CN107323266B - 一种数字化电动自行车控制调度方法 - Google Patents

Abstract

一种数字化电动自行车控制调度方法，其包括通过数字总线相互连接的主控设备、从属设备（其中从属设备包括：关键从属设备、一般从属设备、扩展设备）；主控设备通过数字总线发布请求信令；在整个信令周期中分为同步周期和寻呼周期；在同步周期内主控设备进行请求，关键从属设备依次应答请求信号；在寻呼周期内主控设备根据策略发送请求信令，对应的从属设备响应，回复对应的响应信令。本发明通过分时应答保证了中控设备可实时获得关键从属设备的工作状态，从属设备能及时对主控要求进行响应；同时主控可策略获得一般从属设备的其他工作状态，可动态调整总线上的数据交互量，防止了数据拥塞，并且可做到可扩展性，方便未来一般从属设备的接入，从而保证了整个系统的工作效率和可扩展性。

Description

一种数字化电动自行车控制调度方法

技术领域

本发明属于电动自行车技术领域，特别是涉及一种数字化电动自行车控制调度方法。

背景技术

现有的电动自行车是由电机控制器连接转把、刹把、调速档来控制电机，而车上的灯光、喇叭等开关是通过模拟开关控制灯和喇叭的输出，对电池是没有管理的、仪表显示也是通过一线通的方式进行单向联系的。在整车层面没有一个统筹的管理，所以当线路短路或者充电异常等情况发生时，没有主动防御措施来避免事故的方式，并且由于通过模拟开关控制灯光和喇叭的开关都是走大电流，随着使用时间的变长，线路老化后发生短路的几率会急剧上升，现有的电动车发生的事故80％都是在夜间无人充电时发生燃烧造成，并随着电动自行车的功能越来越多，系统就越来越复杂，一方面设计越来越复杂，另一方面，发生问题和故障的概率也越来越多。

本文提供一种数字化电动车的调度方法，其目的是将整车所有涉及的电的部分都管理起来，让输出和输入隔离，使输入变模拟输入为数字输入，使对输出的灯光、喇叭等大功率负载进行短路和断路检测，并通过总线的方式，可让智能设备通过授权和连接的方式接入车辆，使得智能设备可以作为启动钥匙、控制设备和故障检测设备，大大提高了电动车的安全性和维修的简便性。同时对于多设备的接入，如何防止设备的通讯故障，提高运行效率也是我们要解决的内容。

发明内容

本发明目的在于针对数字化电动车的控制方式的发展，提供一种控制可靠、调度方式灵活，能够有效防止数据拥塞的数字化电动自行车控制调度方法。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种数字化电动自行车控制调度方法，所述数字化电动自行车包括通过数字总线相互连接的主控设备、从属设备，所述从属设备包括关键从属设备和一般从属设备、扩展设备；其特征在于：所述主控设备通过数字总线按照设定的时隙发布请求信令，所述从属设备根据应答请求，发送对应的响应信令；在整个信令周期中分为同步周期和寻呼周期；在所述同步周期内主控设备进行请求，所述关键从属设备依次应答请求信号；在所述寻呼周期内主控设备根据策略发送请求信令，对应的从属设备响应，回复对应的响应信令。

其进一步特征在于：所述同步周期和寻呼周期交替循环出现。

进一步的：所述同步周期内关键从属设备必须进行响应，所述寻呼周期内根据策略动态的要求不同的从属设备进行响应。

所述控制调度方法为半双工的总线通信方式，其半双工的调度由所述主控设备控制。

信令发送的调度由所述主控设备集中控制，在不同的所述寻呼周期内不同从属设备交替出现，依次进行应答。

所述主控设备为中央控制单元CCU，关键从属设备包括：电源控制单元PCU和电机控制单元ECU；所述一般从属设备包括数据通信控制单元DCU，电池管理子系统BMS，扩展设备。

所述扩展设备包括充电器管理设备、PC管理升级工具、工厂升级工具、生产测试工具等。

所述中央控制单元CCU发出请求信号，确定调度时隙，中央控制单元CCU还可根据车辆状态调整信令周期的时长、同步周期的时长、寻呼周期的时长。

在同步周期内所述中央控制单元CCU的请求内容包括中控状态，钥匙配对模式，车辆运行模式，档位信息，灯光喇叭控制开关状态，锁开关状态，显示状态和电池电量；

所述电源控制单元PCU的应答内容包括整车电压值，灯光喇叭和蜂鸣器短路故障信息，灯光喇叭和蜂鸣器断路故障信息和接收到解析后的遥控器命令；

所述电机控制单元ECU应答内容包括设备动力状态，电机控制器采集到的电机电压值，电机控制器采集到的电流值，电机控制器的温度，电机转速值，电机故障信息，电机控制器故障信息，转把故障信息，刹把故障信息，刹车信号，转把信号和电机控制器工作状态反馈信号。

在寻呼周期内所述中央控制单元CCU对所有的关键从属设备发起设备寻呼，在寻呼周期内，采用中央控制单元CCU请求，从关键从属设备应答的一对一应答方式；

所述中央控制单元CCU寻呼内容包括：要寻呼的对象、电池额定电压、最大限流电流、欠压电压阈值、加速参数、限速参数、车辆状态、故障信息、电池状态、车辆位置信息、测试设备信息，从属设备的状态信息；

所述电源控制单元PCU和电机控制单元ECU的应答内容包括：设备SN号、硬件版本号、软件版本号；

所述中央控制单元CCU对数据通信控制单元DCU的寻呼内容包括：需要通过数据通信控制单元DCU要传送的车辆状态、故障信息、车辆实时信息、BMS信息内容；所述数据通信控制单元DCU的应答内容包括：车辆状态信息、远程控制命令；

所述中央控制单元CCU对电池管理子系统BMS的寻呼内容包括：读取或写入的操作类型，属性信息或实时数据的数据属性类型；所述BMS应答内容包括：如果要求读取属性信息，则数据包括：电池管理子系统BMS的SN号、型号、厂家信息、生产时间、设计规格；如果要求读取的是实时数据，则包括：实时电流、当前容量、总容量、电池状态、故障信息、电池温度、循环次数、电芯参数信息。

本发明将数字化电动车的各个设备根据其重要性分为主控设备和从属设备。将调度应答周期分为同步周期和寻呼周期，在同步周期内所有关键从属设备依次应答，并且关键从属设备的回应有严格的时序要求，确保在每个设备的发送周期有最小发送窗口；寻呼周期内指定的从属设备依次应答。严格的时隙保证了避免设备数据乱发导致的数据拥塞，当主设备保持静默状态时，从设备禁止发送数据，并且如果发现从设备发生异常而导致数据乱发的情况，主设备会通过控制供电从硬件上停止从设备的工作，以保障通讯的正常。主控设备会监控整个系统的从设备的工作状态，并根据车辆的状态进行报文的控制，减少总线上的数据吞吐量，防止数据拥塞。

附图说明

图1为本发明调度模式示意图。

图2为本发明系统结构框图。

具体实施方式

一种数字化电动自行车控制调度方法，所述数字化电动自行车包括通过数字总线相互连接的主控设备和从属设备，从属设备包括关键从属设备和一般从属设备、扩展设备。主控设备为中央控制单元CCU。关键从属设备包括电机控制单元ECU和电源控制单元PCU；一般从属设备包括数据通信控制单元DCU，电池管理子系统BMS；扩展设备包括充电器管理设备、PC管理升级工具、工厂升级工具、生产测试工具等扩展设备。

整个调度过程中分为同步周期和寻呼周期，这两个周期交替循环出现。在同步周期内，主控设备通过数字总线按照设定的时隙发布请求信号，关键从属设备依次应答请求信号。在同步周期内，交互方式为1对多方式，即中央控制单元CCU发起请求，电机控制单元ECU和电源控制单元PCU依次进行响应，每个响应周期有严格的时隙要求，避免冲突。在寻呼周期内中央控制单元CCU根据调度需要，按照策略对指定的从属设备发起寻呼请求，被指定的从属设备根据寻呼要求进行应答响应，非指定从属设备则保持静默，在寻呼周期内，确保中央控制单元CCU和被寻呼设备为1对1方式通讯。

如图1所示，中央控制单元CCU发出请求信号，确定调度时隙。在每一个同步周期内中央控制单元CCU依次请求电源控制单元PCU和电机控制单元ECU进行应答。在不同的同步周期内，中央控制模单元CCU发出同步请求信号，要求关键从属设备依次进行应答，并且有严格的时隙要求，在我们的定义中，中央控制单元CCU在发起同步请求后，保持2ms的间隔，电机控制单元ECU进行响应，要求在T1时间内完成响应，随即电源控制单元PCU在2+T1时间后的T1时间内完成电源控制单元PCU的响应单元。如果不满足严格时隙，则会被中央控制单元CCU判定为非法，会采取异常状态处理。

在同步周期内中央控制单元CCU的同步请求内容包括中控状态，钥匙配对模式，车辆运行模式，档位信息，灯光喇叭控制开关状态，锁开关状态，显示状态和电池电量。

电机控制单元ECU会根据中央控制单元CCU的中控状态，来确定是否处于工作模式还是保护模式，还是休眠模式，并将本身采集到的电机电压值，电机的故障信息、电机控制器的温度、转把、刹车信息、转速信息作为响应反馈给中央控制单元CCU。

电源控制单元PCU根据中央控制单元CCU的同步信息，确定本身的工作状态，并解析是否有需要进行各类灯光的开关、喇叭的开关，或者是进行电源的关闭，并将本身采集到的整车电压值、各种灯光的故障情况(短路、断路)、是否接受到遥控器的命令等通过响应报文回传给中央控制单元CCU。

在同步周期中，如果发现关键从设备无响应或响应报文异常，中央控制单元CCU则会作为最高优先级进行处理，在车辆静止情况下会进行断开故障从设备的供电方式进行保护，如果在车辆运动过程中，会处于保护模式，直至车辆静止后进行保护。

在寻呼周期内中央控制单元CCU根据策略对对应的从属设备发起设备寻呼，目的是获取各从属设备的属性信息和各子设备的监控数据。

中央控制单元CCU对电机控制单元ECU/电源控制单元PCU的寻呼内容包括：要寻呼的对象、本车的额定电压、最大限流、最低工作电压、电控适配电机参数、灯光参数、电池参数。该指令的意义在于可让电机控制单元ECU/电源控制单元PCU确定工作在何种模式下，可支持何种电机、何种电池，当整车发生部件更换时，只需通过配置中央控制单元CCU的参数，即可实现整车的部件自适应。

电机控制单元ECU/电源控制单元PCU的寻呼响应内容包括：各自的属性编号，设备SN号，本设备的固件版本号、本设备的硬件版本号、本设备的SN号。这些信息可让中央控制单元CCU根据部件的版本信息，重新反馈调度策略、电机运行参数。

中央控制单元CCU对电机控制单元ECU/电源控制单元PCU的寻呼策略是当配置完毕后，如果不发生变动，则会采用慢周期进行寻呼。(慢周期指：10分钟一次寻呼)

中央控制单元CCU对电池管理子系统BMS的寻呼内容，要求获得电池管理子系统BMS的属性信息，在获得属性信息后，会定时的要求电池管理子系统BMS反馈其实时信息，中央控制单元CCU对电池管理子系统BMS的寻呼策略是当车辆处于运行状态时，会采用快周期进行寻呼(快周期：200～500ms一次寻呼)，当中央控制单元CCU处于休眠状态，则切换为慢周期进行寻呼。

中央控制单元CCU对数据通信控制单元DCU的寻呼的目的是中央控制单元CCU将整车的实时信息汇总后，希望通过数据通信控制单元DCU发送到后台，因此，中央控制单元CCU会将整车的所有信息发送给数据通信控制单元DCU。数据通信控制单元DCU的寻呼报文响应分三类：1)正常的中央控制单元CCU寻呼的响应；2)来自数据通信控制单元DCU本身的异常信息，3)来自于服务器端的远程控制指令；中央控制单元CCU对数据通信控制单元DCU的寻呼周期采用的是快周期寻呼。

对应中央控制单元CCU对扩展设备的寻呼，分成三类，第一类工厂工具类，这种即在工厂模式时，中央控制单元CCU进入特殊的工厂模式后，中央控制单元CCU会对配置工具发起寻呼，进行中央控制单元CCU预制参数的写入；第二类为工厂升级类，即在特定的升级模式下，中央控制单元CCU和升级工具通过寻呼指令的交互，可进行对中央控制单元CCU、电机控制单元ECU、电源控制单元PCU、数据通信控制单元DCU、电池管理子系统BMS进行升级操作，具体的会另外阐述。第三类为充电器管理设备等的扩展接口，这一类即通过中央控制单元CCU的参数配置配置为可接入设备，即可按照协议，进行交互，如充电器管理设备接入后，即可获得充电器的充电信息。

对于寻呼设备的无响应和报文错误，不会影响到车辆的骑行，则只是通过报文的方式进行告警，不会影响到车辆的安全问题。

总结：本控制调度算法是制定了一套完成的基于电动自行车的控制和传输方式，通过该方式区分了主控设备、关键从设备、一般从设备，即保障了电动车的核心功能的稳定安全的运行，也方面后续功能的扩展。

Claims (10)

1.一种数字化电动自行车控制调度方法，所述数字化电动自行车包括通过数字总线相互连接的主控设备和从属设备，所述从属设备包括关键从属设备和一般从属设备；其特征在于：所述主控设备通过数字总线按照设定的时隙发布请求信令，所述从属设备根据应答请求，发送对应的响应信令；在整个信令周期中依次分为同步周期和寻呼周期；在所述同步周期内主控设备进行请求，所述关键从属设备依次应答请求信号；如果发现关键从属设备无响应或响应报文异常，主控设备断开故障关键从属设备的供电或处于保护模式；

在所述寻呼周期内主控设备根据策略发送请求信令，对应的从属设备响应，回复对应的响应信令；对应的从属设备的无响应和响应报文错误，则通过报文的方式进行告警。

2.根据权利要求1所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：所述同步周期和寻呼周期交替循环出现。

3.根据权利要求2所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：所述同步周期内关键从属设备必须进行响应，所述寻呼周期内根据策略动态的要求不同的从属设备进行响应。

4.根据权利要求1-3任一项所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：所述控制调度方法为半双工的总线通信方式，其半双工的调度由所述主控设备控制。

5.根据权利要求1-3任一项所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：信令发送的调度由所述主控设备集中控制，在不同的所述寻呼周期内不同的从属设备交替出现，依次进行应答。

6.根据权利要求1-3任一项所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：所述主控设备为中央控制单元CCU；所述关键从属设备包括：电源控制单元PCU和电机控制单元ECU；所述一般从属设备包括数据通信控制单元DCU，电池管理子系统BMS和扩展设备。

7.根据权利要求6所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：所述扩展设备包括充电器管理设备、PC管理升级工具、工厂升级工具、生产测试工具。

8.根据权利要求7所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：所述中央控制单元CCU发出请求信号，确定调度时隙。

9.根据权利要求8所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：在同步周期内所述中央控制单元CCU的请求内容包括中控状态，钥匙配对模式，车辆运行模式，档位信息，灯光喇叭控制开关状态，锁开关状态，显示状态和电池电量；

所述电源控制单元PCU的应答内容包括整车电压值，灯光喇叭和蜂鸣器短/断路故障信息，和接收到解析后遥控器命令；

所述电机控制单元ECU应答内容包括设备动力状态，电机控制器采集到的电机电压值，电机控制器采集到的电流值，电机控制器的温度，电机转速值，电机故障信息，电机控制器故障信息，转把故障信息，刹把故障信息，刹车信号，转把信号和电机控制器工作状态反馈信号。

10.根据权利要求7所述的数字化电动自行车控制调度方法，其特征在于：在寻呼周期内所述中央控制单元CCU对所有的关键从属设备发起设备寻呼；

所述中央控制单元CCU寻呼内容包括：要寻呼的对象、电池额定电压、最大限流电流、欠压电压阈值、加速参数、限速参数、车辆状态、故障信息、电池状态、车辆位置信息、测试设备信息，从属设备的状态信息；

所述电源控制单元PCU和电机控制单元ECU的应答内容包括：设备SN号、硬件版本号、软件版本号；

所述中央控制单元CCU对数据通信控制单元DCU的寻呼内容包括：需要通过数据通信控制单元DCU要传送的车辆状态、故障信息、车辆实时信息、BMS信息内容；所述数据通信控制单元DCU的应答内容包括：车辆状态信息、远程控制命令、DCU的设备状态信息、故障信息；

所述中央控制单元CCU对电池管理子系统BMS的寻呼内容包括：读取或写入的操作类型，属性信息或实时数据的数据属性类型；

所述电池管理子系统BMS应答内容包括：电池状态信息、电池故障信息。