蕩器106b和RC振蕩器106c，其中外部晶體振蕩器106a會輸出晶振信 號或PffM信號。系統(tǒng)頻率經(jīng)過分頻器107后產(chǎn)生分頻信號提供給第一 SPI通訊模塊，其中 SPI時鐘信號即是由系統(tǒng)頻率的分頻形成。
[0004] 現(xiàn)有電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控機制包括：
[0005] 主控制芯片101通過SPI通訊系統(tǒng)以固定時序向輔控制芯片102發(fā)送握手指令， 同時輔控制芯片102通過SPI通訊系統(tǒng)向主控制芯片101按固定時序響應握手指令，握手 指令和響應時序是否正常分別作為判斷主輔控制芯片程序流工作是否正常的依據(jù)。
[0006] 這種工作機制雖可以診斷出主控制芯片101工作邏輯是否正常，卻無法診斷出主 控制芯片101的CPU工作頻率的異?！，F(xiàn)有電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)中，主MCU即主控 制芯片101作為主要控制邏輯的輸出端，其CPU工作時鐘頻率被稱為系統(tǒng)頻率，系統(tǒng)頻率是 電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)中最重要的頻率。系統(tǒng)頻率的時鐘源一般為外部晶體振蕩器 106a，但也不排除在外部晶體振蕩器106a失效時啟用的VC0/PLL高頻振蕩器106b、MCU內(nèi) 部RC緊急振蕩器106c和外部脈沖信號，這些振蕩器或脈沖信號在被正確配置為時鐘源后 工作正常且倍頻器或鎖相環(huán)配置正確后工作正常時，都可以支持主MCUlOl完成正常的控 制邏輯或者既定的安全操作，如斷開電機功率輸出電路、操作EEPROM記錄故障信息、切斷 與整車安全相關的數(shù)字通訊網(wǎng)絡等。但如果系統(tǒng)頻率不正確時，不僅這些關鍵的安全操作 無法被正常執(zhí)行，而且EPS的助力輸出控制和整車數(shù)字通訊網(wǎng)絡都會受到影響，進而威脅 整車安全。
[0007] 如圖2是系統(tǒng)頻率的一種異常工況，在同樣的4. 8ms中，已知正常狀態(tài)的CPU工作 時鐘周期數(shù)為9600。異常狀態(tài)的系統(tǒng)頻率是變化的，但CPU工作時鐘周期數(shù)同樣為9600。 由于主輔控制芯片的握手信號的發(fā)送間隔基于對CPU工作時鐘周期的計數(shù)，因此，主控制 芯片101發(fā)送給輔控制芯片102兩個握手信號間隔均為4. 8ms，從而使輔控制芯片102判斷 主控制芯片101的系統(tǒng)頻率完全正常，這顯然是對系統(tǒng)頻率異常的漏判，使EPS系統(tǒng)安全甚 至整車安全存在隱患。
[0008] 當今的主控制芯片101的系統(tǒng)頻率多已超過50MHz，由于輔控制芯片102的中斷 響應速度和負載率的限制，不可能直接對主控制芯片101的系統(tǒng)頻率信號進行監(jiān)控。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)，能實現(xiàn)低負 載率診斷主控制芯片的系統(tǒng)頻率，消除因主控制芯片系統(tǒng)頻率異常對整車安全帶來的風 險。
[0010] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)設置在電動助力 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的電控制單元中并用于對主控制芯片的系統(tǒng)頻率進行監(jiān)控；電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的 電控制單元用于進行信號處理并控制電機的工作，所述電控制單元包括主控制芯片和輔控 制芯片；所述電動助力轉(zhuǎn)向安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括：
[0011] 所述主控制芯片包括時鐘控制模塊和第一 SPI通訊模塊，所述時鐘控制模塊產(chǎn)生 系統(tǒng)頻率。
[0012] 輔控制芯片包括第二SPI通訊模塊，由所述第一 SPI通訊模塊和所述第二SPI通 訊模塊組成SPI通訊系統(tǒng)，所述第一 SPI通訊模塊作為主結(jié)點、所述第二SPI通訊模塊作為 從結(jié)點，所述第一 SPI通訊模塊和所述第二SPI通訊模塊之間通過四根信號線完成數(shù)據(jù)傳 輸，四根信號線分別為片選信號線、主發(fā)從收線、主收從發(fā)線、時鐘信號線；所述時鐘信號線 用于向所述第二SPI通訊模塊傳輸SPI時鐘信號，所述SPI時鐘信號由所述系統(tǒng)頻率分頻 產(chǎn)生；所述片選信號線用于向所述第二SPI通訊模塊傳輸SPI片選信號，所述SPI片選信號 的拉低時間寬度由所述SPI時鐘信號周期和SPI數(shù)據(jù)寬度確定。
[0013] 在所述輔控制芯片上設置有邊沿捕獲引腳，該邊沿捕獲引腳連接所述SPI片選信 號線，所述邊沿捕獲引腳用于捕獲所述SPI片選信號線的上升沿或下降沿并分別采集上升 沿和下降沿所對應的時刻值，所述輔控制芯片通過所采集的上升沿和下降沿所對應的時刻 值計算出對應的所述SPI片選信號的拉低時間寬度。
[0014] 當所述系統(tǒng)頻率為正常值時，所述SPI時鐘信號周期和所述SPI片選信號的拉低 時間寬度都為正常值；當所述系統(tǒng)頻率偏離正常值時，所述SPI時鐘信號周期偏離正常值 并使所述SPI片選信號的拉低時間寬度偏離正常值；所述輔控制芯片通過對所計算出的所 述SPI片選信號的拉低時間寬度和其正常值進行比較來診斷所述系統(tǒng)頻率是否正常。
[0015] 所述輔控制芯片還通過一個IO控制端口和主繼電器連接、通過另一個IO控制端 口和數(shù)字通訊驅(qū)動器連接，所述輔控制芯片檢測到所述系統(tǒng)頻率異常時，所述輔控制芯片 輸出信號分別將所述主繼電器關斷、將所述數(shù)字通訊驅(qū)動器關閉，所述主繼電器關斷時所 述電機的相線的電流的切斷，所述數(shù)字通訊驅(qū)動器關閉時所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和整車數(shù) 字通訊網(wǎng)絡硬件連接切斷。
[0016] 進一步的改進是，所述輔控制芯片中包括采用邊沿觸發(fā)中斷采集所述SPI片選信 號的拉低時間寬度的模塊，該采集模塊的采集流程包括：
[0017] 步驟一、采用中斷處理步驟標志來表示有未采集到下降沿時刻值，令未采集到下 降沿時刻值時所述中斷處理步驟標志為〇,采集到下降沿時刻值時所述中斷處理步驟標志 為1 ;進入中斷后首先判斷所述SPI片選信號電平狀態(tài)，如果電平為低、且所述中斷處理步 驟標志為0,則將本次采集的下降沿的時刻值保存入第一時間變量并將所述中斷處理步驟 標志置1，清除中斷標志后退出中斷；否則進入后續(xù)步驟二。
[0018] 步驟二、如果所述SPI片選信號電平狀態(tài)為高且所述中斷處理步驟標志置1，則采 集到上升沿，將本次采集的上邊沿的時刻值減去所述第一時間變量的時刻值得到所述SPI 片選信號的拉低時間寬度，并將所述中斷處理步驟標志清0,清除中斷標志，進入后續(xù)步驟 三；否則清除中斷標志后退出中斷。
[0019] 步驟三、判斷所述SPI片選信號的拉低時間寬度是否處于正常值范圍，如果是，將 錯誤計數(shù)器清0,退出中斷；否則將所述錯誤計數(shù)器加1，進入后續(xù)步驟四。
[0020] 步驟四、判斷錯誤計數(shù)器的值是否大于最大允許錯誤次數(shù)值，如果是，則判定系統(tǒng) 頻率已經(jīng)發(fā)生故障，關斷所述主繼電器、關閉所述數(shù)字通訊驅(qū)動器，退出中斷；否則，直接退 出中斷。
[0021] 進一步的改進是，所述SPI片選信號的拉低時間寬度正常值范圍為所述SPI片選 信號的拉低時間寬度理論值的正負10%的范圍內(nèi)。
[0022] 進一步的改進是，所述SPI片選信號的拉低時間寬度理論值由給定的所述系統(tǒng)頻 率計算出來的，具體為：由給定的所述系統(tǒng)頻率分頻后得到對應頻率的所述SPI時鐘信號， 由所述SPI時鐘信號周期和所述SPI數(shù)據(jù)寬度得到傳輸一個所述SPI數(shù)據(jù)寬度的數(shù)據(jù)所需 的第一時間寬度，在所述SPI片選信號拉低時間寬度寄存器中配置片選前寬和片選后寬， 由所述第一時間寬度、所述片選前寬和所述片選后寬的和組成所述SPI片選信號的拉低時 間寬度理論值。
[0023] 進一步的改進是，所述SPI通訊系統(tǒng)的波特率為1Mbps，所述SPI數(shù)據(jù)寬度為 16bit，所述SPI片選信號的拉低時間寬度偏離正常值范圍為17微秒正負10%。
[0024] 進一步的改進是，所述系統(tǒng)頻率由時鐘源經(jīng)過時鐘控制模塊產(chǎn)生，所述時鐘