电动汽车的可信赖网控制动系统及控制方法与流程

本发明属于电动汽车制动控制技术及系统领域，具体为电动汽车的可信赖网控制动系统及控制方法。

背景技术：

制动性能是汽车的主要性能之一。制动性能评价指标包括制动效能、制动方向稳定性、抗热衰退性能。良好的制动性能需要在制动时合理地分配制动力，使之符合理想的制动力分配关系(如i曲线)，既要保证车辆的稳定性，又要保证车辆的转向能力。然而传统的机械制动难以实现理想的制动力分配。

线控制动系统使用线传技术采集传感信号和发送制动命令，取代了传统的机液制动装置，具有体积小、布置灵活、可控性好与响应速度快等特点，为实现理想的制动力分配提供了可能。然而随着大量传感器、执行器、和控制单元的应用，采用传统的点对点连接将导致线束和电气接口增加及安全隐患。因此工程应用中通常采用车载网络来实现线控系统的集成，使其成为一种多输入、多输出网络化控制系统。

另一方面，车载网络的使用将不可避免地引入信号传输延时、信号传输不同步以及车载网络故障等新的安全隐患。这些安全隐患将直接影响车辆制动状态信号采样与控制的实时性、同步性与可靠性，难以实现基于车轮状态信号反馈的理想制动力分配闭环式管理，成为电动汽车制动技术发展的新挑战。现有的线控制动技术研究大多聚焦于制动力优化分配策略或者硬件冗余容错等问题，并未考虑车载网络诱导的各种不确定性问题，均具有一定的局限性，无法满足电动汽车制动系统的实际应用需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提出一种电动汽车的可信赖网控制动系统及控制方法，可以有效解决网络诱导的信号传输延时、信号不同步及车载网络容错问题，提高车辆制动信号状态采样与控制的实时性、同步性和可靠性，实现基于车轮状态信号反馈的理想制动力分配闭环式管理，为改善车辆的制动效能、制动方向稳定性及容错能力提供技术支持。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：电动汽车的可信赖网控制动系统，包括多个车轮状态传感器节点、多个制动执行器节点、制动控制单元和双总线冗余车载网络；所述制动控制单元采用控制和调度相结合的双元管理架构方案，所述车轮状态传感器节点与制动控制单元之间通过双总线冗余车载网络相连，构成反馈通道，制动控制单元通过双总线冗余车载网络还与制动执行器节点相连，构成前向通道。

所述制动控制单元包括接收模块、控制器模块、调度器模块和发送模块；所述的接收模块通过双总线冗余车载网络与车轮状态传感器节点相连，接收模块还与控制器模块相连；调度器模块与控制器模块相连接，还与发送模块相连接；控制器模块与发送模块连接；发送模块通过双总线冗余车载网络与制动执行器节点即制动电机控制器连接；所述控制器模块用于实现制动力矩命令的计算与分配；所述调度器模块用于保证制动力矩分配命令的传输实时性与同步性。

所述的控制器模块采用基于理想制动力曲线(即i曲线)关系，进行前后制动力矩分配，接着基于前后车轮转速状态对前后制动力矩分配进行补偿调节，避免车辆制动力不足及制动打滑问题，形成基于车轮转速状态反馈的制动力分配闭环管理策略方案。

所述的调度器模块采用基于基本周期的柔性时间调度方法，实现数据传输的调度管理，具体是指：所述调度模块的调度策略采用两个基本周期循环实现，基本周期由制动控制单元通过发送参考帧或控制帧启动或终止，在两个基本周期内分别完成采样信号与控制信号的传输，其中采样信号的传输由参考帧以广播的方式启动发送，以实现采样信号的同步；控制信号的实施由参考帧以广播的方式通知制动执行器启动动作，以实现控制行为的同步。

其中，所述的基本周期的参数设计，为保证实时性，应满足以下条件约束调度不等式：

∑[max(tmessage)]＜tbase-cycle＜τmax，

其中，tbase-cycle为基本周期时间长度，tmessage表示指基本周期内调度命令、车轮转速信息、制动力分配命令的信息传输时间，τmax表示系统通道最大允许延时，∑[]表示指求和运算，max()表示求取最大值运算；s.t.表示受约束于，tmessage-schedule表示调度命令信号传输时间，tmessage-sensor表示车轮转速传感器采样信号传输时间，tmessage-control表示制动力分配命令信号传输时间，n表示车轮转速传感器个数,m表示车轮制动器节点个数。

本发明的有益效果是：

本发明硬件方面采用双总线冗余容错拓扑方案，同时算法方面采用控制和调度双元管理架构，采用基于基本周期的柔性时间调度方法，通过设计合理的基本周期长度，实现对网控制动系统的实时调度管理，有效抑制网络诱导的信号传输延时、信号传输不同步及车载网络故障，改善车辆制动控制的实时性、同步性与可靠性，为综合改善车辆的制动效能、制动方向稳定性及容错能力提供技术支持。

附图说明

图1为线控制动技术示意图；

图2为线控制动系统制动力分配原理图；

图3为理想前、后轮制动力分配曲线；

图4为本发明的网控制动系统示意图；

图5为本发明的制动系统的网络化控制系统原理图；

图6为实施例网控制动系统的调度表原理图；

图7(a)为采用传统控制方案的网络化控制执行效果图；

图7(b)为实施例采用本发明方案的网络化控制执行效果图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，为线控制动技术示意图，其采用线传技术采集传感信号和发送制动命令，取代了传统的机液制动装置，具有体积小、布置灵活、可控性好与响应速度快等特点，可以实现车轮制动力的独立控制。

如图2所示，采用四轮线控制动系统，可实现制动力的灵活分配，为实现理想的制动力分配提供了可能。其制动力分配原理如图3所示：四个车轮状态传感器将采集到的车轮状态信息反馈给制动控制单元，同时制动控制单元接收来自驾驶员的指令信息(电子制动踏板的速度信号和转角信号)，依据理想的前、后轮制动力分配曲线优化求解四轮目标制动力，并将目标制动力信号发送给制动执行器节点，实现车辆的线控制动。理想的制动力分配曲线如i曲线，i曲线如图3所示。

综上，采用四轮线控制动系统，可为改善车辆制动系统的制动效能和制动方向稳定性提供技术支持。

另一方面，如图2所示，大量传感器、执行器、和控制单元的应用也给集成控制带来了挑战，采用传统的点对点连接将导致线束和电气接口增加及安全隐患，无法满足工程应用需要，因此工程应用中通常采用车载网络来实现线控系统的集成，即形成网控制动系统，如图4所示，同时，为了改善制动系统的容错能力，设计中通常采用冗余网络，如双can总线。

如图5所示，从控制角度来说，网控制动系统已成为一种典型的多输入多输出网络化控制系统，该系统包括制动控制单元、4个车轮转速传感器节点、4个制动执行器节点、双总线冗余网络，其中车轮转速传感器节点与制动控制单元之间通过双总线冗余车载网络相连，构成反馈通道，制动控制单元通过双总线冗余车载网络还与制动执行器节点相连，构成前向通道。根据网络化控制理论，车载网络的使用，将不可避免地引入信号延时、信号不同步及网络故障等问题，这些问题将直接影响车辆制动状态信号采集与控制的实时性、同步性与可靠性，难以实现基于车轮状态信号反馈的理想制动力分配闭环式管理，成为电动汽车制动技术发展的新挑战。

为解决上述问题，如图4所示，本发明在硬件上采用双总线冗余网络，在算法上采用控制和调度相结合的双元管理架构方案，制动控制单元包括接收模块、控制器模块、调度器模块和发送模块；接收模块通过双总线冗余车载网络与车轮状态传感器节点相连，接收模块还与控制器模块相连；调度器模块与控制器模块相连接，还与发送模块相连接；控制器模块与发送模块连接；发送模块通过双总线冗余车载网络与制动电机控制器连接；所述控制器模块用于实现制动力矩命令的计算与分配；所述调度器模块用于保证制动力矩分配命令的传输实时性与同步性。

所述的控制器模块采用基于理想制动力曲线(即i曲线)关系，进行前后制动力矩分配，接着基于前后车轮转速状态对前后制动力矩分配进行补偿调节，避免车辆制动力不足及制动打滑问题，由此形成如图5所示的基于车轮转速状态反馈的制动力分配闭环管理方案。

所述的调度器模块采用基于基本周期的柔性时间调度方法，实现数据传输的调度管理，具体调度策略由如图6所示的调度表管理，调度表采用两个基本周期循环实现，基本周期由制动控制单元通过发送参考帧或控制帧启动或终止，在两个基本周期内分别完成采样信号与控制信号的传输，其中在第一个基本周期内完成采样信息传输的管理，采样信号的传输由参考帧以广播的方式启动发送，以实现采样信号的同步；第二个基本周期内完成命令信息传输的管理，控制信号的实施由参考帧以广播的方式通知制动执行器启动动作，以实现控制行为的同步。在本实例中，设置can总线波特率为250kbps,系统采样周期为20ms，基本周期设置为10ms，系统通道的最大允许延时20ms。根据can2.0规定的消息帧格式，扩展帧长度计算公式为：可知扩展帧长度最长可为160位。

为保证实时性，在本实例中，反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧、4条车轮转速信号数据帧，前向通道中一个基本周期要完成4条控制命令数据帧、1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(tmessage)]＜tbase-cycle＜τmax，由此方案可保证实时性。

为实施例中的网络化控制执行效果解析图，其中图7(a)为采用传统控制方案(未采用调度器)的网络化控制执行效果图，图7(b)为采用本发明所提上述方案的网络化控制执行效果图,τ表示系统控制回路的网络诱导延时。对比可知，本发明所提方案有效地解决了网络系统中采样信号发送不同步和控制信号执行不同步问题，同时将网络诱导延时减少至一个采样周期内，而传统方案存在较大的不同步性和较大的时变延时，从而为实现基于车轮状态信号反馈的理想制动力分配闭环式管理提供了实时、同步保证。

综上，所提方案硬件上采用冗余网络，同时在算法上采用控制和调度相结合的双元管理架构，确保了车轮制动状态信号采样与控制的实时性和同步性和可靠性，结合基于车轮状态信号反馈的理想制动力分配闭环式管理策略，具有明显的技术优势，可为改善车辆的制动效能、制动方向稳定性及容错能力提供技术支持。

以上所述仅为本发明的一个具体实例，本发明不仅仅局限于上述实现实施例，凡在本发明的精神和原则之内所做的局部性改动、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。