基于功能安全的电动汽车整车控制器开发与实现

发布时间：2020-04-07 08:20

【摘要】：近年来,由于环境污染、能源危机所带来的影响越来越明显,汽车领域的重心逐渐向无污染、低耗能的电动汽车转移。但是由于电动汽车对于电子部件的集成度越来越高,因此其安全性也成为人们最为关心的热点之一。为了保证复杂系统下汽车的安全性,国际标准化组织针对汽车功能安全发布了 ISO 26262《道路车辆功能安全标准》,旨在提高汽车避免功能发生非预期失效的能力。本文依托湖南大学电动方程式赛车项目,按照ISO 26262标准提供的功能安全开发流程,开发一款可靠、安全的整车控制器软硬件。主要完成了以下工作:(1)根据ISO 26262标准第3部分功能安全概念设计的要求,从相关项定义出发,对VCU完成HARA分析。根据HARA分析导出功能安全概念的设计方案及技术安全需求规范,并基于MPC5744P芯片的双核硬件架构,设计了包括功能层、冗余监控层和控制器监控层的软件架构方案。(2)完成整车控制器硬件设计方案及安全分析流程。根据所制定的技术安全需求设计了 VCU关键模块电路图,并运用故障树分析法及硬件架构度量分析法对该硬件方案进行了安全分析,以确保该硬件方案可满足目标功能的ASIL等级要求。(3)完成整车控制器应用层软件设计及建模工作。根据软件技术安全需求及目标电动方程式赛车的结构特点,制定了 VCU的整车控制及监控策略。在MATLAB/Simulink软件环境中建立相应的软件模型,并根据不同任务的触发周期设计精确的调度系统模型予以实现。(4)建立模块化整车前向仿真模型,完成VCU的模型在环测试。搭建基于NI硬件设备及NI VeriStand软件的硬件在环测试平台。最后通过故障注入的测试方案,进行硬件在环测试以验证该VCU的整车控制及监控策略。
【图文】：

功能安全,开发流程

环境污染、能源危机已经成为全球关注的热点问题。为了应对这些问题，我逡逑国提出了邋“绿色发展”的理念，并部署了七大战略性新兴产业，以期在治理环境逡逑的同时振兴国家经济。其中，新能源汽车作为七大战略性新兴产业之一，同时也逡逑是“中国制造２０２５”十大领域之一，为中国汽车产业提供了“弯道超车”的机逡逑会［１］。因此，各大企业相继投入到新能源汽车的研发之中。根据国家工业和信息逡逑化部公开数据，２０１６年我国新能源汽车产销５１．７万辆和５０．７万辆［２］，连续两逡逑年产销量居世界第一。随着电动汽车保有量的快速增长，相关的安全事故也开始逡逑增多，引起了广泛关注。逡逑由于汽车性能及功能的要求越来越高，车辆的集成度和复杂性也越来越高。逡逑为了保证复杂系统下汽车的安全性，国际标准化组织（ＩＳＯ）针对汽车功能安全逡逑发布了邋ＩＳＯ邋２６２６２《道路车辆功能安全标准》，，旨在提高汽车避免功能发生非预逡逑期失效的能力［３］。ＩＳＯ邋２６２６２标准提供的功能安全开发流程涵盖了管理、概念、逡逑系统、软硬件、生产运行和支持活动等不同阶段，其中安全管理和支持活动贯穿逡逑在整个产品的开发过程中，如图１．１。逡逑「逦１木语逦Ｉ逡逑

系统性失效,功能失效,安全要求,通讯电路

逑３．１．２．２低有效开关采集逡逑低有效开关接口电路如图３．４所示：逡逑ＶＢ＿ＳＷ逡逑ｉ逡逑ｉ逦４．７ｋ逡逑ｉ邋Ｉ逡逑！逦２２０ｋ逡逑，ｒ＾°邋ｊ逦逦逦１逦Ｉ逦逦１邋＞邋ＭＣＵ逡逑ｉ逡逑！逦ＺＺ邋ｌ0ｎ逦ＺＺ邋１０ｎ逡逑｜逡逑ｊ逡逑ｉ逦＿逡逑图３．４低有效开关采集电路逡逑３．１．２．３模拟量信号电路逡逑加速踏板、制动踏板、真空信号采用ＶＣＵ的ＶＤＤ＿５Ｖ＿ＯＵＴ供电。输入逡逑的信号为电压信号，具体采集电路如图３．５所示：逡逑Ｉ逡逑ｉ逡逑ｉ逡逑ｒｉ逦ｒ￣ｒ＾＝＝＞ｉ逦￣￣１＝３逡逑＼逦ｈ逦ｒ＞逦ＭＣＵ—ＡＤ逡逑１逦４７Ｋ逦！邋１＾邋ｚｚ逡逑！逦ＬＪ逦Ｉ逡逑ｉ邋ｉ逦Ｉ逡逑ｉ逦－＝＝－邋■＝■逦ｉ逦－ｉ－逡逑图３．５模拟量信号采集电路逡逑３．１．３通讯电路逡逑目标ＶＣＵ设计了两路相互独立的ＣＡＮ通讯电路，其中一路ＣＡＮ１用于逡逑ＶＣＵ和电机控制器通讯，另一路ＣＡＮ２用于ＶＣＵ和电池管理系统通讯。ＣＡＮ逡逑收发器选择恩智浦第三代高速ＣＡＮ收发器ＴＪＡ１０４２Ｔ，通讯电路如图３．６所示。逡逑ＶＣＣ—５Ｖ逡逑Ｉ逦逦邋ＶＣＣ逦ＳＰＵＴ逦１逡逑＾邋－１－邋Ｃ４１逦Ｌ８００逦Ｍ
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】