專利名稱：一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國(guó)內(nèi)外混合動(dòng)力車輛的控制系統(tǒng)普遍采用的控制方法為混合動(dòng)力整車控制器(HCU)作為高級(jí)管理層，從總線上獲得外部輸入和車輛狀態(tài)信息，再通過(guò)總線向發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池、變速器和制動(dòng)控制器等發(fā)送相關(guān)控制參數(shù)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池、變速器、制動(dòng)控制器等均只作為混合動(dòng)力系統(tǒng)的執(zhí)行器，接收來(lái)自混合動(dòng)力整車控制器(HCU)的指令并進(jìn)行相應(yīng)的操作。目前這種控制系統(tǒng)架構(gòu)雖然采用了總線結(jié)構(gòu)，但實(shí)質(zhì)上與傳統(tǒng)的集成式控制并無(wú)很大差異。具體地說(shuō)，雖然這種控制架構(gòu)也采用了目前普遍應(yīng)用的總線結(jié)構(gòu)，但并沒(méi)有整體考慮總線的負(fù)載率和所有硬件的資源利用率，而是主觀的集整車能量管理、模式切換搭接過(guò)程、換擋決策等所有控制任務(wù)施加于混合動(dòng)力整車控制器這一個(gè)控制器。這樣，繁瑣的控制任務(wù)的過(guò)于集中對(duì)混合動(dòng)力整車控制器的要求非常高，要實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的算法非常困難，而且這樣控制的實(shí)時(shí)性不好，導(dǎo)致ECU內(nèi)部任務(wù)間調(diào)度延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)、系統(tǒng)級(jí)信號(hào)端到端延時(shí)等現(xiàn)象大量發(fā)生，還容易出現(xiàn)“單點(diǎn)失效”等毀滅性錯(cuò)誤。因此，迫切需要對(duì)混合動(dòng)力車輛現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行革新。

實(shí)用新型內(nèi)容有鑒于此，本實(shí)用新型提出了一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，以更加合理的使用整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件資源，降低總線負(fù)載率，提高系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括任務(wù)分配系統(tǒng)和任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，所述任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)包括多個(gè)控制單元和總線，所述多個(gè)控制單元由所述總線相連，每個(gè)所述控制單元運(yùn)行所述任務(wù)分配系統(tǒng)所分配的任務(wù)，所述多個(gè)控制單元包括混合動(dòng)力整車控制器HCU、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、電機(jī)控制器MCU、電池管理系統(tǒng)BMS和機(jī)械式自動(dòng)變速箱控制器T⑶。優(yōu)選地,所述總線是CAN總線或FlexRay總線。從上述方案中可以看出，本實(shí)用新型以總線上的數(shù)據(jù)量最少為目標(biāo)，能夠合理的利用已有的硬件資源降低總線負(fù)載率，有效提高混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性。

下面將通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本實(shí)用新型的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖I是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；[0010]圖2是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是具體實(shí)施方式
中任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型示意圖；圖4是具體實(shí)施方式
中任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型示意圖；圖5不出了具體實(shí)施方式
中任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖；圖6是具體實(shí)施方式
中利用遺傳算法的任務(wù)分配方案進(jìn)化曲線圖；圖7是具體實(shí)施方式
中任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)分配后的有向無(wú)環(huán)圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。為了克服混合動(dòng)力車輛現(xiàn)有的集成式控制架構(gòu)的不足，本實(shí)用新型在分布式硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立了一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，獲取控制任務(wù)的特征參數(shù)，以總線上的數(shù)據(jù)量最少為目標(biāo)，從而將多個(gè)控制任務(wù)分配到多個(gè)控制單元中。下面，通過(guò)具體實(shí)施方式
來(lái)詳細(xì)地介紹本實(shí)用新型的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)。圖I是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖I所示，混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)包括任務(wù)分配系統(tǒng)I和任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)2，所述任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)2包括多個(gè)控制單元和總線26，所述多個(gè)控制單元由所述總線26相連，所述任務(wù)分配系統(tǒng)I基于確定的任務(wù)特征參數(shù)，以所述總線26上的數(shù)據(jù)傳輸量最小為目標(biāo)，將一個(gè)或多個(gè)任務(wù)分配到所述多個(gè)控制單元中，每個(gè)所述控制單元可運(yùn)行所述任務(wù)分配系統(tǒng)2所分配的任務(wù)。由于上述分布式控制系統(tǒng)中的任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)2是由多個(gè)處理器按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合而成的，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮控制器之間的功能分配和任務(wù)協(xié)調(diào)。任務(wù)分配系統(tǒng)I將任務(wù)分配到各個(gè)處理器中，從系統(tǒng)的角度設(shè)定了每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和任務(wù)周期?；旌蟿?dòng)力車輛的控制系統(tǒng)硬件部分采用分布式設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。如圖1、2中所示，分布式控制系統(tǒng)中的控制器包括混合動(dòng)力整車控制器(HCU) 21、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS) 22、電機(jī)控制器(MCU) 23、電池管理系統(tǒng)(BMS) 24和機(jī)械式自動(dòng)變速箱(AMT)控制器(TCU) 25等5個(gè)控制器。這些控制器在整個(gè)分布式控制架構(gòu)中層級(jí)平等，沒(méi)有隸屬關(guān)系，控制器之間通過(guò)CAN總線26進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)和動(dòng)力系統(tǒng)信息的共享，控制指令的接收和發(fā)送等，共同完成系統(tǒng)的分布式任務(wù)執(zhí)行功能。HCU21是混合動(dòng)力控制系統(tǒng)的核心，也是整車運(yùn)行過(guò)程中的關(guān)鍵控制部件，直接影響著整車的性能。EMS22是來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸出、怠速、停機(jī)等運(yùn)行狀態(tài)。MCU23根據(jù)當(dāng)前工況控制電機(jī)處于四種工作狀態(tài)之一電機(jī)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)狀態(tài)、調(diào)速狀態(tài)或空轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和運(yùn)行狀態(tài)等。TCU24用來(lái)實(shí)現(xiàn)離合器的分離/接合控制以及AMT的換檔控制。BMS25的主要工作是實(shí)時(shí)采集單體電池的電壓和電池組的電壓、電流、溫度等信肩、O為了通過(guò)具體實(shí)施方式
的任務(wù)分配系統(tǒng)I將一系列任務(wù)分配到任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)2的各個(gè)處理器中，首先要建立任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，其包括系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由若干控制器和將它們整合在一起的通訊介質(zhì)(總線)構(gòu)成。根據(jù)圖2中示出的混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，具體實(shí)施方式
以混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的HCU21、EMS22、MCU23、BMS24和T⑶25等5個(gè)主要控制器為對(duì)象，建立了如圖3所示的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型，P= {P1，P2^"，P5}表示控制器的集合，其中Pi表示第i個(gè)控制器，i為I到5的整數(shù)，而Hli表示相對(duì)應(yīng)的控制器Pi的存儲(chǔ)空間?；旌蟿?dòng)力車輛的控制系統(tǒng)控制器通常由CAN總線連在一起，在總線上傳輸?shù)牟煌臄?shù)據(jù)包可利用控制器的序號(hào)關(guān)系來(lái)進(jìn)行區(qū)分，S代表CAN總線的帶寬。圖4示出了具體實(shí)施方式
任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型?；旌蟿?dòng)力車輛任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)都運(yùn)行在特定的硬件平臺(tái)(輸入/輸出I/O、通信設(shè)備COM等)和操作系統(tǒng)(OS)上。從平臺(tái)的角度看，軟件系統(tǒng)由運(yùn)行在操作系統(tǒng)平臺(tái)上的一系列任務(wù)(T )構(gòu)成；從控制策略的角度看，這些任務(wù)和控制信號(hào)構(gòu)成了軟件系統(tǒng)的應(yīng)用事務(wù)，簡(jiǎn)稱為事務(wù)。事務(wù)是可以單獨(dú)完成某些控制功能的軟件組件，整個(gè)軟件系統(tǒng)包含多個(gè)事務(wù)，每個(gè)事務(wù)由一個(gè) 或多個(gè)有依賴關(guān)系的任務(wù)組成。例如，要實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車輛中高壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力控制，就必須經(jīng)過(guò)模擬信號(hào)采集、目標(biāo)軌壓計(jì)算、軌壓閉環(huán)調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)電磁閥輸出多個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的任務(wù)。事務(wù)與任務(wù)的映射關(guān)系如圖4所示。將混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)中的控制任務(wù)抽象為圖論中的頂點(diǎn)T i，任務(wù)之間的數(shù)據(jù)通訊量du抽象為圖論中的頂點(diǎn)之間的邊，就可用一個(gè)有向無(wú)環(huán)圖(DAG圖)G= ((，￥)表示，其中頂點(diǎn)集;= I^1, T2,..., T n}表示任務(wù)集合，它的每一個(gè)元素T i表示一個(gè)任務(wù)，具體實(shí)施方式
中的每個(gè)任務(wù)都包含以下指標(biāo)任務(wù)的最多指令條數(shù)Ii,任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗為Mi,任務(wù)的觸發(fā)周期為Ti,任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量屯。集合表示頂點(diǎn)之間的邊，邊的存在表示著兩個(gè)任務(wù)之間有數(shù)據(jù)交互，邊的方向表示任務(wù)執(zhí)行關(guān)系。圖G中無(wú)重復(fù)的頂點(diǎn)和邊交替出現(xiàn)的序列稱為圖G的一條路，從第一個(gè)任務(wù)到最后一個(gè)任務(wù)的一條完整的路，構(gòu)成了控制系統(tǒng)的一個(gè)事務(wù)。在具體實(shí)施方式
中的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)中，以能量流動(dòng)和扭矩傳遞為主線，考慮混合動(dòng)力系統(tǒng)的各種工作模式，將混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的整體控制策略分為37個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)分別運(yùn)行在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS) 21、電機(jī)控制器(MCU)
22,AMT控制器(jTCU) 23、電池管理系統(tǒng)(BMS) 24和整車控制器(HCU) 25等5個(gè)控制器的硬件平臺(tái)上，任務(wù)之間相互聯(lián)系共同完成整個(gè)系統(tǒng)控制功能?；谶@些任務(wù)，具體實(shí)施方式
中根據(jù)任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建了任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的有向無(wú)環(huán)圖，如圖5所示。在圖5中，每個(gè)任務(wù)都包含其序號(hào)和任務(wù)內(nèi)容，例如“I :發(fā)送機(jī)信號(hào)
率魚(yú)”坐
Tlv : 寸 o每個(gè)任務(wù)T i都包含以下性能參數(shù)指標(biāo)任務(wù)的最多指令條數(shù)Ii，任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗為Mi,任務(wù)的觸發(fā)周期為Ti,任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量屯。在具體實(shí)施方式
中，將所有的待分配的控制任務(wù)(例如圖5中所示出的37個(gè)任務(wù))放在同一個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行，即，將所有任務(wù)的軟件代碼導(dǎo)入采用基于PC機(jī)的VectorCAST軟件，便可以自動(dòng)得出每個(gè)任務(wù)的最多指令條數(shù)Ii,任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗為Mi,任務(wù)的觸發(fā)周期為Ti,任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量Cli等四個(gè)特征參數(shù)。由于上述硬件、軟件的使用方法以及這些特征參數(shù)的獲取運(yùn)算獲取方法都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因此在此不做過(guò)多描述。[0028]下面的表I是具體實(shí)施方式
中任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)的37個(gè)任務(wù)特征參數(shù)獲取結(jié)果。其中，任務(wù)周期的單位為毫秒(ms);任務(wù)之間交互的數(shù)據(jù)量用任務(wù)通訊的數(shù)據(jù)幀頻率表示，單位為幀/秒，比如任務(wù)I的100 — 2表示如果所有數(shù)據(jù)通訊都借助總線的話，任務(wù)I每秒鐘需要發(fā)送100幀數(shù)據(jù)給任務(wù)2 ;資源消耗用任務(wù)中所有變量占用的RAM空間大小表示，單位為字節(jié)(B)。表I控制任務(wù)的特征參數(shù)
權(quán)利要求1.一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括任務(wù)分配系統(tǒng)(I)和任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)(2)， 所述任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)(2)包括多個(gè)控制單元和總線(26)，所述多個(gè)控制單元由所述總線(26)相連，每個(gè)所述控制單元運(yùn)行所述任務(wù)分配系統(tǒng)(I)所分配的任務(wù)； 所述多個(gè)控制單元包括混合動(dòng)力整車控制器HCU (21)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS (22)、電機(jī)控制器MCU (23)、電池管理系統(tǒng)BMS (24)和機(jī)械式自動(dòng)變速箱控制器T⑶(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，所述總線(26)是CAN總線或FlexRay總線。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括任務(wù)分配系統(tǒng)和任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)，所述任務(wù)執(zhí)行系統(tǒng)包括多個(gè)控制單元和總線，所述多個(gè)控制單元由所述總線相連，每個(gè)所述控制單元可運(yùn)行所述任務(wù)分配系統(tǒng)所分配的任務(wù)。通過(guò)本實(shí)用新型技術(shù)方案，可以以更加合理的使用整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件資源，降低總線負(fù)載率，提高系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性。
文檔編號(hào)B60W10/11GK202806745SQ20122028506
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者席軍強(qiáng), 陳泳丹, 陳慧巖, 翟涌 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)