應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制的高性能DSP芯片技術(shù)要求-征求意見稿

1T/WXIOTXXX-XXXX應(yīng)用于電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制的高性能DSP芯片技術(shù)要求本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制DSP芯片的技術(shù)要求，技術(shù)要求包括DSP芯片的功能要求、性能要求、功能安全要求和可靠性要求等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制DSP芯片的研制和使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T18488.1-2015電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)第1部分：技術(shù)條件GB/T19596-2017電動(dòng)汽車術(shù)語GB/T34590道路車輛功能安全GB/T38187-2019汽車電氣電子可靠性術(shù)語SJ/T11875-2022電動(dòng)汽車用半導(dǎo)體集成電路應(yīng)力試驗(yàn)程序3術(shù)語和定義GB/T18488.1-2015、GB/T19596-2017、GB/T34590.1-2022、GB/T38187-2019界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。電動(dòng)汽車electricvehicle包括純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。驅(qū)動(dòng)能量由電能提供的、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電能來源于車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)或其它能量儲(chǔ)存裝置。[來源：GB/T19596-2017，3.1.1，有修改]3.2功能安全functionalsafety不存在由電氣/電子系統(tǒng)的功能異常表現(xiàn)引起的危害而導(dǎo)致不合理的風(fēng)險(xiǎn)。[來源：GB/T34590.1-2022，3.67]3.3可靠性reliability產(chǎn)品在給定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。[來源：GB/T38187-2019，2.1.2.3]3.4故障處理時(shí)間間隔faulthandlingtimeinterval2T/WXIOTXXX-XXXX從故障發(fā)生到進(jìn)入到安全狀態(tài)的時(shí)間。3.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)drivemotor將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能為車輛行駛提供驅(qū)動(dòng)力的電氣裝置，該裝置也可具備機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的功能。[來源：GB/T18488.1-2015，3.2]3.6驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器drivemotorcontroller控制動(dòng)力電源與驅(qū)動(dòng)電機(jī)之間能量傳輸?shù)难b置，由控制信號(hào)接口電路、驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路和驅(qū)動(dòng)電路組成。[來源：GB/T18488.1-2015，3.3]4縮略語下列縮略語適用于本文件。ADC（AnalogDigitalConverter）模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器CAN（ControllerAreaNetwork）控制器局域網(wǎng)絡(luò)CANFD（CANwithFlexibleData－Rate）可變數(shù)據(jù)速率的控制器局域網(wǎng)絡(luò)DSP（DigitalSignalProcessor）數(shù)字信號(hào)處理器I/O（Input/Output）輸入/輸出PWM（PulseWidthModulation）脈沖寬度調(diào)制QEP（QuadratureEncoderPulse）正交編碼脈沖5功能要求5.1總則DSP芯片應(yīng)能夠和整車控制器進(jìn)行雙向信息交互，接收并處理電機(jī)的相電流信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)等，通過控制算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并輸出相應(yīng)的PWM控制信號(hào)。DSP芯片應(yīng)能夠接收并處理驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的保護(hù)信號(hào)，以防止系統(tǒng)受到損壞。DSP芯片應(yīng)支持調(diào)試接口，方便前期的程序調(diào)試與優(yōu)化。5.2模塊和接口組成要求DSP芯片應(yīng)至少集成ADC模塊、轉(zhuǎn)子位置獲取模塊、PWM模塊和通信接口、保護(hù)信號(hào)接口、調(diào)試接口等電路單元，如圖1所示。T/WXIOTXXX-XXXX圖1DSP芯片模塊和接口組成框圖5.3模塊和接口功能要求5.3.1ADC模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)不限于電機(jī)相電流信號(hào)。ADC模塊應(yīng)至少能夠?qū)蓚€(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行同步采樣。5.3.2轉(zhuǎn)子位置獲取模塊獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，應(yīng)滿足附錄A要求。5.3.3PWM模塊產(chǎn)生PWM波，作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的控制信號(hào)。當(dāng)采用旋轉(zhuǎn)變壓器軟件解碼方案獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置時(shí)，PWM波應(yīng)能夠用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)信號(hào)。PWM模塊應(yīng)包含死區(qū)產(chǎn)生功能，防止驅(qū)動(dòng)電路的上、下橋臂短路。單個(gè)電機(jī)需要3對(duì)互補(bǔ)的PWM波作為控制信號(hào)。5.3.4通信接口應(yīng)能夠和整車控制器進(jìn)行雙向信息交互，包括數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。通信接口類型不限于CAN、CANFD、FlexRay等，DSP芯片應(yīng)至少支持其中一種通訊類型。5.3.5保護(hù)信號(hào)接口保護(hù)信號(hào)接口應(yīng)能夠接收驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的保護(hù)信號(hào)，包括過電流、過電壓等信號(hào)。保護(hù)信號(hào)涵蓋的保護(hù)類型應(yīng)符合GB/T18488.1-2015的“5.5.2驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器的保護(hù)功能”要求。6性能要求6.1通用要求DSP芯片的性能應(yīng)能夠保證“5.1功能要求”的實(shí)現(xiàn)。T/WXIOTXXX-XXXX6.2主頻要求DSP芯片的主頻應(yīng)不低于100MHz。6.3Flash存儲(chǔ)空間要求DSP芯片的Flash空間應(yīng)能夠存儲(chǔ)備份程序，若軟件升級(jí)失敗可以使用原程序，不影響車輛使用。6.4通信接口傳輸速率要求通信接口的數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)不低于500Kb/s。6.5ADC轉(zhuǎn)換有效位數(shù)要求ADC轉(zhuǎn)換的有效位數(shù)應(yīng)能夠滿足GB/T18488.1-2015的“5.4.10控制精度”要求。7功能安全要求7.1總則電動(dòng)汽車對(duì)安全性要求高，應(yīng)避免因電子系統(tǒng)故障而導(dǎo)致不合理的風(fēng)險(xiǎn)，隨機(jī)和系統(tǒng)性失效不會(huì)造成安全系統(tǒng)的功能錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致人受到傷害，或環(huán)境污染，或設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失。DSP芯片的功能安全要求應(yīng)貫穿產(chǎn)品的全生命周期，應(yīng)滿足GB/T34590系列標(biāo)準(zhǔn)要求。DSP芯片的功能安全等級(jí)應(yīng)至少滿足AutomotivesafetyIntegrityLevel（ASIL）的B級(jí)要求。7.2計(jì)算功能安全的要求DSP芯片應(yīng)正確提供計(jì)算功能，包含但不限于正確的中央處理器運(yùn)算功能，正確的存儲(chǔ)功能，正確的電源供電功能，正確的時(shí)鐘生成功能等。當(dāng)由于故障而造成計(jì)算功能失效時(shí)，應(yīng)在故障處理時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入安全狀態(tài)，在故障退出、消除條件未滿足時(shí)，不應(yīng)該退出安全狀態(tài)。DSP芯片安全狀態(tài)示例如表1所示。表1DSP芯片的安全狀態(tài)（示例）安全狀態(tài)狀態(tài)描述復(fù)位DSP芯片一直保持復(fù)位狀態(tài)掉電DSP芯片的供電電源通過外部監(jiān)控器禁用錯(cuò)誤上報(bào)將故障上報(bào)，交由系統(tǒng)安全機(jī)制處理禁止輸出輸出強(qiáng)制關(guān)閉7.3輸入功能安全的要求DSP芯片應(yīng)正確提供輸入功能，包含但不限于正確的模擬采集功能，正確的數(shù)字采集功能，正確的傳感器采集功能，正確的外部通信功能。當(dāng)由于故障而造成輸入功能失效時(shí)，應(yīng)在故障處理時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入安全狀態(tài)，在故障退出、消除條件未滿足時(shí)，不應(yīng)該退出安全狀態(tài)。DSP芯片的安全狀態(tài)示例如表1所示。7.4輸出功能安全的要求T/WXIOTXXX-XXXXDSP芯片應(yīng)正確提供輸出功能，包含但不限于正確的模擬輸出功能，正確的數(shù)字輸出功能，正確的安全狀態(tài)支持功能，正確的外部通信功能。當(dāng)由于故障而造成輸出功能失效時(shí)，應(yīng)在故障處理時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入安全狀態(tài)，在故障退出、消除條件未滿足時(shí)，不應(yīng)該退出安全狀態(tài)。DSP芯片的安全狀態(tài)示例如表1所示。8可靠性要求按照SJ/T11875-2022要求，將汽車芯片的工作環(huán)境溫度分為5個(gè)等級(jí)：0等級(jí):-40℃~150℃;2等級(jí):-40℃~105℃;3等級(jí):-40℃~85℃;4等級(jí):0℃~70℃。DSP芯片應(yīng)滿足SJ/T11875-2022的1等級(jí)要求。6T/WXIOTXXX-XXXX附錄A（規(guī)范性）轉(zhuǎn)子位置獲取模塊功能組成要求轉(zhuǎn)子位置獲取模塊應(yīng)能夠獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，其功能組成要求根據(jù)位置檢測(cè)方式的不同而不同，如表A.1所示。轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)方式由芯片使用方明確。電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的傳感器包括霍爾元件、光電編碼器和旋轉(zhuǎn)變壓器等。旋轉(zhuǎn)變壓器的解碼方式包括硬件解碼和軟件解碼。硬件解碼是通過單獨(dú)的解碼芯片（例如：AnalogDevices公司的AD2S1210）產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)并接收旋轉(zhuǎn)變壓器的正、余弦模擬電信號(hào)，在解碼芯片內(nèi)部進(jìn)行解碼，得到角度值的數(shù)字信號(hào)，通過串行或并行接口傳輸?shù)紻SP芯片。軟件解碼是通過DSP芯片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變壓器的激勵(lì)信號(hào)，并通過其ADC模塊接收旋轉(zhuǎn)變壓器的正、余弦模擬信號(hào)，在DSP芯片內(nèi)部通過解碼程序得到角度值。表A.1轉(zhuǎn)子位置獲取模塊功能組成要求位置檢測(cè)方式位置獲取模塊功能組成要求霍爾元件應(yīng)具有I/O口，用于接收霍爾元件的數(shù)字信號(hào)光電編