電動(dòng)汽車的分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車的分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制裝置，屬于汽車控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能、環(huán)保與安全是汽車可持續(xù)發(fā)展面臨的三大挑戰(zhàn)，為了解決三大挑戰(zhàn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和底盤(pán)系統(tǒng)的集成控制成為汽車控制技術(shù)發(fā)展的主流趨勢(shì)。近年來(lái)，在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，將發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、差速器、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及懸架系統(tǒng)綜合起來(lái)實(shí)現(xiàn)集成控制的相關(guān)研究成為熱點(diǎn)，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)+變速器+驅(qū)動(dòng)防滑+制動(dòng)防抱死集成控制技術(shù)、制定防抱死+驅(qū)動(dòng)防滑+車輛穩(wěn)定性控制集成控制技術(shù)以及更加綜合的動(dòng)力系統(tǒng)+制動(dòng)系統(tǒng)+轉(zhuǎn)向系統(tǒng)+懸架系統(tǒng)集成的車輛動(dòng)力學(xué)集成控制技術(shù)等相繼被推出，其中部分已經(jīng)獲得了商業(yè)化、大規(guī)模推廣，如ESP (電子穩(wěn)定陳程序)和VDC(車輛動(dòng)力學(xué)控制系統(tǒng))等。值得注意的是，在多數(shù)文獻(xiàn)中都特別指出:在汽車動(dòng)力和底盤(pán)控制系統(tǒng)的集成中，各系統(tǒng)的功能干涉問(wèn)題需要被合理解決，諸如車輪打滑和車輛側(cè)向失穩(wěn)通常會(huì)同時(shí)發(fā)生，驅(qū)動(dòng)防滑和電子穩(wěn)定程序以及主動(dòng)轉(zhuǎn)向控制單元可能對(duì)給出不同的控制命令，從而導(dǎo)致功能干涉，而從汽車動(dòng)力學(xué)的角度，車輪打滑控制應(yīng)具有最高的優(yōu)先權(quán)、其次是解決穩(wěn)定性問(wèn)題、再次是解決轉(zhuǎn)向操縱性能問(wèn)題，三種應(yīng)用控制作用需要共同施加。為了實(shí)現(xiàn)類似的功能集成，逐級(jí)干預(yù)式分層集成控制結(jié)構(gòu)方案被提出，并很有效地解決了功能干涉問(wèn)題。
[0003]對(duì)于電動(dòng)汽車，由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比發(fā)動(dòng)機(jī)及液力變速器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有響應(yīng)速度快、控制精度高的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)更加靈活、高效的控制，從而為系統(tǒng)集成控制提供了更大空間。特別地，隨著電驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，采用輪轂或輪邊電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)汽車的4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車近年來(lái)獲得了快速發(fā)展。通過(guò)主動(dòng)調(diào)節(jié)4個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)驅(qū)動(dòng)+操縱控制+驅(qū)動(dòng)防滑+制動(dòng)防抱死等多種應(yīng)用控制功能的集成，可為電動(dòng)汽車經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和操縱穩(wěn)定性的提升帶來(lái)很大潛力。J.Park等在文獻(xiàn)(Torque distribut1nalgorithm for an independently driven electric vehicle using a fuzzy controlmethod ,energies，2015)中針對(duì)4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車提出了一種綜合節(jié)能策略+加速策略+轉(zhuǎn)向策略+防滑策略的逐級(jí)干預(yù)式分層集成轉(zhuǎn)矩分配方案，理論上有效地解決了安全、操縱和節(jié)能兼顧問(wèn)題。但相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的集成控制需要實(shí)現(xiàn)更多的電子控制部件包括傳感器、控制器和執(zhí)行器的互連，當(dāng)前采用CAN協(xié)議車載網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連是電動(dòng)汽車工程中常采用的技術(shù)手段。然而CAN網(wǎng)絡(luò)的使用會(huì)額外地引入新的問(wèn)題，如由于網(wǎng)絡(luò)帶寬受限、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量大導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)擴(kuò)展能力差等問(wèn)題。Z.Shui等人在文南犬("Lateral mot1n control for four-wheel-1ndependent-driveelectric vehicles using optimal torque allocat1n and dynamic messagepr1rity scheduling ,Control Engineering Practice，2014")中指出:在通過(guò)轉(zhuǎn)矩分配實(shí)現(xiàn)4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的操縱性能控制中，CAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響車輛側(cè)向運(yùn)動(dòng)控制的性能，甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。該文獻(xiàn)提出了一種基于模型決策的優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)調(diào)整方法，一定程度上改善了延時(shí)對(duì)系統(tǒng)控制性能的影響問(wèn)題，但該方法不關(guān)注網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量降低及系統(tǒng)擴(kuò)展能力問(wèn)題，因此對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的改進(jìn)程度有限，且不利于系統(tǒng)擴(kuò)展，同時(shí)該方法僅針對(duì)單個(gè)控制任務(wù)，不適用于多任務(wù)分層式集成。G.Qin等在文獻(xiàn)(HmcontroI offour-wheel-1ndependent drive electric vehicles with random time-varyingdelays ,Mathematical problems in engineering，2015)中提出了一種魯棒控制方法，用于解決CAN協(xié)議網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)導(dǎo)致的4輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車操縱控制性能下降、甚至失穩(wěn)的問(wèn)題。魯棒控制一定程度上改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但具有保守性，不能有效改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量問(wèn)題不關(guān)注，也不適用于多任務(wù)分層式集成。
[0004]當(dāng)前現(xiàn)有的方法都不能有效解決電動(dòng)汽車的干預(yù)式分層集成控制問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)汽車的分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制裝置，采用一種分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制方法，特別適用于網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬受限、多種應(yīng)用分層式集成、對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求高的電動(dòng)汽車強(qiáng)實(shí)時(shí)性動(dòng)力和底盤(pán)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)抑制數(shù)據(jù)發(fā)送周期、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)對(duì)多應(yīng)用分層式集成控制性能的影響，保證集成系統(tǒng)響應(yīng)的快速，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量、提高系統(tǒng)的擴(kuò)展能力。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]電動(dòng)汽車的分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制裝置，包括η個(gè)控制層，每個(gè)控制層又包括比較模塊、控制器模塊、調(diào)度器模塊和綜合模塊;比較模塊接受駕駛員指令，同時(shí)比較模塊通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與車輛的各個(gè)傳感器連接;比較模塊輸出端分別與控制器模塊、調(diào)度器模塊連接;控制器模塊的輸出端、調(diào)度器模塊的輸出端分別與綜合模塊連接；
[0008]處于頂端的第I個(gè)控制層負(fù)責(zé)處理并輸出初始命令;第2個(gè)控制層至底端第η個(gè)控制層的控制器模塊、調(diào)度器模塊依次接收并動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)來(lái)自上層控制層綜合模塊的命令;最終由處于底端第η個(gè)控制層的綜合模塊通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給車輛執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)干預(yù)式分層集成控制效果；
[0009]各控制層的比較模塊，用于實(shí)現(xiàn)本控制層的目標(biāo)參數(shù)與實(shí)際參數(shù)的比較以產(chǎn)生控制性能參數(shù)；
[0010]各控制層的控制器模塊，負(fù)責(zé)本控制層實(shí)現(xiàn)根據(jù)控制性能依據(jù)相應(yīng)的策略和算法處理計(jì)算產(chǎn)生控制命令；
[0011]各控制層的調(diào)度器模塊，負(fù)責(zé)本控制層產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)送周期和優(yōu)先級(jí)調(diào)度命令；
[0012]各控制層的綜合模塊，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)本控制層的控制命令和調(diào)度命令的組合。
[0013]電動(dòng)汽車的分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制裝置，采用分層式控制，各分層同時(shí)包含控制策略和調(diào)度策略，各分層的控制策略和調(diào)度策略均可獨(dú)立設(shè)定，在實(shí)現(xiàn)逐級(jí)干預(yù)式分層集成控制過(guò)程中，各層對(duì)命令動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的優(yōu)先權(quán)從頂端至底端依次提高，由此從縱向角度，信息的發(fā)送需要接受多個(gè)控制層的動(dòng)態(tài)管理，即形成分層式控制器和分層式調(diào)度器。
[0014]具體的，各層的調(diào)度器模塊的輸入?yún)?shù)、調(diào)度策略根據(jù)功能的需求獨(dú)立的處理，但輸出參數(shù)必須保證一致即要求輸出調(diào)度命令可以直接綜合;各層的調(diào)度器模塊既包括發(fā)送周期調(diào)度策略，又包括發(fā)送優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略，兩類策略均需根據(jù)控制性能要求設(shè)定;其中發(fā)送周期調(diào)度策略可采用定周期發(fā)送模式；而發(fā)送優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略既可采用固定優(yōu)先級(jí)模式，也可以采用基于控制性能參數(shù)的變優(yōu)先級(jí)調(diào)度模式；同時(shí)各層調(diào)度器模塊還需設(shè)置干預(yù)門限，只有控制性能高于干預(yù)門限時(shí)，調(diào)度器模塊才被觸發(fā)施加新的調(diào)度策略動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，否則不干預(yù)即不改變來(lái)自上層的調(diào)度命令;干預(yù)門限的設(shè)置可通過(guò)定義并評(píng)估控制性能評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015]各層的控制器模塊的輸入?yún)?shù)、控制策略根據(jù)控制功能的不同而不同，但輸出參數(shù)必須保證一致，即要求上下層間控制輸出命令可以直接綜合。
[0016]本發(fā)明提供的電動(dòng)汽車的分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制裝置，根據(jù)系統(tǒng)分層式集成控制特點(diǎn)，采用一種分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)化控制方法，可以抑制發(fā)送周期、網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)延時(shí)對(duì)各種應(yīng)用控制性能的影響、保證多種應(yīng)用集成系統(tǒng)響應(yīng)的快速性，同時(shí)降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸量;該控制裝置采用基于控制性能參數(shù)的分層式調(diào)度器，不需要系統(tǒng)的精確模型，不需要額外采集狀態(tài)信息，簡(jiǎn)單、實(shí)用;且分層式的調(diào)度策略結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)各層調(diào)度器的獨(dú)立式調(diào)節(jié)進(jìn)而可達(dá)到集成控制系統(tǒng)的局部式調(diào)節(jié)效果，相比非分層式調(diào)度方案，具有更加靈活、精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，更加適用于電動(dòng)汽車集成應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為實(shí)施例的控制系統(tǒng)干預(yù)式分層集成車輛控制執(zhí)行解析圖；
[0019]圖3為實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)化控制執(zhí)行解析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明根據(jù)電動(dòng)汽車的集成控制特點(diǎn)，采用分層式動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)