一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，包括雙芯片分工技術(shù)，在熱備份法的基礎(chǔ)上，給兩塊芯片分配了不同的工作任務(wù)。一塊芯片負責數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理，另一塊芯片負責數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送，在減輕芯片工作負擔的基礎(chǔ)上，大大提高了資源的利用效率。本發(fā)明所述系統(tǒng)的自檢錯功能設(shè)計，包括外部信息收發(fā)檢錯以及內(nèi)部自身檢錯，包括CAN總線檢測、CAN模塊檢測、A/D模塊檢測、IIC總線檢測、RAM檢測、溫度檢測、數(shù)據(jù)檢測，共七個檢錯功能。一旦某一塊芯片報錯，另一塊芯片立即接過控制權(quán)，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常工作狀態(tài)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】
一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及汽車線控轉(zhuǎn)向領(lǐng)域，尤其涉及一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯 控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是一種全新的轉(zhuǎn)向方式，它克服了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于機械連接 帶來的各種限制。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如機械轉(zhuǎn)向液壓助力轉(zhuǎn)向，電液助力轉(zhuǎn)向，電動助力轉(zhuǎn)向 等，其中方向盤和轉(zhuǎn)向車輪間都是機械連接，而線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間無機械 連接，通過傳遞電信號以達到控制的目的。這樣，不僅降低了車禍駕駛員受傷的概率、提高 了安全性，而且由于無機械連接，轉(zhuǎn)向通過電信號來進行控制，這意味著角傳動比和力傳動 比的可調(diào)，從而讓駕駛員根據(jù)自己的駕駛習(xí)慣和喜好來設(shè)置汽車轉(zhuǎn)向的靈敏度和力度，達 到實現(xiàn)人性化駕駛的目的。下面將從安全性、舒適性、能源節(jié)約性等方面論述線控轉(zhuǎn)向的特 點。
[0003] 安全性：汽車安全分為主動安全和被動安全。第一，先從更為普遍的被動安全說 起。汽車線控轉(zhuǎn)向最顯著的特點就是取消了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向機構(gòu)中方向盤和轉(zhuǎn)向機構(gòu)之間的機械 連接，這樣做使轉(zhuǎn)向機構(gòu)和方向盤的相對位置不再受約束，汽車內(nèi)部可以空出一部分空間， 提高了空間的利用率，同時也意味著不會存在汽車前部放生碰撞時，由于中間的機械連接 而導(dǎo)致方向盤被頂出而對駕駛員造成傷害的風(fēng)險，相比于傳統(tǒng)的潰縮式轉(zhuǎn)向柱設(shè)計更為安 全。第二，主動安全特性。由于線控轉(zhuǎn)向中轉(zhuǎn)向機構(gòu)接受程序命令來進行操控，這意味著當 發(fā)生一些特殊情況時，汽車電腦可以輔助駕駛員對汽車進行操控，從而規(guī)避危險。比如，和 現(xiàn)有的自適應(yīng)巡航技術(shù)相結(jié)合，如檢測到前方有障礙物，電腦可以控制器車一邊剎車一邊 轉(zhuǎn)向來躲避障礙物。以及輔助駕駛員直線行駛時不偏離，誤操作等。由此可見，線控轉(zhuǎn)向在 汽車安全方面有著很廣闊的前景。
[0004] 舒適性：由于線控轉(zhuǎn)向中汽車轉(zhuǎn)向是通過程序控制的，沒有機械連接，這意味著轉(zhuǎn) 向角傳動比和力傳動比的可變性?？梢酝ㄟ^改變角傳動比和力傳動比來獲得不同的轉(zhuǎn)向靈 敏性和轉(zhuǎn)向力度，這使轉(zhuǎn)向特性不再固定，駕駛員可以根據(jù)自己的喜好來調(diào)節(jié)，更加人性 化。并且，由于方向盤和轉(zhuǎn)向機構(gòu)中間不存在機械連接，重量也同時減輕了大約5kg。從而使 地面一些不規(guī)則的細小震動可以被隔離，從而達到駕駛更加舒適的效果。
[0005] 能源節(jié)約性:相比傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向和電動液壓助力轉(zhuǎn)向，線控轉(zhuǎn)向有著顯著 的節(jié)能特性。傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向是通過發(fā)動機為液壓栗提供動力，再通過液壓回路為方向 盤提供轉(zhuǎn)向助力，并且無論是否有轉(zhuǎn)向動作，液壓栗必須一直工作。這不僅提高了燃料的消 耗，增加了能量的損耗，而且液壓回路占空間，管路復(fù)雜，存在著漏油、滲油的毛病，檢修起 來復(fù)雜不便。同樣，電動液壓助力僅是用電動機取代發(fā)動機提供液壓栗動力，也存在著上述 的問題。而線控轉(zhuǎn)向克服了液壓助力的缺點，轉(zhuǎn)向通過電機控制，結(jié)構(gòu)較簡單，并且只在轉(zhuǎn) 向的時候電機工作，節(jié)約了資源，減少了能源的損耗。
[0006] 奇瑞汽車股份有限公司李娟娟等人公開了一種具有冗余和容錯結(jié)構(gòu)的汽車線控 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法。該系統(tǒng)包括主控芯片、強電電路、檢測模塊、處理模塊以及執(zhí)行電 機，以及備用芯片及備用強電電路。該汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還包括備用傳感器電路，傳感器電 路通過備份連接與汽車的多個傳感器直接連接。該發(fā)明結(jié)合了具體的硬件冗余和軟件冗余 設(shè)計，確保了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計的完整性，并結(jié)合整車車載CAN通訊給出故障處理通訊和報 警方式，保證系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障即可進行維修處理。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)對提高線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全可靠性的研究，主要集中在硬件的冗余備份 上。即所有的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的備用設(shè)備，一旦某一硬件設(shè)備出現(xiàn)故障，備用設(shè)備立即接 替原設(shè)備進行工作，以提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。但是這種傳統(tǒng)的熱備份容錯控制 方法，閑置了大量資源，大大降低了系統(tǒng)的工作效率。
[0008] 因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制 系統(tǒng)，提高線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時具有足夠的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何提高線控轉(zhuǎn)向系 統(tǒng)的安全性和可靠性，同時具有足夠的穩(wěn)定性，即當轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制器能夠及時 發(fā)現(xiàn)報錯，并施加相應(yīng)的控制率，以期系統(tǒng)能夠及時恢復(fù)正常工作狀態(tài)。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系 統(tǒng)，包括控制器、下位機、信息收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和系統(tǒng)自檢模塊，所述控制器被配置 為采集所述下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)并且把接收到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給所述下位機;所述控制器 在接收到數(shù)據(jù)后，通過所述數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)據(jù)進行處理，再發(fā)送給下位機完成整個閉環(huán) 控制;所述系統(tǒng)自檢模塊被配置為外部信息收發(fā)檢錯以及內(nèi)部自身檢錯。
[0011] 進一步地，所述數(shù)據(jù)包括角度數(shù)據(jù)、力矩數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)。
[0012] 進一步地，所述檢錯包括CAN總線檢測、CAN模塊檢測、A/D模塊檢測、IIC總線檢測、 RAM檢測、溫度檢測、數(shù)據(jù)檢測。
[0013] 進一步地，所述控制器包括兩個芯片，所述兩個芯片互相監(jiān)視以及無縫切換，且所 述兩個芯片間建立數(shù)據(jù)交換通道。
[0014]進一步地，所述數(shù)據(jù)交換通道采用IIC協(xié)議。
[0015] 進一步地，所述自身數(shù)據(jù)檢錯的方法是用本周期的數(shù)值和上周期的數(shù)值的差的絕 對值減去前六個周期每相鄰兩個周期數(shù)值差的絕對值相加除以5的平均值，將結(jié)果絕對值 話后如果大于設(shè)定值，那么數(shù)據(jù)錯誤計數(shù)一次，當連續(xù)三次出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，則將系統(tǒng)的數(shù)據(jù) 錯誤標志位置位。
[0016] 進一步地，所述RAM檢測方法為設(shè)定一個指針變量和一個局部變量，局部變量賦值 后，使指針變量指向局部變量的地址，然后將指針變量所指向的地址內(nèi)容+1處理，然后判斷 局部變量數(shù)值是否也增加了 1，如果不是，那么就將RAM錯誤標志位置1。
[0017] 本發(fā)明所述雙芯片分工技術(shù)，在熱備份法的基礎(chǔ)上，給兩塊芯片分配了不同的工 作任務(wù)。傳統(tǒng)的熱備份法閑置了一塊芯片資源，而本發(fā)明采用的雙芯片分工技術(shù)，一塊芯片 負責數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理，另一塊芯片負責數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送，在減輕芯片工作負擔的 基礎(chǔ)上，大大提高了資源的利用效率。
[0018] 本發(fā)明所述系統(tǒng)的自檢錯功能設(shè)計，包括外部信息收發(fā)檢錯以及內(nèi)部自身檢錯。 包括CAN總線檢測、CAN模塊檢測、A/D模塊檢測、IIC總線檢測、RAM檢測、溫度檢測、數(shù)據(jù)檢 測，共七個檢錯功能。一旦某一塊芯片報錯，另一塊芯片立即接過控制權(quán)，使系統(tǒng)迅速恢復(fù) 正常工作狀態(tài)，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0019] 以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的系統(tǒng)工作流程圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明的一個較佳實施例的雙芯片冗余設(shè)計原理圖；
[0022]圖3是本發(fā)明的一個較佳實施例的控制器結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖4是本發(fā)明的一個較佳實施例的數(shù)據(jù)檢錯程序流程圖；
[0024]圖5是本發(fā)明的一個較佳實施例的CAN狀態(tài)轉(zhuǎn)換中斷流程圖； 圖6是本發(fā)明的一個較佳實施例的冗余切換操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計過程中，其控制器的設(shè)計需要滿足三個功能，信息收發(fā)功 能，數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)自檢錯功能，其工作流程圖如圖1所示。
[0026]首先，控制器需要采集下位機所發(fā)送的數(shù)據(jù)，如角度數(shù)據(jù)、力矩數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)等。 并且能夠把接收到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送出去，以對線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行控制以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的功 能。
[0027]其次，控制器在接收到數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)進行處理，比如P-EPS跟隨雙向控制法 的力感模擬電機的控制電流和C-EPS跟隨雙向控制法的轉(zhuǎn)向電機的控制電流等都需要經(jīng)過 控制器進行運算再發(fā)送給下位機完成整個閉環(huán)控制。
[0028] 同時，由于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方向盤和車輪之間并不存在機械連接，控制信號是通過 電信號傳遞的，這對于控制器進行控制的穩(wěn)定性提出了較高的要求。尤其對于汽車這樣的 安全性是首先需要考慮的問題之一的產(chǎn)品，需要控制器的穩(wěn)定性很高，以防系統(tǒng)出錯而造 成危險。所以對于控制器來說，需要自身有檢錯功能。一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，能夠迅速處理，讓系統(tǒng) 能夠及時回復(fù)正常工作狀態(tài)，以避免危險的發(fā)生。
[0029] 為了提高線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本發(fā)明進行了雙芯片冗余設(shè)計以及系 統(tǒng)自檢錯功能設(shè)計。
[0030] 本發(fā)明采用了容錯控制技術(shù)，對系統(tǒng)進行了雙芯片冗余設(shè)計。容錯控制技術(shù)一般 分為硬件冗余方法和解析冗余方法。硬件冗余方法是對控制系統(tǒng)中的重要部件和易損部件 進行備份，而解析冗余方法是在軟件層面上進行設(shè)計以提高系統(tǒng)的容錯性能?；谏鲜鰞?種控制方法，本發(fā)明中的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器采用雙芯片冗余方案進行控制，即采用兩個 芯片控制，并且在軟件層面上匹配相應(yīng)的錯誤檢測功能及切換功能。結(jié)合硬件冗余設(shè)計和 解析冗余設(shè)計以提高線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0031] 目前雙芯片冗余控制有多種方式。其中，常用的冗余控制方式包括有第三方參與 冗余技術(shù)、"冷備份"冗余技術(shù)和"熱備份"技術(shù)等。
[0032]其中第三方參與技術(shù)即通過第三方的裝置(如芯片等)對兩個芯片進行檢測。故障 判斷裝置從CPU1和CPU2接受數(shù)據(jù)，通過分析計算，判斷哪個CPU存在故障，如果沒有CPU存在 錯誤，那么默認將CPU1的數(shù)據(jù)輸出，如果任一CPU存在錯誤，那么將另一個CPU的數(shù)據(jù)作為輸 出。但這種方法存在缺點，第一結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又引入一個裝置，成本增加。第二是如果第三方裝 置出了錯誤，那么系統(tǒng)將無法正常運行，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。"冷備份"冗余較為簡單， 即另外準備一個CPU模塊。當工作的CPU出現(xiàn)問題，人工換上即可。但是對于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)而 言，兩個CPU需要實現(xiàn)無縫切換，即另一個CPU能夠立刻替換故障CPU的工作，因此，"冷備份" 技術(shù)是不能滿足條件。
[0033] "熱備份"冗余方式即兩個CPU同時工作，分為主CPU和備CPU，正常情況下，主CPU輸 出數(shù)據(jù)進行控制，同時備CHJ對主CPU監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，備CPU接替主CPU工作。這種方式， 結(jié)構(gòu)較為簡單，且易實現(xiàn)主備CHJ無縫切換。但是，"熱備份"方式依然存在不足之處，在常態(tài) 下，只有主CPU完成控制功能，而備CPU出于待機狀態(tài)，這樣導(dǎo)致存在資源利用不夠充分和效 率不高的問題。
[0034] 基于線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點，對比三種方式之后，"熱備份"法因其結(jié)構(gòu)簡單和能夠 無縫切換的特點最具有可行性。由于資源利用不充分和效率不高的問題，本發(fā)明在"熱備 份"法的基礎(chǔ)上進行改進，使兩個芯片同時工作，其原理圖如圖2所示。
[0035] 當系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)處于"熱備份"基本狀態(tài)，即芯片1為主芯片，芯片2為備用 芯片，芯片2監(jiān)視芯片1。首先，控制器通過CAN總線采集下位機發(fā)送的角度、力矩、狀態(tài)等數(shù) 據(jù)，同時通過A/D數(shù)據(jù)讀入拉力或壓力數(shù)據(jù)，然后，進入同步子程序模塊，根據(jù)所接收到的數(shù) 據(jù)進行數(shù)據(jù)比對，檢測數(shù)據(jù)是否存在錯誤，隨后進入錯誤檢測模塊，針對自身RAM、A/D、CAN、 溫度等進行檢測，最后進行錯誤處理程序。一旦芯片1報錯，則關(guān)閉自身所有控制功能，停止 數(shù)據(jù)同步。備用芯片2接替主CPU控制權(quán)，從而實現(xiàn)CPU之間的無縫切換，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定 性和可靠性。
[0036]為了實現(xiàn)兩個芯片的互相監(jiān)視以及無縫切換，需要在兩個芯片間建立數(shù)據(jù)交換通 道，并且要求數(shù)據(jù)的傳輸具有較快的速率和較高的可靠性。為實現(xiàn)芯片間簡單而高效的數(shù) 據(jù)同步本發(fā)明采用了 lie總線進行芯片間的通訊。IIC總線作為一種串行總線，結(jié)構(gòu)簡單，一 根時鐘線SCL和一根數(shù)據(jù)線SDA便可完成傳輸，并且最高速率可3.4Mbit/s，有著較高的可靠 性，適用于短距離數(shù)據(jù)的傳輸。
[0037] 本發(fā)明的雙芯片冗余控制，強調(diào)了其在冗余控制基礎(chǔ)上的分工控制，提高了芯片 的利用率。即主芯片以及備用芯片在"熱備份"工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，主芯片負責數(shù)據(jù)接收和 數(shù)據(jù)處理，從芯片負責數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。由于兩個芯片都在工作，每塊芯片的負擔相對 減小，資源得以高效利用。
[0038] 為提高線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，不僅要采用冗余控制的方法，控制器自 身也需要有一套錯誤自檢措施來進行，能夠及時發(fā)現(xiàn)自身運行及系統(tǒng)錯誤，在一定程度上 糾正，并且和冗余控制進行配合。
[0039] 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，其中，和下位機進行通訊并發(fā)送控制 信號通過CAN總線完成，數(shù)據(jù)處理芯片選用飛思卡爾的MC9S12XDP512芯片，提高穩(wěn)定性和可 靠性采用雙芯片同時分工控制方法和自身檢錯。485總線模塊和LIN總線模塊用于與上位機 交換數(shù)據(jù)的接口。
[0040] 因而，控制器接收的外部信號有CAN總線信號、A/D信號和IIC信號，因而可能對應(yīng) 產(chǎn)生CAN總線或模塊錯誤、A/D模塊錯誤和IIC同步錯誤?？刂破髯陨矸矫?，控制器即控制芯 片運行時會對RAM進行快速的讀取和存儲，對應(yīng)于RAM錯誤，同時，溫度過高會將芯片燒壞， 這對應(yīng)于溫度錯誤。而數(shù)據(jù)流方面，控制器對于接受到的數(shù)據(jù)會進行計算儲存等處理，這個 過程中產(chǎn)生的錯誤對應(yīng)于數(shù)據(jù)錯誤。綜上所述，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制器的檢錯功能需包含CAN 總線檢測、CAN模塊檢測、A/D模塊檢測、IIC總線檢測、RAM檢測、溫度檢測、數(shù)據(jù)檢測，共七個 檢錯功能。
[0041]在兩個芯片數(shù)據(jù)同步完畢后，每個芯片同時有了另外一個芯片上的和自身的數(shù) 據(jù)，達到了數(shù)據(jù)同步的目的。其中，從相同數(shù)據(jù)源采集的數(shù)據(jù)每個芯片夠有兩組，包括從CAN 總線采集的下位機數(shù)據(jù)和從A/D模塊采集的數(shù)據(jù)。
[0042]為保證不給CPU帶來太大的工作負擔、確保系統(tǒng)的控制效率和提高系統(tǒng)的跟隨性， 在對于數(shù)據(jù)故障的檢測方面，不采用多數(shù)據(jù)采集通道進行比對的方法，這里選用基于解析 冗余的雙CPU故障檢測法。
[0043] 該方法首先計算兩組數(shù)據(jù)的差值的絕對值，如果大于設(shè)定值，那么進行自身數(shù)據(jù) 的檢測，方法是用本周期的數(shù)值和上周期的數(shù)值的差的絕對值減去前六個周期每相鄰兩個 周期數(shù)值差的絕對值相加除以5的平均值，將結(jié)果絕對值話后如果大于設(shè)定值，那么數(shù)據(jù)錯 誤計數(shù)一次，當連續(xù)三次出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，則將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錯誤標志位置位。以芯片1為例子， 程序流程圖4所示。
[0044] CPU直接尋址，立即數(shù)和寄存器類型變量、局部變量等都是儲存在RAM中，并在程序 運行時快速的讀取和寫入。因此，RAM如果出現(xiàn)錯誤，那么對于單片機程序的運行會產(chǎn)生難 以預(yù)料的結(jié)果，為避免這種情況，需在主程序每次循環(huán)時都進行一次RAM檢測。RAM檢測方法 為:首先，設(shè)定一個指針變量和一個局部變量，局部變量賦值后，使指針變量指向局部變量 的地址，然后將指針變量所指向的地址內(nèi)容+1處理，然后判斷局部變量數(shù)值是否也增加了 1，如果不是，那么就將RAM錯誤標志位置1。
[0045] 為了防止工作環(huán)境或電路短路等原因?qū)е滦酒瑴囟冗^高而將芯片燒壞并同時保 護其他元件，需采取溫度保護措施。如上文硬件電路中介紹，選取18B20作為溫度檢測原件， 考慮到芯片MC9S12XDP512MAL工作溫度為-40和18B20的-55的測溫范圍，我們將溫度上限值 設(shè)定在80,主程序運行的每個循環(huán)進行溫度檢測，利用溫度檢測驅(qū)動文件的寫命令函數(shù)，通 過ΡΒ0端口向18B20輸入讀取溫度指令，再利用讀指令讀取溫度值，如果讀取溫度值大于80， 那么將會置位溫度錯誤標志位。
[0046] A/D作為線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)力傳感器的數(shù)據(jù)傳輸方式，如果產(chǎn)生錯誤，導(dǎo)致A/D讀入數(shù) 據(jù)錯誤，那么將有可能使力感模擬電機產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流，對駕駛員的操作產(chǎn)生嚴重的影 響，甚至引發(fā)事故。因此，除了對信號進行光耦隔離和濾波處理外，A/D模塊的檢錯是十分重 要的。檢錯方式，可采用將電源電壓作為A/D輸入的方法，在本項目中，我們將PAD0端口作為 力傳感器信號的輸入口，而PAD5 口作為電源電壓檢測輸入口。在8位精度無符號模式下，電 源的5v電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量理論上應(yīng)為254或255,但考慮到實際電源模塊在芯片 工作負載不同時的波動情況，我們設(shè)定250作為底線，如果讀入數(shù)字量低于250連續(xù)3次后， 將A/D模塊錯誤標志位置位。
[0047] CAN總線具有錯誤自檢機制和相應(yīng)的恢復(fù)機制，共有5種錯誤，分別為:填充錯誤、 位錯誤、形式錯誤、應(yīng)答錯誤、CRC錯誤。CAN總線上每個節(jié)點都會對錯誤次數(shù)進行計數(shù)。在 CAN總線中，任何一個單元可能處于下列3種故障狀態(tài)之一:錯誤激活狀態(tài)(Error-Active)、 錯誤認可狀態(tài)(Error-Passitive)和總線關(guān)閉狀態(tài)(Bus-off)。各個狀態(tài)間代表不同的過度 是通過發(fā)生錯誤的數(shù)量進行區(qū)分。同樣，在飛思卡爾MSCAN模塊中，也有相應(yīng)的發(fā)送器和接 收器的錯誤計數(shù)功能，可以此來判斷節(jié)點狀態(tài)，并且，還相應(yīng)設(shè)定了狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能。即如果 發(fā)送器或接收器的CAN總線狀態(tài)改變時，比如進入錯誤認可狀態(tài)或總線關(guān)閉狀態(tài)，將引發(fā)相 應(yīng)的標志位置位，如果開啟了狀態(tài)轉(zhuǎn)換中斷，還會進入中斷服務(wù)程序。利用MSCAN次功能，在 線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，可將CAN的錯誤分為兩類:一是MSCAN模塊錯誤，即發(fā)送器或接收器的錯 誤。二是CAN總線上的錯誤，比如線路斷開、未連接120歐電阻等。
[0048]基于上述討論，CAN檢錯子模塊程序設(shè)計如下：（1)開啟MSCAN模塊的發(fā)送器和接收 器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換中斷。（2)出于對錯誤迅速處理的目的。將狀態(tài)轉(zhuǎn)換中斷優(yōu)先級設(shè)置為最高。 (3)進入中斷后，利用CAN驅(qū)動文件中的環(huán)路自檢函數(shù)，進行MSCAN自發(fā)自收檢測。（4)如果檢 測成功，那么將CAN總線錯誤標志位置位。（5)如果檢測失敗，將CAN模塊錯誤標志位置位。 中斷服務(wù)程序如圖5所示。
[0049]錯誤處理子模塊主要需要有兩方面的功能，一是冗余切換功能，即芯片發(fā)現(xiàn)自身 錯誤后放棄系統(tǒng)能夠控制權(quán)或發(fā)現(xiàn)另一個芯片錯誤后接過控制權(quán)控制整個系統(tǒng)。二是錯誤 判斷功能，即判斷系統(tǒng)是否發(fā)生錯誤的能力。這里為了對系統(tǒng)錯誤進行識別和通知上位機 錯誤類型，規(guī)定一個錯誤代碼，定義字符型變量Error，字符型變量在內(nèi)存中占一個字節(jié)，一 個字節(jié)為8位。基于前文敘述，共有七種類型的錯誤:RAM錯誤、A/D模塊錯誤、CAN總線錯誤、 MSCAN模塊錯誤、溫度錯誤、IIC同步錯誤、數(shù)據(jù)錯誤。應(yīng)用類似于寄存器的設(shè)定。在Error的8 位中，選取7位作為相應(yīng)的錯誤標志位。規(guī)定0為沒有錯誤，1為發(fā)現(xiàn)錯誤。剩余一位保留，留 作以后的擴展功能。Error錯誤代碼的設(shè)定如表1所示。從左至右依次是RAM錯誤、A/D模塊錯 誤、CAN總線錯誤、MSCAN模塊錯誤、溫度錯誤、IIC同步錯誤、數(shù)據(jù)錯誤。
[0051 ] 表1錯誤代碼編碼表
[0052]錯誤代碼確定后，錯誤處理模塊需根據(jù)錯誤代碼進行冗余切換操作。冗余切換操 作包括兩個相反的方面：（1)接過控制權(quán)，控制整個線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。（2)放棄控制權(quán)。關(guān)閉所 有功能模塊。功能模塊包括所有的中斷程序、IIC模塊、CAN模塊、周期定時模塊、數(shù)據(jù)計算 等。這里用Error和ErrorO表示芯片自身的錯誤碼數(shù)值和從IIC同步接收的另一個芯片的錯 誤碼數(shù)值。定義控制權(quán)標志變量為CTL_FLG，當CTL_FLG=1時表示芯片接過控制權(quán)控制整個 系統(tǒng)。當CTL_FLG = 0時表示默認模式，即分工控制。錯誤處理步驟為:首先，Error是否為0， 為〇則繼續(xù)下一步，否則關(guān)閉所有功能模塊結(jié)束程序。然后，判 Error〇是否為〇，如果為〇則結(jié) 束，否則在Err〇r = 0的情況下接過控制權(quán)。程序流程如圖6所示。
[0053]以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng) 造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員 依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù) 方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器、下位 機、信息收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和系統(tǒng)自檢模塊，所述控制器被配置為采集所述下位機發(fā) 送的數(shù)據(jù)并且把接收到的數(shù)據(jù)處理后發(fā)送給所述下位機;所述控制器在接收到數(shù)據(jù)后，通 過所述數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)據(jù)進行處理，再發(fā)送給下位機完成整個閉環(huán)控制;所述系統(tǒng)自檢 模塊被配置為外部信息收發(fā)檢錯以及內(nèi)部自身檢錯。2. 如權(quán)利要求1所述的汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 數(shù)據(jù)包括角度數(shù)據(jù)、力矩數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)。3. 如權(quán)利要求1所述的汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 檢錯包括CAN總線檢測、CAN模塊檢測、A/D模塊檢測、IIC總線檢測、RAM檢測、溫度檢測、數(shù)據(jù) 檢測。4. 如權(quán)利要求1所述的汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 控制器包括兩個芯片，所述兩個芯片互相監(jiān)視以及無縫切換，且所述兩個芯片間建立數(shù)據(jù) 交換通道。5. 如權(quán)利要求4所述的汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 數(shù)據(jù)交換通道采用IIC協(xié)議。6. 如權(quán)利要求1所述的汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 自身數(shù)據(jù)檢錯的方法是用本周期的數(shù)值和上周期的數(shù)值的差的絕對值減去前六個周期每 相鄰兩個周期數(shù)值差的絕對值相加除以5的平均值，將結(jié)果絕對值話后如果大于設(shè)定值，那 么數(shù)據(jù)錯誤計數(shù)一次，當連續(xù)三次出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤，則將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錯誤標志位置位。7. 如權(quán)利要求3所述的汽車線控轉(zhuǎn)向的雙芯片冗余及容錯控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 RAM檢測方法為設(shè)定一個指針變量和一個局部變量，局部變量賦值后，使指針變量指向局部 變量的地址，然后將指針變量所指向的地址內(nèi)容+1處理，然后判斷局部變量數(shù)值是否也增 加了 1，如果不是，那么就將RAM錯誤標志位置1。
【文檔編號】G05B23/02GK106094789SQ201610389410
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月2日 公開號201610389410.9, CN 106094789 A, CN 106094789A, CN 201610389410, CN-A-106094789, CN106094789 A, CN106094789A, CN201610389410, CN201610389410.9
【發(fā)明人】吳曉東, 許敏, 章鳴銘, 葉昌, 楊莉
【申請人】上海交通大學(xué)