专利名称：一种混合动力车辆的分布式控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车控制技术领域，特别涉及一种混合动力车辆的分布式控制系统。
背景技术：
目前，国内外混合动力车辆的控制系统普遍采用的控制方法为混合动力整车控制器(HCU)作为高级管理层，从总线上获得外部输入和车辆状态信息，再通过总线向发动机、电机、电池、变速器和制动控制器等发送相关控制参数。此时，发动机、电机、电池、变速器、制动控制器等均只作为混合动力系统的执行器，接收来自混合动力整车控制器(HCU)的指令并进行相应的操作。目前这种控制系统架构虽然采用了总线结构，但实质上与传统的集成式控制并无很大差异。具体地说，虽然这种控制架构也采用了目前普遍应用的总线结构，但并没有整体考虑总线的负载率和所有硬件的资源利用率，而是主观的集整车能量管理、模式切换搭接过程、换挡决策等所有控制任务施加于混合动力整车控制器这一个控制器。这样，繁琐的控制任务的过于集中对混合动力整车控制器的要求非常高，要实现更加复杂的算法非常困难，而且这样控制的实时性不好，导致ECU内部任务间调度延时、网络通信延时、系统级信号端到端延时等现象大量发生，还容易出现“单点失效”等毁灭性错误。因此，迫切需要对混合动力车辆现有的控制系统进行革新。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提出了一种混合动力车辆的分布式控制系统，以更加合理的使用整个控制系统的硬件资源，降低总线负载率，提高系统的可靠性与实时性。根据本实用新型的一个方面，提供一种混合动力车辆的分布式控制系统，所述系统包括任务分配系统和任务执行系统，所述任务执行系统包括多个控制单元和总线，所述多个控制单元由所述总线相连，每个所述控制单元运行所述任务分配系统所分配的任务，所述多个控制单元包括混合动力整车控制器HCU、发动机管理系统EMS、电机控制器MCU、电池管理系统BMS和机械式自动变速箱控制器T⑶。优选地,所述总线是CAN总线或FlexRay总线。从上述方案中可以看出，本实用新型以总线上的数据量最少为目标，能够合理的利用已有的硬件资源降低总线负载率，有效提高混合动力车辆的分布式控制系统的可靠性与实时性。
下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，其中图I是具体实施方式
中混合动力车辆的分布式控制系统的系统结构图；[0010]图2是具体实施方式
中混合动力车辆的硬件结构示意图；图3是具体实施方式
中任务执行系统的系统硬件结构模型示意图；图4是具体实施方式
中任务执行系统的系统软件结构模型示意图；图5不出了具体实施方式
中任务执行系统的一个有向无环图；图6是具体实施方式
中利用遗传算法的任务分配方案进化曲线图；图7是具体实施方式
中任务执行系统任务分配后的有向无环图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。为了克服混合动力车辆现有的集成式控制架构的不足，本实用新型在分布式硬件结构的基础上，建立了一种混合动力车辆的分布式控制系统。利用该系统，获取控制任务的特征参数，以总线上的数据量最少为目标，从而将多个控制任务分配到多个控制单元中。下面，通过具体实施方式
来详细地介绍本实用新型的混合动力车辆的分布式控制系统。图I是具体实施方式
中混合动力车辆的分布式控制系统的系统结构图。如图I所示，混合动力车辆的分布式控制系统包括任务分配系统I和任务执行系统2，所述任务执行系统2包括多个控制单元和总线26，所述多个控制单元由所述总线26相连，所述任务分配系统I基于确定的任务特征参数，以所述总线26上的数据传输量最小为目标，将一个或多个任务分配到所述多个控制单元中，每个所述控制单元可运行所述任务分配系统2所分配的任务。由于上述分布式控制系统中的任务执行系统2是由多个处理器按照一定拓扑结构组合而成的，因此在系统设计过程中需要考虑控制器之间的功能分配和任务协调。任务分配系统I将任务分配到各个处理器中，从系统的角度设定了每个任务的优先级和任务周期。混合动力车辆的控制系统硬件部分采用分布式设计方案，系统的整体结构如图2所示。如图1、2中所示，分布式控制系统中的控制器包括混合动力整车控制器(HCU) 21、发动机管理系统(EMS) 22、电机控制器(MCU) 23、电池管理系统(BMS) 24和机械式自动变速箱(AMT)控制器(TCU) 25等5个控制器。这些控制器在整个分布式控制架构中层级平等，没有隶属关系，控制器之间通过CAN总线26进行通信，以实现传感器测量数据和动力系统信息的共享，控制指令的接收和发送等，共同完成系统的分布式任务执行功能。HCU21是混合动力控制系统的核心，也是整车运行过程中的关键控制部件，直接影响着整车的性能。EMS22是来控制发动机的驱动输出、怠速、停机等运行状态。MCU23根据当前工况控制电机处于四种工作状态之一电机状态、发电机状态、调速状态或空转状态，控制电机的转矩输出和运行状态等。TCU24用来实现离合器的分离/接合控制以及AMT的换档控制。BMS25的主要工作是实时采集单体电池的电压和电池组的电压、电流、温度等信肩、O为了通过具体实施方式
的任务分配系统I将一系列任务分配到任务执行系统2的各个处理器中，首先要建立任务执行系统的数学模型，其包括系统硬件结构模型和系统软件结构模型。系统硬件结构由若干控制器和将它们整合在一起的通讯介质(总线)构成。根据图2中示出的混合动力车辆系统整体结构，具体实施方式
以混合动力车辆的分布式控制系统的HCU21、EMS22、MCU23、BMS24和T⑶25等5个主要控制器为对象，建立了如图3所示的系统硬件结构模型，P= {P1，P2^"，P5}表示控制器的集合，其中Pi表示第i个控制器，i为I到5的整数，而Hli表示相对应的控制器Pi的存储空间。混合动力车辆的控制系统控制器通常由CAN总线连在一起，在总线上传输的不同的数据包可利用控制器的序号关系来进行区分，S代表CAN总线的带宽。图4示出了具体实施方式
任务执行系统的系统软件结构模型。混合动力车辆任务执行系统的软件系统都运行在特定的硬件平台(输入/输出I/O、通信设备COM等)和操作系统(OS)上。从平台的角度看，软件系统由运行在操作系统平台上的一系列任务(T )构成；从控制策略的角度看，这些任务和控制信号构成了软件系统的应用事务，简称为事务。事务是可以单独完成某些控制功能的软件组件，整个软件系统包含多个事务，每个事务由一个 或多个有依赖关系的任务组成。例如，要实现混合动力车辆中高压共轨系统的共轨压力控制，就必须经过模拟信号采集、目标轨压计算、轨压闭环调节和压力调节电磁阀输出多个过程，每个过程都对应相应的任务。事务与任务的映射关系如图4所示。将混合动力车辆的分布式控制系统中的控制任务抽象为图论中的顶点T i，任务之间的数据通讯量du抽象为图论中的顶点之间的边，就可用一个有向无环图(DAG图)G= ((，￥)表示，其中顶点集;= I^1, T2,..., T n}表示任务集合，它的每一个元素T i表示一个任务，具体实施方式
中的每个任务都包含以下指标任务的最多指令条数Ii,任务的存储器消耗为Mi,任务的触发周期为Ti,任务间的数据通讯量屯。集合表示顶点之间的边，边的存在表示着两个任务之间有数据交互，边的方向表示任务执行关系。图G中无重复的顶点和边交替出现的序列称为图G的一条路，从第一个任务到最后一个任务的一条完整的路，构成了控制系统的一个事务。在具体实施方式
中的混合动力车辆的分布式控制系统中，以能量流动和扭矩传递为主线，考虑混合动力系统的各种工作模式，将混合动力车辆的分布式控制系统的整体控制策略分为37个任务，这些任务分别运行在发动机管理系统(EMS) 21、电机控制器(MCU)
22,AMT控制器(jTCU) 23、电池管理系统(BMS) 24和整车控制器(HCU) 25等5个控制器的硬件平台上，任务之间相互联系共同完成整个系统控制功能。基于这些任务，具体实施方式
中根据任务执行系统的硬件系统结构模型和软件系统结构模型构建了任务执行系统的有向无环图，如图5所示。在图5中，每个任务都包含其序号和任务内容，例如“I :发送机信号
率鱼”坐
Tlv : 寸 o每个任务T i都包含以下性能参数指标任务的最多指令条数Ii，任务的存储器消耗为Mi,任务的触发周期为Ti,任务间的数据通讯量屯。在具体实施方式
中，将所有的待分配的控制任务(例如图5中所示出的37个任务)放在同一个硬件平台上运行，即，将所有任务的软件代码导入采用基于PC机的VectorCAST软件，便可以自动得出每个任务的最多指令条数Ii,任务的存储器消耗为Mi,任务的触发周期为Ti,任务间的数据通讯量Cli等四个特征参数。由于上述硬件、软件的使用方法以及这些特征参数的获取运算获取方法都是本领域技术人员公知的，因此在此不做过多描述。[0028]下面的表I是具体实施方式
中任务执行系统的37个任务特征参数获取结果。其中，任务周期的单位为毫秒(ms);任务之间交互的数据量用任务通讯的数据帧频率表示，单位为帧/秒，比如任务I的100 — 2表示如果所有数据通讯都借助总线的话，任务I每秒钟需要发送100帧数据给任务2 ;资源消耗用任务中所有变量占用的RAM空间大小表示，单位为字节(B)。表I控制任务的特征参数
权利要求1.一种混合动力车辆的分布式控制系统，其特征在于，所述系统包括任务分配系统(I)和任务执行系统(2)， 所述任务执行系统(2)包括多个控制单元和总线(26)，所述多个控制单元由所述总线(26)相连，每个所述控制单元运行所述任务分配系统(I)所分配的任务； 所述多个控制单元包括混合动力整车控制器HCU (21)、发动机管理系统EMS (22)、电机控制器MCU (23)、电池管理系统BMS (24)和机械式自动变速箱控制器T⑶(25)。
2.根据权利要求I所述的混合动力车辆的分布式控制系统，其特征在于，所述总线(26)是CAN总线或FlexRay总线。
专利摘要本实用新型公开了一种混合动力车辆的分布式控制系统，所述系统包括任务分配系统和任务执行系统，所述任务执行系统包括多个控制单元和总线，所述多个控制单元由所述总线相连，每个所述控制单元可运行所述任务分配系统所分配的任务。通过本实用新型技术方案，可以以更加合理的使用整个控制系统的硬件资源，降低总线负载率，提高系统的可靠性与实时性。
文档编号B60W10/11GK202806745SQ20122028506
公开日2013年3月20日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者席军强, 陈泳丹, 陈慧岩, 翟涌 申请人:北京理工大学