电机控制系统和具有其的车辆的制作方法

本发明涉及车辆领域，尤其是涉及一种电机控制系统，以及包括该电机控制系统的车辆。

背景技术：

新能源车辆发展初期，行业都以实现功能、更优的性能为主要开发目标，架构层次少，功能大范围共存，诊断内容较为简单，覆盖度以各种保护为主。在相关技术中，通过外部低压供电例如12v/24v通过分立电源电路例，如控制芯片+变压器+滤波，为控制系统提供电源，给主控单元、采样电路、逻辑芯片fpga/cpld等供电，通过外部低压供电通过分立的dc/dc电路提供驱动系统的电源供电。主控单元采集三相电流、母线电压、电机位置，结合can接收的目标扭矩进行电机控制。cpld/fpga监控控制信号，进行过流、过压、过温等快速保护，保障可靠性。

以及，随着iso26262的推行与推广，电控方案逐步演变为多层复杂系统，开始考虑各类失效带来的风险，并针对这些风险进行监控、诊断、故障处理，做到功能之间解耦，控制、诊断之间独立等，现有技术已经无法满足行业要求。

目前对于电机控制系统的设计，存在一些缺点，例如，系统采用串行架构，当中间任意步骤发生失效，系统不能及时有效的保证控制状态，整车存在潜在风险；缺乏独立性，即使做了诊断机制，在电源、采样、芯片等共用资源发生失效时，机制将无效；以及，无法适应iso26262标准功能安全的要求。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电机控制系统，该电机控制系统可以实现控制和驱动独立供电控制，提高安全性。

本发明另一个目的在于提出一种车辆。

为了达到上述目的，本发明第一方面实施例的电机控制系统，包括：电机驱动模块和多核处理模块，所述多核处理模块用于采集采样数据，并根据所述采样数据生成电机控制信号，以控制所述电机驱动模块；所述电机驱动模块包括驱动控制单元、驱动电路单元、第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元，所述驱动电路单元包括上桥臂电路和下桥臂电路，所述驱动控制单元分别与所述第一驱动逻辑单元和所述第二驱动逻辑单元连接，所述第一驱动逻辑单元用于控制所述上桥臂电路和所述下桥臂电路中的一个，所述第二驱动逻辑单元用于控制所述上桥臂电路和所述下桥臂电路中的另一个；低压电源，所述低压电源为所述第一驱动逻辑单元和所述第二驱动逻辑单元中的一个供电；高压电源，所述高压电源为所述第一驱动逻辑单元和所述第二驱动逻辑单元中的另一个供电。

根据本发明实施例的电机控制系统，通过独立供电控制，以及通过第一驱动逻辑单元和第二驱动逻辑单元对驱动电路单元上/下桥臂独立控制，并且分别独立从高低压取电，即使一个电源出了故障，仍然可以控制驱动电路单元的上桥臂或者下桥臂工作，保障电机运行状态，增加了系统抗失效能力，更加安全。

本发明第二方面实施例的车辆，包括上述的电机控制系统。

根据本发明实施例的车辆，通过采用上面实施例的电机控制系统，可以使车辆在电机控制系统出现一定故障时，仍可以安全行驶。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的电机控制系统的框图；

图2是根据本发明的一个实施例的驱动电路单元的框图；

图3是根据本发明的一个实施例的第三转换模块的框图；

图4是根据本发明的一个实施例的多核处理模块的框图；

图5是根据本发明的一个实施例的车辆的框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的电机控制系统。

图1是根据本发明的一个实施例的电机控制系统的框图，如图1所示，本发明实施例的电机控制系统1包括电机驱动模块10、多核处理模块20、电源管理模块30、低压电源40、第一转换模块50、高压电源60和第二转换模块70。

其中，电机驱动模块包括驱动控制单元11、驱动电路单元12例如igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)或mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)电路等，以及第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14。驱动控制单元11用于接收电机控制信号例如pwm信号，并通过驱动逻辑单元对pwm信号进行处理，来对电机进行控制。具体地，驱动控制单元传递多核处理模块20的pwm信号从而驱动功率半导体igbt或mosfet，以驱动电机。

其中，在实施例中，驱动控制单元11包括低压侧部分和高压侧部分，例如图1中，驱动控制单元11以虚线划分，虚线左边驱动控制部分以低压供电，可以称之为驱动控制单元低压侧，虚线右边驱动控制部分以高压供电，可以称之为驱动控制单元高压侧。

如图2所示，驱动电路单元12例如可以采用三相桥臂的igbt电路，包括三相上桥臂和三相下桥臂电路，即驱动电路单元12包括上桥臂电路和下桥臂电路。驱动控制单元11分别与第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14连接，第一驱动逻辑单元13用于控制上桥臂电路和下桥臂电路中的一个，第二驱动控制单元14用于控制上桥臂电路和下桥臂电路中的另一个。

多核处理模块20与电机驱动模块10之间进行信息例如信息2交互，用于获取采样数据例如包括电流、电压、角度等数据，并根据采样数据生成电机控制信号，以及将电机控制信号例如pwm信号传输给电机驱动控制单元11，进而驱动控制单元11将电机控制信号转换为电机逻辑控制信号例如pwm_t和pwm_b，并分别发送给第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14，第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14分别将pwm_t和pwm_b进行处理输出开关管控制信号例如pwm_t’和pwm_b’，以分别控制驱动电路的上桥臂电路和下桥臂电路中的开关管，从而实现根据电机控制信号驱动电机。

电源管理模块30用于为多核处理模块20供电，例如提供电压vs给多核处理模块20，电源管理模块30可以为供电模块sbc。

低压电源40为第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14中的一个供电，高压电源60为第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14中的另一个供电，在本发明的一个实施例中，高压电源60为第二驱动逻辑单元14供电，低压电源40为第一驱动逻辑单元13供电。

通过独立供电控制，以及通过第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14对驱动电路单元上/下桥臂独立控制，并且分别独立从高低压取电，即使一个电源出了故障，仍然可以控制驱动电路单元的上桥臂或者下桥臂工作，保障电机运行状态，增加了系统抗失效能力，更加安全。

低压电源40用于输出第一电压信号，以为电源管理模块30、第一转换模块50和驱动控制单元11低压侧供电，第一转换模块50例如dc/dc转换电路，可以用于将第一电压信号转换为第二电压信号，以为驱动控制单元11高压侧和第一驱动逻辑单元13供电。

高压电源60用于输出第三电压信号，第二转换模块70例如dc/dc转换电路，可以用于将第三电压信号转换为第四电压信号，以为驱动控制单元11高压侧和第二驱动逻辑单元14供电。

根据本发明实施例的电机控制系统1，通过低压电源40为控制部分例如电源管理模块30和驱动控制单元11低压侧供电，电源管理模块30为多核处理模块20供电，以及通过第一转换模块50、高压电源60和第二转换模块70为驱动部分例如包括驱动控制单元11高压侧、逻辑单元等供电，实现控制和驱动的独立供电控制，分别独立从高低压取电，将控制系统与驱动系统进行电源隔离，增加了系统抗失效能力，更加安全。

进一步地，如图1所示，当电机运行状态未达到预期要求，多核处理模块20通过触发第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14其中的一个，以保障电机运行状态，或者通过外部控制模块触发第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14其中的另一个，以保障电机运行状态，通过多核处理模块20控制桥臂，实现桥臂互补，提高电机运行安全；当触发了第一驱动逻辑单元13或者第二驱动逻辑单元14后，电机运行依然未达到预期要求，多核处理模块20或者外部控制模块例如整车控制器控制切断向驱动电路单元12的供电。

在本发明的一个实施例中，当电机运行状态未达到预期要求时，多核处理模块20用于触发第一驱动逻辑单元13，整车控制器(vcu)用于触发第二驱动逻辑单元14，当电机运行依然未达到预期要求时，多核处理模块20或者整车控制器触发响应的开关切断向驱动电路单元12的供电。该开关可以为第一转换模块50和第二转换模块70。

通过从控制上的多层控制实现了对驱动电路单元12上/下桥臂独立控制，如果控制时其中一路出现了故障，仍然可以控制上桥臂或者下桥臂工作，保障电机运行状态，进一步提高了安全性。

进一步地，如图1所示，电机控制系统1还包括第一控制接口80和第二控制接口81，其中，第一控制接口80与多核处理模块20和第一驱动逻辑单元13连接，用于接收多核处理模块20的控制信号，以控制第一驱动逻辑单元13，从而在驱动控制单元11异常时可以直接由多核处理模块20输出安全控制信号给第一驱动逻辑单元13，进入安全状态。第二控制接口81与第二驱动逻辑单元14连接，用于接收外部信号，以控制第二驱动逻辑单元14，即第二驱动逻辑单元14可以由外部其它组件通过信号进行控制，为整车提供了控制权，整车系统可以辅助或优先控制，如vcu在识别到整车状态异常，或遇到紧急事件，可以通过外部信号切断电机驱动，保证行车安全。

在一些实施例中，第二转换模块70还可以用于接收外部使能信号，以使能驱动控制单元11高压侧和第二驱动逻辑单元14的供电，为整车提供控制权，提高安全性。

如图1所示，本发明实施例的电机控制系统1还包括第三转换模块83，第三转换模块83与多核处理模块20连接，用于在低压电源40输出异常时，将第二电压信号转换为第一电压信号，以为电源管理模块30、驱动控制单元11低压侧和第一转换模块50供电，即实现备用电源的作用。

进一步地，为了防止备用电源自身异常，从而危害系统例如备用电源提供了过高的电压，将会击穿系统器件，因而，如图3所示，可以直接在备用电源的供电回路上设置开关，例如在第三转换模块83中设置开关单元831，高压电源60输出异常时可进行切断，从而提高系统安全性。通过加入备用供电模块，并可以控制其输出供电的接入与切断，可以在低压供电异常时，及时有效地保证系统的继续运行。

在本发明实施例中，可以成对调换第一驱动逻辑单元13与第二驱动逻辑单元14的供电以及控制信号，如第一驱动逻辑单元13由第二转换模块70提供供电，控制信号为外部的外部使能信号(external_en/disable)等。

本发明实施例的多核处理模块20包括主功能核21和锁步监控核22，主功能核21用于获取采样数据，并根据采样数据生成电机控制信号；锁步监控核22用于在监控到电机控制信号异常时进行驱动功能限制，并输出安全触发信号。

具体地，锁步监控核21用于监控主功能核21的运行状态、电机控制信号以及电机的运行状态，当采样数据、主功能核21的运行状态、电机控制信号以及电机的运行状态中任意一个发生异常时，通过锁步监控核22进行驱动控制限制，并输出安全触发信号。其中，不仅监控主功能核21的输入状态、输出状态、自身处理状态，而且还监控电机运行状态，只要其中一个出现异常，就能迅速获得反馈，电机控制系统1更加安全可靠。

当电机运行状态未达到预期要求，锁步监控核22通过触发第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14其中的一个，以保障电机运行状态，或者通过外部控制模块例如整车控制器控制第一驱动逻辑单元13和第二驱动逻辑单元14其中另一个，以保障电机运行状态；当触发了第一驱动逻辑单元13或者第二驱动逻辑单元14后，电机运行依然未达到预期要求，锁步监控核22通过触发开关切断向驱动电路单元12供电，或者通过外部控制模块通过触发另一个开关切断向驱动电路单元12供电。其中，开关可以是第一转换模块50核第二转换模块70中的一个，另一个开关是第一转换模块50核第二转换模块70中的另一个。

根据本发明实施例的电机控制系统1，通过采用多核处理模块，将安全监控功能设置在锁步监控核22中，以实现安全诊断，在主功能核21故障时，可以限制主功能核21的控制权限，驱动和诊断相互独立，以及在电机控制信号异常时，触发安全逻辑模块执行安全控制，实现驱动和诊断机制的独立控制，符合相关标准的要求，在电机控制中间步骤发生失效时，可以及时有效地保证控制状态，提高安全性。

通过对主功能核21和电机运行状态的多层监控，实现了对主功能核21的输入、处理、输出的各层级监控，以及对电机运行状态的监控，有效地提高了响应性能和安全性。在本发明的一个实施例中，主功能核21的输入信息为采样数据信息，主功能核21的处理信息为主功能核21自身的运行状态，主功能核21的输出信息为电机控制信号。

在本发明实施例中，如图4所示，多核处理模块20包括多个处理核，主功能核21例如core_f(锁步功能lc可选)，通过采集外部信号例如sampling1可以包括电流、电压、角度等，并发出控制信号以控制电机；以及带有锁步功能的锁步监控核22，执行功能安全监控，即将安全监控功能设置在锁步监控核22中，监控主功能核21的运行状态，在主功能核21发生故障时，可以限制主动能核21的控制权限，输出安全触发信号，以进入安全状态。多核处理模块20的其它内核可以执行其它功能，并且对应的锁步lc(lock)可选，在此不作具体限制。

如图1所示，电机控制系统1还包括安全逻辑模块90，安全逻辑模块90与多核处理模块20连接，用于在接收到安全触发信号时，输出禁止执行电机控制信号的指令至驱动控制单元11，以进入安全状态，提高安全性。例如图1所示，多核处理模块20在主功能核21故障时，可以通过signal1核signal2触发安全逻辑模块90，从而触发低边(lowside)的pwm_en/disable和高边(highside)gate_en/disable信号，执行驱动高边(highside)和低边(lowside)系统诊断，用更高的优先级去控制驱动控制单元11，实现分层独立控制，使得系统进入安全状态。

根据本发明实施例的电机控制系统1，通过采用多核处理模块20，将安全监控功能设置在锁步监控核22中，以实现安全诊断，在主功能核21故障时，可以限制主功能核21的控制权限，驱动和诊断相互独立，以及在电机控制信号异常时，触发安全逻辑模块90执行安全控制，实现驱动和诊断机制的独立控制，符合相关标准的要求，在电机控制中间步骤发生失效时，可以及时有效地保证控制状态，提高安全性。

进一步地，如图1所示，本发明实施例的电机控制系统1还包括辅助控制模块91，辅助控制模块91分别连接多核处理模块20和驱动控制单元11，用于获取采样数据，并在主功能核21故障时，根据采样数据生成电机控制信号，并将电机控制信号发送给驱动控制单元11，以继续驱动电机。

具体地，辅助控制模块91可以包括fpga/cpld，辅助控制模块91与多核处理模块20进行信息交互例如信息(3)，在主功能核21正常运行时，辅助控制模块91接收主功能核21发送的关键信号例如图中的6路pwm信号，并对pwm信号进行处理，将处理后的pwm信号传输给驱动控制单元11，以驱动电机。

在本发明实施例中，采样模块采集电机的电流、电压、角度等信息，并分别输出采样数据1和采样数据2，分别传输给多核处理模块20和辅助控制模块91。在主功能核21故障时，辅助控制模块91采集外部冗余信号例如采样数据2，根据采样数据生成电机控制信号，辅助控制模块91与驱动控制单元11进行信息交互，从而驱动控制单元11可以继续根据辅助控制模块40发送的电机控制信号驱动电机，也就是说，在主功能核21发生故障时，可以由辅助控制模块40接管驱动控制功能。

进一步地，锁步监控核22还用于在辅助控制模块91故障时，确定电机控制信号异常。即在主功能核21正常运行时，由主功能核21发出电机控制信号，在主功能核21故障时，由辅助控制模块91暂管驱动控制，在辅助控制模块91也发生故障时，锁步监控核22认为电机控制信号异常，则执行安全控制，发出安全触发信号给安全逻辑模块90，控制系统进入安全状态。

具体地，多核处理模块20与各个模块进行信息交互，锁步监控核22根据交互信息进行安全监控，例如包括输入诊断、输出诊断、主功能核21死机监控、辅助控制模块91例如cpld/fpga死机监控。当锁步监控核22诊断到异常，通过独立的通道，控制驱动单元，并由安全逻辑模块90在驱动低压边pwm_en/disable信号执行pwm通道的切换，移除主功能核21和cpld/fpga功能层的控制权限，同时安全逻辑模块90通过高压边的第二个信号gate_使能信号(gate_en/disable)保证igbt/mosfet处于关断状态/三相短路状态，即实现系统进入安全状态。

在实施例中，电源管理模块30与多核处理器20进行信息例如message1交互，电源管理模块30用于提供电源信号例如vs给多核处理模块20，并监控多核处理模块20的运行状态，以及在多核处理模块20故障时，输出安全控制信号；安全逻辑模块90与电源管理模块30连接，在接收安全控制信号时，安全逻辑模块90输出禁止执行电机控制信号的指令至驱动控制单元11，以移除电机驱动功能，并使得驱动电路12的开关管关闭或电机三相短路状态，即进入安全状态。即言，当多核处理模块20运行异常时，电源管理模块30可以触发安全逻辑模块90，将系统切入安全状态。

具体地，电源管理模块30与多核处理模块20进行信息交互，并监控多核处理模块20的状态，若多核处理模块20出现异常，电源管理模块30通过信息signal0触发安全逻辑模块90，安全逻辑模块90发出pwm_使能信号(pwm_en/disable)和gate_使能信号(gate_en/disable)至驱动控制单元11，用更高的优先级去控制电机驱动，实现分层独立控制。

本发明实施例的电机控制系统1，在多核处理模块20的主功能核21出现故障，fpga/cpld可以进行短时接管，当fpga/cpld(fieldprogrammablegatearray/complexprogrammablelogicdevice，现场可编程门阵列/复杂可编程逻辑器件)也出现故障，锁步监控核22执行安全控制，可以增强系统可用性，以及通过安全逻辑模块90进行安全控制，实现多层独立控制，更加适用于控制更加复杂、多层次要求的整车条件，例如无人驾驶系统。

在实施例中，第一转换模块50，与多核处理模块20连接，用于在接收到第一停止供电信号时，停止为驱动控制单元高压侧和第一驱动逻辑单元13供电。其中，多核处理模块20响应于锁步监控核22输出安全触发信号且电机驱动模块10仍然运行，输出该第一停止供电信号例如使能信号en/disable，使能第一转换模块50停止为驱动控制单元高压侧和第一驱动逻辑单元13供电，从而可以在系统期望进入安全状态，而实际系统并未按预期进入安全状态，可以通过切断低压供电，来保证系统自身进入无输出状态。

在实施例中，如图1所示，低压电源40可以通过第一防反二极管d1分别与第一转换模块50、电源管理模块30连接，用于为电源管理模块30和第一转换模块50供电；第一转换模块50与驱动控制单元11高压侧和第一驱动逻辑单元13连接，在接收到多核处理模块20发送的第一停止供电信号时停止输出，以保证系统自身进入安全状态，提高安全性。

在一些实施例中，如图1所示，安全逻辑模块90包括第一使能端和第二使能端，第一使能端与驱动控制单元11低压侧连接，第二使能端与驱动控制单元11高压侧连接；多核处理模块20还用于，在电机驱动信号异常时，例如对应没有设置辅助控制模块91的系统，主功能核21故障时即认为电机驱动信号异常，而对于设置辅助控制模块91的系统，则主功能核21和辅助控制模块91都异常时认为电机驱动信号异常，则输出第一安全触发信号或第二安全触发信号；安全逻辑模块90用于根据第一安全触发信号通过第一使能端使能驱动控制单元11低压侧，或者，根据第二安全触发信号通过第二使能端使能驱动控制单元11高压侧，以保证停止电机驱动。例如，安全逻辑模块30接收到信号single1，则通过第一使能端输出使能信号pwm_en/disable信号，在驱动控制单元11的驱动低压边执行pwm通道的切换，移除主功能核21以及cpld/fpga功能层的控制权限，同时通过高压边的gate_en/disable信号保证igbt/mosfet处于关断状态/三相短路状态。其中，在驱动控制恢复正常后，可以使能驱动控制单元11切换回正常模式。在实施例中，多核处理模块20可以通过signal1和signal2的或逻辑，去控制安全逻辑模块90的两个输出，从而进入安全状态，也可以分别去控制。

在实施例中，安全逻辑模块90通过驱动电机驱动模块10高压侧进行安全控制，可以规避中间电路失效导致系统无法正常进入或者保持安全状态，提高安全性。

总的来说，本发明实施例的电机控制系统1，采用多核处理器20，并设置锁步监控核22进行安全监控，在主功能核21故障，辅助控制模块91可以接管驱动控制，进而在辅助控制模块91也故障时，锁步监控核22可以触发安全控制，使得系统进入安全状态，以及在多核处理模块20故障时，电源管理模块30可以触发安全控制，使得系统进入安全状态，以及设置备用电源，在低压供电故障时，可以由备用电源供电，进而备用电源也是可控的，在备用电源供电异常时，也可以切断，以及电机控制模块10的上下桥驱动电路的驱动电源分别由低压和高压转变的低压，并且具备上下桥驱动电路的独立的门级逻辑单元，将控制系统与驱动系统进行电源隔离，系统抗失效能力增加，更安全，以及具备外部控制驱动电源的控制接口，具备外部控制igbt/mosfet门级逻辑的控制接口，授权外部组件的控制，提高系统可控性。

总而言之，本发明实施例的电机控制系统1，系统安全路径更多，可以适配不同的控制逻辑，采用分层独立控制，控制和诊断相互独立，在电源、采样、芯片等共用资源发生失效时，诊断机制也可以有效，可以降低失效发生的概率或提升系统忍受各类失效的可用性，以及控制和驱动电源相互对立，更加适用于复杂、多层次控制的要求，例如无人驾驶等。

基于上面实施例的电机控制系统，下面参照附图5描述根据本发明第二方面实施例的车辆。

图5是根据本发明的一个实施例的车辆的框图，如图5所示，本发明实施例的车辆100包括电机2和上面实施例的电机控制系统1，电机控制系统1用于对电机进行控制，电机控制系统1的构成和工作过程可以参照上面实施例的说明。

根据本发明实施例的车辆100，通过采用上面实施例的电机控制系统1，可以实现控制和驱动电源供电的独立控制，即将控制系统与驱动系统进行电源隔离，增加了系统抗失效能力，更加安全。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。