CN107499260A - 一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统 - Google Patents

一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，包括：实现整车控制的整车控制层；与整车控制层交互，将整车控制需求分解到各子部件控制器，实现各子部件协调控制的功能协调控制层；通过功能协调控制层接收整车控制层命令，实现对各个子部件控制的功能实现层；整车控制层包括：整车控制器；功能协调控制层包括：APU协调控制器、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器和上装协调控制器；功能实现层包括：至少一个APU控制器、至少一个驱动桥控制器、至少一个储能控制器、上装控制器；还包括：CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络、CAN_FD子网络、CAN子网络、光纤以太网和双绞线以太网。本发明整车控制可靠性和稳定性高，数据传输快且精准。

Description

一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统
技术领域
本发明涉及车辆网络控制系统领域，具体涉及一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统。
背景技术
作为我国的战略性新兴产业，以电动汽车为主的新能源汽车得到了中央和地方政府的大力支持。现阶段，结合成本和结构等多方因素考虑，电动汽车动力系统主要以单轴驱动为主，辅以多轴驱动形式。相较于单轴驱动，多轴驱动系统具有动力性好、可靠性高等优势，但多轴驱动系统也面临控制复杂、响应要求高等一系列问题。同时，目前电动汽车上的单路CAN网络与单控制系统在面对复杂电磁环境时，抵抗力差，可能会导致整车网络系统的崩溃，影响行车安全。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种提高整车稳定性的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统。
本发明的技术方案是：一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，包括：
实现整车控制的整车控制层；
与整车控制层交互，将整车控制需求分解到各子部件控制器，实现各子部件协调控制的功能协调控制层；
通过功能协调控制层接收整车控制层命令，实现对各个子部件控制的功能实现层；
所述整车控制层包括：整车控制器；
所述功能协调控制层包括：APU协调控制器、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器和上装协调控制器；
所述功能实现层包括：至少一个APU控制器、至少一个驱动桥控制器、至少一个储能控制器、上装控制器；
还包括：CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络、CAN_FD子网络、CAN子网络、光纤以太网和双绞线以太网；
所述整车控制器分别与CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络连接；所述APU协调控制器、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器各自分别与整车备用CAN网络、CAN_FD网络连接；所述上装协调控制器与CAN网络连接；
所述APU控制器通过CAN子网络与APU协调控制器连接，所述驱动桥控制器通过CAN子网络、CAN_FD子网络与驱制动协调控制器连接，所述储能控制器通过CAN子网络、CAN_FD子网络与储能协调控制器连接；所述上装控制器通过光纤以太网、双绞线以太网与上装协调控制器连接。
进一步地，整车控制器包括整车主控制器和整车热备份控制器；所述整车热备份控制器实时监控整车主控制器，当整车主控制器出现故障时，整车热备份控制器接管整车控制功能。
进一步地，整车控制器还包括整车冷备份控制器；当整车主控制器和整车热备份控制器均无法正常工作时，所述整车冷备份控制器实现整车控制。
进一步地，所述驱制动协调控制器包括驱制动协调主控制器和驱制动协调热备份控制器；所述驱制动协调热备份控制器实时监控驱制动协调主控制器状态，当驱制动协调主控制器出现故障时，驱制动协调热备份控制器接管驱制动协调主控制器控制功能。
进一步地，所述储能协调控制器包括储能协调主控制器和储能协调热备份控制器；所述储能协调热备份控制器实时监控储能协调主控制器状态，当储能协调主控制器出现故障时，储能协调热备份控制器接管储能协调主控制器控制功能。
进一步地，APU控制器包括第一APU控制器和第二APU控制器；
驱动桥控制器包括第一驱动桥控制器、第二驱动桥控制器、第三驱动桥控制器、第四驱动桥控制器、第五驱动桥控制器和第六驱动桥控制器；
储能控制器包括第一储能控制器、第二储能控制器和第三储能控制器。
本发明提供的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统具有以下有益效果：
（1）采用多层CAN网络结构，既可以简化主控制器功能，又可保证整车控制的可靠性和稳定性。
（2）底盘采用CAN_FD网络架构，带宽利用率更高，传输速率更快，满足整车数据传输的精准度。
（3）底盘与上装采用以太网架构，具有非常高的传输速率，可以充分保证上装控制的实时性与可靠性。
（4）采用双网络冗余系统、关键控制器备份、子系统互备份控制系统，提高整车的安全性与可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施例整车网络架构框图。
图中，1-整车主控制器、2- 整车热备份主控制器、3-整车冷备份主控制器、4-APU协调控制器、5-驱制动协调主控制器、6-驱制动协调热备份控制器、7-储能协调主控制器、8-储能协调热备份控制器、9-附件控制器、10-第一APU控制器、11-第二APU控制器、12-第一驱动桥控制器、13-第二驱动桥控制器、14-第三驱动桥控制器、15-第四驱动桥控制器、16-第五驱动桥控制器、17-第六驱动桥控制器、18-第一储能控制器、19-第二储能控制器、20-第三储能控制器、21-上装协调控制器、22-上装控制器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示，本发明提供的一种多轴驱动车辆多节点分层控制系统，由多层网络组成，分别是整车控制层、功能协调层以及功能实现层。
整车控制层包括整车控制器，实现整车控制功能。整车控制器包括整车主控制器1、整车热备份控制器2和整车冷备份控制器3。整车主控制器1与整车热备份控制器2同时在线，整车热备份控制器2实时监控整车主控制器1的状态，当整车主控制器1出现故障，无法正常工作时，整车热备份控制器2接管整车控制功能，替代整车主控制器1控制驱制动控制系统、储能系统等。当整车主控制器1和整车热备份控制器2都无法正常工作时，驾驶员可手动接入整车冷备份控制器3，替代整车主控制器1实现整车控制。
功能协调控制层包括APU协调控制器、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器和上装协调控制器，通过CAN_FD网络（CAN网络备份）与整车控制层交互，将整车控制需求分解到各子部件控制器，实现各子部件协调控制。
驱制动协调主控制器5和储能协调主控制器7分别设一个热备份控制器（驱制动协调热备份控制器6和储能协调热备份控制器8），与各自的主控制器同时在线，实时监控主控制器的状态。当主控制器出现故障无法正常工作时，热备份控制器接管对应的主控制器控制功能，替代主控制器参与控制。
功能实现层由各相互独立的子系统控制器组成，通过各相应的协调控制层接收整车控制器层的命令，分别实现对各个部件的控制。功能实现层包括：至少一个APU控制器、至少一个驱动桥控制器、至少一个储能控制器、上装控制器。
本实施例中，APU控制器包括第一APU控制器10和第二APU控制器11；驱动桥控制器包括第一驱动桥控制器12、第二驱动桥控制器13、第三驱动桥控制器14、第四驱动桥控制器15、第五驱动桥控制器16和第六驱动桥控制器17；储能控制器包括第一储能控制器18、第二储能控制器19和第三储能控制器20。
本实施例设置有CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络、CAN_FD子网络、CAN子网络、光纤以太网和双绞线以太网。整车控制器分别与CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络连接；APU协调控制器4、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器9各自分别与整车备用CAN网络、CAN_FD网络连接；上装协调控制器21与CAN网络连接。APU控制器通过CAN子网络与APU协调控制器4连接，驱动桥控制器通过CAN子网络、CAN_FD子网络与驱制动协调控制器连接，储能控制器通过CAN子网络、CAN_FD子网络与储能协调控制器连接；上装控制器22通过光纤以太网、双绞线以太网与上装协调控制器21连接。
需要说明的是，第一APU控制器10和第二APU控制器11各自控制一套发动机控制器和发电机控制器；第一驱动桥控制器12、第二驱动桥控制器13、第三驱动桥控制器14、第四驱动桥控制器15、第五驱动桥控制器16和第六驱动桥控制器17各自控制两个轮边电机或轮毂电机；第一储能控制器18、第二储能控制器19和第三储能控制器20各自控制一组动力电池；上装控制器22控制整车的上装系统；附件控制器9与整车各附件交互。
另外需要说明的是，本实施例的控制系统又分为底盘控制系统和上装控制系统，上装控制系统即包括上装协调控制器21和上装控制器22，底盘控制系统即包括整车控制器、APU协调控制器4、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器9等。
底盘控制系统和上装控制系统都采用了双网络冗余控制。
底盘控制系统的主系统、驱动控制系统与储能控制系统采用CAN_FD架构和CAN架构。其中CAN_FD为主网络，整车正常工作时使用，传输速率可变，最高可达 10Mb/s，支持更高的负载，且在单个数据框架内传送率可达 64 字节，避免了经常发生的数据分裂状况。CAN架构为备用网络，当CAN_FD网络出现严重问题时采用，可以保证基本的数据传输。
上装控制系统采用双以太网冗余架构，一路为光纤以太网，传输快，抗干扰能力强，为主网络；另一路为双绞线以太网，为备用网络，即当光线以太网出现严重故障时起用。
本实施例的控制系统还采用了主控制器备份方案，整车主控制器1采用热备份和冷备份相结合的备份方式。驱制动协调主控制器5和储能协调主控制器7分别设一个热备份控制器，与各自的主控制器同时在线，实时监控主控制器的状态。当主控制器出现故障无法正常工作时，热备份控制器接管对应的主控制器控制功能，替代主控制器参与控制。驱动控制系统与储能控制系统的子系统内的各个驱动或储能单元互为备份，当某个单元出现故障时，其功能可由其它单元进行补充，保证整车正常行驶，并达到一定的性能要求。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，其特征在于，包括：
实现整车控制的整车控制层；
与整车控制层交互，将整车控制需求分解到各子部件控制器，实现各子部件协调控制的功能协调控制层；
通过功能协调控制层接收整车控制层命令，实现对各个子部件控制的功能实现层；
所述整车控制层包括：整车控制器；
所述功能协调控制层包括：APU协调控制器、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器和上装协调控制器；
所述功能实现层包括：至少一个APU控制器、至少一个驱动桥控制器、至少一个储能控制器、上装控制器；
还包括：CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络、CAN_FD子网络、CAN子网络、光纤以太网和双绞线以太网；
所述整车控制器分别与CAN网络、整车备用CAN网络、CAN_FD网络连接；所述APU协调控制器、驱制动协调控制器、储能协调控制器、附件控制器各自分别与整车备用CAN网络、CAN_FD网络连接；所述上装协调控制器与CAN网络连接；
所述APU控制器通过CAN子网络与APU协调控制器连接，所述驱动桥控制器通过CAN子网络、CAN_FD子网络与驱制动协调控制器连接，所述储能控制器通过CAN子网络、CAN_FD子网络与储能协调控制器连接；所述上装控制器通过光纤以太网、双绞线以太网与上装协调控制器连接。
2.根据权利要求1所述的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，其特征在于，整车控制器包括整车主控制器和整车热备份控制器；所述整车热备份控制器实时监控整车主控制器，当整车主控制器出现故障时，整车热备份控制器接管整车控制功能。
3.根据权利要求2所述的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，其特征在于，整车控制器还包括整车冷备份控制器；当整车主控制器和整车热备份控制器均无法正常工作时，所述整车冷备份控制器实现整车控制。
4.根据权利要求1、2或3所述的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，其特征在于，所述驱制动协调控制器包括驱制动协调主控制器和驱制动协调热备份控制器；所述驱制动协调热备份控制器实时监控驱制动协调主控制器状态，当驱制动协调主控制器出现故障时，驱制动协调热备份控制器接管驱制动协调主控制器控制功能。
5.根据权利要求1、2或3所述的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，其特征在于，所述储能协调控制器包括储能协调主控制器和储能协调热备份控制器；所述储能协调热备份控制器实时监控储能协调主控制器状态，当储能协调主控制器出现故障时，储能协调热备份控制器接管储能协调主控制器控制功能。
6.根据权利要求1、2或3所述的多轴驱动车辆多节点分层网络控制系统，其特征在于，APU控制器包括第一APU控制器和第二APU控制器；
驱动桥控制器包括第一驱动桥控制器、第二驱动桥控制器、第三驱动桥控制器、第四驱动桥控制器、第五驱动桥控制器和第六驱动桥控制器；
储能控制器包括第一储能控制器、第二储能控制器和第三储能控制器。
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