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基于功能安全的电机控制系统及HIL测试开发

宋鹏  
【摘要】:当今社会,新能源汽车的发展势头越来越强,而电机控制系统作为关键部分,在实现整车动力输出的情况下,确保电机控制系统的功能安全性已经逐渐变为了国内国外研究的重点。2011年,国际标准化组织颁布了汽车电子电气系统的道路车辆功能安全标准ISO 26262,为符合功能安全特性的汽车电子电气产品的开发提供了指导和要求。本文参照道路车辆功能安全标准ISO 26262,研究如何设计符合功能安全标准的电机控制系统,并给出了基于硬件在环的仿真测试方法。首先,本文分析了ISO 26262规范中各个阶段的内容和要求,解释了汽车安全生命周期和汽车安全完整性等级。根据概念阶段的要求,对电机控制系统进行危险分析和风险评估,推导出安全完整性等级,并确定电机控制系统的功能安全目标和功能安全要求。然后,以功能安全目标和功能安全要求为指导,对电机控制系统进行了系统层面的分析,设计了系统架构,并确定了硬件功能安全指标及其目标值。根据系统架构的要求,对硬件架构和软件架构进行了进一步的研究和设计。在硬件层面上,完成了基于双核锁步技术的微处理器MPC 5744P的硬件电路设计,包括最小系统电路设计,供电电路设计和预驱动电路设计。然后,结合故障树分析软件Isograph对电机控制系统进行故障树建模。在软件层面,基于分层化和模块化的思想,设计了电机控制系统的软件架构和安全状态。硬件在环仿真测试系统通过运行仿真模型的实时处理器模拟受控对象的运行状态,帮助开发人员测试和验证电机控制系统的安全性。本文构建了基于Simulink的驾驶员模型,车辆动力学模型,整车控制器模型,电池管理系统及电池模型,基于LabVIEW搭建了电机模型和旋转变压器模型,以模拟真实的整车环境。基于NI公司的LabVIEW和硬件分别搭建了上位机软件和试验平台。为了验证设计的电机控制系统是否符合功能安全目标和功能安全需求,本文对所设计的电机控制系统进行了基本功能测试和功能安全测试。测试结果表明,电机控制系统的安全机制符合功能安全要求。


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