本发明涉及汽车电子零部件技术领域，具体涉及一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法。
背景技术：
汽车是“改变世界的机器”、推动社会进步的车轮，汽车已经成为我们日常生活中不可或缺的重要组成部分。随着汽车工业的“智能化”“网联化”发展，车用传感器在车上应用价值越来越高。与此同时，汽车的安全性也有了更高的要求和标准，汽车上的各类旋转转轴类的转角及转速的检测要求的安全性和可靠性也随之有了更为严苛的标准。
博世关于转角传感器cn1090315c的专利申请中，对转角传感器的结构和实现方法进行了阐述，其不足之处在于当该传感器处于故障状态或未知工况如传感器失效、损坏或传感器输入电源过压或欠压时无法保证传感器输出角度的可靠性，也无法保证输出角度是否有效。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法，它解决了当前角度位置传感器方案中由于各种未知因素导致的角度位置传感器失效和检测角度不准确的情况，提高了产品的安全性和可靠性,同时采用本设计方案的硬件产品在功能安全的fmeda(失效模式影响和诊断分析)分析中达到了asil-b等级技术标准。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案是：它的硬件方案包含主控芯片1、第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3、电源管理系统4、can收发器5、外部设备6，主控芯片1和第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间通过两种通信方式ssc、pwm进行通信连接，主控芯片1的左侧与can收发器5通信连接，can收发器5与外部设备6电性连接，主控芯片1与电源管理系统4通信连接，它的软件方案包含转角位置传感器快速自检的方案、多节点电压检测机制、主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间多种方式通信，不同通信方式间数据相互校验的通信方案、主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3进行数据传输时交叉校验的数据校验方案，它的故障诊断方法为：在第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3完成初始化之后，主控芯片1向第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3发送自检命令，第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3收到自检命令后将第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3的信号采集通道连接到自检信号测试通道，然后第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3控制自检信号测试通道根据主控芯片1的指令输出多个位置信号，第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3采集到该位置信号并将此信号发送给主控芯片1，主控芯片1判断第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3检测到的信号与测试通道输出的信号是否一致，若一致，主控芯片1判断第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3当前工作正常，若检测到的信号与输出信号差值较小，则主控芯片1认为第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3当前工作状态不可靠，并根据检测到的信号与输出信号的关系对第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3检测到的位置信息进行校正，若检测到的信号与输出的信号差值较大或者未检测到信号，主控芯片1判断巨磁电阻传感器工作异常或已经失效，此时主控芯片1将传感器故障状态通过can收发器5发出，并进入故障模式。
所述的转角位置传感器快速自检的方案为：在转角位置传感器上电初始化及巨磁电阻传感器初始化之后的20毫秒之内，主控芯片1会向第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3发送自检命令和自检寄存器配置信息，第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3接收到自检命令之后会将ad采样通道从位置信息通道切换到由自检寄存器控制的ad模拟输出通道，之后ad模拟输出通道会输出由自检寄存器控制的一系列固定的自检信号如0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°等，同时通过ad采样通道采集这些信号并将这些信号发送给主控芯片1，主控芯片1根据第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3返回的数据判断转角位置传感器是否能够正常工作进而判断采集到的位置信息是否有效，若未接收到自检信号或者接受到的自检信号与输出的自检信号间误差较大如误差超过10°，主控芯片1认为当前转角位置传感器无法正常工作，会将故障状态通过can报文发出，并进入故障模式，若检测到的自检信号与输出信号有较小的误差，主控芯片会根据检测到的位置信号与输出的位置信号作对比，如果所有检测到的值均略低于或高于输出信号的值如5°，则认为当前巨磁电阻传感器可能因受到温度干扰导致位置信号采集不正确，主控芯片计算出此误差并记录，在转角位置传感器工作的过程中主控芯片1会将这个第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3检测到的所有位置信号均加上或减去这个误差值之后再进行计算，如果检测到的信号与输出的自检信号的误差为三角函数如正弦/余弦的关系，则认为当前转角位置传感器硬件连接可能存在误差，在转角位置传感器工作的过程中主控芯片1会根据这些误差值对第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3采集到的信号进行查表修正，转角位置传感器通过上电自检工作可以在系统上电之后快速、准确地判断当前转角位置传感器是否存在硬件故障或由环境因素导致的工作异常，并且可以在干扰因素较弱的时候通过自校正消除这些干扰的影响，同时通过can收发器5将转角位置传感器当前工作状态如工作正常、自检存在误差、自检失败故障等发送给外部设备6。
所述的多节点电压检测机制为：在传感器工作的过程中，主控芯片1会通过ad采样通道对转角位置传感器输入的电压及主控芯片1供电电压进行监控，判断转角位置传感器输入电压是否在16-28伏之间，若供电压低于16伏，此时转角位置传感器工作在欠压状态，各工作芯片的供电可能不足，从而导致转角位置传感器检测到的位置信息不准确，此时主控芯片1会将转角位置传感器输入欠压状态通过can收发器5发送给外部设备6并停止位置信号输出，若供电电压高于28伏，转角位置传感器此时工作在过压状态，长期工作时电源管理芯片可能因无法长期承受此电压而损坏，从而导致整个转角位置传感器无法工作或损坏，此时主控芯片1会将转角位置传感器输入过压状态通过can收发器5发送给外部设备6并通过power_hold信号控制电源芯片停止工作，若供电电压长期处于不稳定状态，可能会导致电源管理芯片工作及输出电压不稳定，也有可能导致电源管理芯片及其他芯片损坏，此时主控芯片1会将转角位置传感器输入电压不稳定状态通过can收发器5发送给外部设备6并通过power_hold信号控制电源芯片停止给其他芯片的电压输出，同样的，主控芯片1及第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3会对各自供电电压进行检测并判断是否存在过压、欠压及电压不稳定的情况，主控芯片1根据监控的各点电压状态判断传感器供电电压是否正常，进一步判断传感器工作是否正常。
所述的主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间多种方式通信，不同通信方式间数据相互校验的通信方案为：转角位置传感器工作时，主控芯片1和第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间同时使用ssc和pwm两种方式进行通信，即：主控芯片1同时采集第一巨磁电阻传感器2通过ssc协议和pwm信号发送的两个位置信息，若采集到的两个位置信息一致，则认为第一巨磁电阻传感器2当前能够与主控芯片1正常通信，否则认为第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3与主控芯片1间通信出现故障，此时主控芯片1通过第二巨磁电阻传感器3获取的位置信号判断出第一巨磁电阻传感器2与主控芯片1间存在故障的通信方式，同时，转角位置传感器使用第一巨磁电阻传感器2中无故障的通信方式获取的位置信息进行当前位置信号的计算，并将传感器内部通信故障状态通过can收发器5发出，若主控芯片1通过两种通信方式均无法与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3取得通信或者两种通信方式获取的位置信号均为无效信号，主控芯片1认为第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3发生不可恢复故障，将故障状态通过can收发器5发出并进入故障模式。
所述的主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3进行数据传输时交叉校验的数据校验方案为：转角位置传感器工作的过程中，主控芯片1会对第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3采集到的位置信息进行一致性判断，即对两个信号的变化方向、变化趋势等进行比较，判断两个巨磁电阻传感器检测到的位置信号是否同步，若不同步且未检测到通信故障则主控芯片1认为当前第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3中的一个已经失效，此时传感器进入故障模式并将故障信息通过can收发器5发送给外部设备6，同样的主控芯片1会对第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3检测到的位置信息进行合理性判断，即通过第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3中的一个的当前位置信号计算出另一个的当前理论位置信号，并与之当前采集到的实际信号作对比，若计算出来的理论信号与实际信号误差过大，则认为第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3中的一个工作异常或者转角位置传感器当前工作异常，转角位置传感器会进入故障模式并将故障信息通过can收发器5发送出去。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：它解决了当前角度位置传感器方案中由于各种未知因素导致的角度位置传感器失效和检测角度不准确的情况，提高了产品的安全性和可靠性,同时采用本设计方案的硬件产品在功能安全的fmeda(失效模式影响和诊断分析)分析中达到了asil-b等级技术标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统硬件示意图图；
图2是本发明中上电过程系统自检流程图；
图3是本发明中多节点电压检测机制示意图。
附图标记说明：主控芯片1、第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3、电源管理系统4、can收发器5、外部设备6。
具体实施方式
参看图1-图3所示，本具体实施方式采用的技术方案是它的硬件方案包含主控芯片1、第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3、电源管理系统4、can收发器5、外部设备6，主控芯片1和一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间通过两种通信方式ssc、pwm进行通信连接，主控芯片1的左侧与can收发器5通信连接，can收发器5与外部设备6电性连接，主控芯片1与电源管理系统4通信连接，它的软件方案包含转角位置传感器快速自检的方案、多节点电压检测机制、主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间多种方式通信方案、主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3进行数据传输时交叉校验的数据校验方案。
所述的转角位置传感器快速自检的方案能够在很短的时间内检测出第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3工作是否正常，从而判断第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3读取的位置信息的可靠性。有效避免了转角位置传感器在工作时，因第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3失效、损坏或者环境因素变化如温度过高、过低等因素导致的第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3检测到的位置信息与实际位置存在误差进而导致转角位置传感器输出数据不可靠的情况，解决了下电时第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3有损坏和因其他环境因素导致的转角位置传感器输出角度异常的情况，确保转角位置传感器工作时检测的位置信息的准确性和可靠性。
所述的多节点电压检测机制，该机制可以检测出转角位置传感器、主控芯片1及第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3当前工作电压是否存在过压、欠压及电压波动较大等情况，可以有效避免因供电导致的传感器工作不正常进而导致检测的位置信息不准确的情况，也可以避免传感器因长期工作在过压、欠压、电压不稳定等情况下导致的损坏，提高转角位置传感器检测的位置信息的准确性和可靠性。
所述的主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3之间多种方式通信，不同通信方式间数据相互校验的通信方案可以有效避免单通信方式中容易出现的由硬件问题引起的主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3间通信失败、通信数据缺失等可能导致传感器检测到的位置不准确的情况，通过两种通信加校验的方式，可以有效避免因数据传输导致的转角位置传感器无法正常工作的情况，也可以在转角位置传感器内部发生通信故障时快速地定位并排除故障，使得传感器监测到的位置信息更加安全可靠。
所述的主控芯片1与第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3进行数据传输时交叉校验的数据校验方案可以有效避免传感器工作异常或第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3异常导致的转角位置传感器检测到的位置值无效的情况，确保转角位置传感器输出位置信息的可靠性，通过对第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3监测到的位置信号的校验，可以在第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3出现故障时快速发现故障，并可以采取相应的处理措施，防止转角位置传感器工作过程中因第一巨磁电阻传感器2、第二巨磁电阻传感器3异常导致的转角位置传感器工作异常，有效的提高了传感器的安全性和可靠性。
采用上述技术方案后，本发明有益效果为：它解决了当前角度位置传感器方案中由于各种未知因素导致的角度位置传感器失效和检测角度不准确的情况，提高了产品的安全性和可靠性,同时采用本设计方案的硬件产品在功能安全的fmeda(失效模式影响和诊断分析)分析中达到了asil-b等级技术标准。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
1.一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法,其特征在于：它的硬件方案包含主控芯片(1)、第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)、电源管理系统(4)、can收发器(5)、外部设备(6)，主控芯片(1)和第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)之间通过两种通信方式ssc、pwm进行通信连接，主控芯片(1)的左侧与can收发器(5)通信连接，can收发器(5)与外部设备(6)电性连接，主控芯片(1)与电源管理系统(4)通信连接，它的软件方案包含转角位置传感器快速自检的方案、多节点电压检测机制、主控芯片(1)与第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)之间多种方式通信，不同通信方式间数据相互校验的通信方案、主控芯片(1)与第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)进行数据传输时交叉校验的数据校验方案，它的故障诊断方法为：在第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)完成初始化之后，主控芯片(1)向第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)发送自检命令，第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)收到自检命令后将第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)的信号采集通道连接到自检信号测试通道，然后第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)控制自检信号测试通道根据主控芯片(1)的指令输出多个位置信号，第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)采集到该位置信号并将此信号发送给主控芯片(1)，主控芯片(1)判断第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)检测到的信号与测试通道输出的信号是否一致，若一致，主控芯片(1)判断第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)当前工作正常，若检测到的信号与输出信号差值较小，则主控芯片(1)认为第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)当前工作状态不可靠，并根据检测到的信号与输出信号的关系对第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)检测到的位置信息进行校正，若检测到的信号与输出的信号差值较大或者未检测到信号，主控芯片(1)判断巨磁电阻传感器工作异常或已经失效，此时主控芯片(1)将传感器故障状态通过can收发器(5)发出，并进入故障模式。
2.根据权利要求1所述的一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法，其特征在于：所述的转角位置传感器快速自检的方案为：在转角位置传感器上电初始化及巨磁电阻传感器初始化之后的20毫秒之内，主控芯片(1)会向第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)发送自检命令和自检寄存器配置信息，第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)接收到自检命令之后会将ad采样通道从位置信息通道切换到由自检寄存器控制的ad模拟输出通道，之后ad模拟输出通道会输出由自检寄存器控制的一系列固定的自检信号如0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、(315)°等，同时通过ad采样通道采集这些信号并将这些信号发送给主控芯片(1)，主控芯片(1)根据第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)返回的数据判断转角位置传感器是否能够正常工作进而判断采集到的位置信息是否有效，若未接收到自检信号或者接受到的自检信号与输出的自检信号间误差较大如误差超过10°，主控芯片(1)认为当前转角位置传感器无法正常工作，会将故障状态通过can报文发出，并进入故障模式，若检测到的自检信号与输出信号有较小的误差，主控芯片会根据检测到的位置信号与输出的位置信号作对比，如果所有检测到的值均略低于或高于输出信号的值如5°，则认为当前巨磁电阻传感器可能因受到温度干扰导致位置信号采集不正确，主控芯片计算出此误差并记录，在转角位置传感器工作的过程中主控芯片(1)会将这个第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)检测到的所有位置信号均加上或减去这个误差值之后再进行计算，如果检测到的信号与输出的自检信号的误差为三角函数如正弦/余弦的关系，则认为当前转角位置传感器硬件连接可能存在误差，在转角位置传感器工作的过程中主控芯片(1)会根据这些误差值对第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)采集到的信号进行查表修正，转角位置传感器通过上电自检工作可以在系统上电之后快速、准确地判断当前转角传感器是否存在硬件故障或由环境因素导致的工作异常，并且可以在干扰因素较弱的时候通过自校正消除这些干扰的影响，同时通过can收发器(5)将转角位置传感器当前工作状态如工作正常、自检存在误差、自检失败故障等发送给外部设备(6)。
3.根据权利要求1所述的一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法，其特征在于：所述的多节点电压检测机制为：在传感器工作的过程中，主控芯片(1)会通过ad采样通道对转角位置传感器输入的电压及主控芯片(1)供电电压进行监控，判断转角位置传感器输入电压是否在16-28伏之间，若供电压低于16伏，此时转角位置传感器工作在欠压状态，各工作芯片的供电可能不足，从而导致转角位置传感器检测到的位置信息不准确，此时主控芯片(1)会将转角位置传感器输入欠压状态通过can收发器(5)发送给外部设备(6)并停止位置信号输出，若供电电压高于28伏，转角位置传感器此时工作在过压状态，长期工作时电源管理芯片可能因无法长期承受此电压而损坏，从而导致整个转角位置传感器无法工作或损坏，此时主控芯片(1)会将转角位置传感器输入过压状态通过can收发器(5)发送给外部设备(6)并通过power_hold信号控制电源芯片停止工作，若供电电压长期处于不稳定状态，可能会导致电源管理芯片工作及输出电压不稳定，也有可能导致电源管理芯片及其他芯片损坏，此时主控芯片(1)会将转角位置传感器输入电压不稳定状态通过can收发器(5)发送给外部设备(6)并通过power_hold信号控制电源芯片停止给其他芯片的电压输出，同样的，主控芯片(1)及第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)会对各自供电电压进行检测并判断是否存在过压、欠压及电压不稳定的情况，主控芯片(1)根据监控的各点电压状态判断传感器供电电压是否正常，进一步判断传感器工作是否正常。
4.根据权利要求1所述的一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法，其特征在于：所述的主控芯片(1)与第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)之间多种方式通信，不同通信方式间数据相互校验的通信方案为：转角位置传感器工作时，主控芯片(1)和第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)之间同时使用ssc和pwm两种方式进行通信，即：主控芯片(1)同时采集第一巨磁电阻传感器(2)通过ssc协议和pwm信号发送的两个位置信息，若采集到的两个位置信息一致，则认为第一巨磁电阻传感器(2)当前能够与主控芯片(1)正常通信，否则认为第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)与主控芯片(1)间通信出现故障，此时主控芯片(1)通过第二巨磁电阻传感器(3)获取的位置信号判断出第一巨磁电阻传感器(2)与主控芯片(1)间存在故障的通信方式，同时，转角位置传感器使用第一巨磁电阻传感器(2)中无故障的通信方式获取的位置信息进行当前位置信号的计算，并将传感器内部通信故障状态通过can收发器(5)发出，若主控芯片(1)通过两种通信方式均无法与第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)取得通信或者两种通信方式获取的位置信号均为无效信号，主控芯片(1)认为第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)发生不可恢复故障，将故障状态通过can收发器(5)发出并进入故障模式。
5.根据权利要求1所述的一种转角位置传感器的软硬件设计方案及其故障诊断方法，其特征在于：所述的主控芯片(1)与第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)进行数据传输时交叉校验的数据校验方案为：转角位置传感器工作的过程中，主控芯片(1)会对第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)采集到的位置信息进行一致性判断，即对两个信号的变化方向、变化趋势等进行比较，判断两个巨磁电阻传感器检测到的位置信号是否同步，若不同步且未检测到通信故障则主控芯片(1)认为当前第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)中的一个已经失效，此时传感器进入故障模式并将故障信息通过can收发器(5)发送给外部设备(6)，同样的主控芯片(1)会对第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)检测到的位置信息进行合理性判断，即通过第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)中的一个的当前位置信号计算出另一个的当前理论位置信号，并与之当前采集到的实际信号作对比，若计算出来的理论信号与实际信号误差过大，则认为第一巨磁电阻传感器(2)、第二巨磁电阻传感器(3)中的一个工作异常或者转角位置传感器当前工作异常，转角位置传感器会进入故障模式并将故障信息通过can收发器(5)发送出去。
技术总结