CN109703370A - 电动汽车的可信赖网控动力平台系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车能源与动力控制技术及系统领域，具体为电动汽车的可信赖网控动力平台系统及控制方法，采用共享式冗余三总线拓扑车载网络和分级式管理功能架构，包含动力平台控制器VCU、制动子系统、动力电池子系统、电机驱动子系统、车载充电机子系统，各子系统之间通过共享式冗余三总线拓扑车载网络互连；动力平台控制器VCU采用分级式管理功能结构，包括接收模块、状态判断模块、模式选择模块、策略管理模块和发送模块，各模块间通过递进级联方式实现信息交流与协作；状态判断模块根据总线网络状态分为正常状态和辅助状态。本发明解决网控式车辆能源与动力系统控制信号传输延时、不同步及网络故障问题。

Description

电动汽车的可信赖网控动力平台系统及其控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车能源与动力控制技术及系统领域，具体为电动汽车的可信赖网控动力平台系统及其控制方法。

背景技术

随着能源危机和环境问题的压力增加，全球工业都以“节能”和“环保”作为发展的主题，节约能源和保护环境日益成为各国工业发展的共识。在汽车工业，由于具有缓解能源危机和降低温室效应的优势，电动汽车发展迅猛。然而，续驶里程短和充电问题仍是电动汽车大规模推广的技术障碍，开发高效驱动电机、充电机以及制动能量回收系统是解决上述问题的重要技术手段。然而，各高效子系统的简单叠加对于提高电动汽车总体经济性效果有限，实现动力平台系统集成控制成为技术发展趋势。

现有动力平台系统集成技术通常采用多ECU分层式集散管理模式，通过上层协调控制器将控制任务分配到下层各子系统控制器，以实现各子系统之间的彼此合作，来实现控制目标。这种集成控制模式可以实现子系统级功能协调，但不能实现传感器级、执行器级任务协调，不能避免传感器级与执行器级任务间的干涉与冲突，限制了能量效率及车辆性能的提高。另一方面，大量传感器、执行器、线控技术及车载网络的应用，使电动汽车动力平台系统成为一种典型的多输入、多输出的网络化控制系统。多传感器、车辆控制器与多执行器之间通过车载网络交换数据，形成基于车载网络控制回路。车载网络的使用将不可避免地引入信号延时、信号传输不同步以及车载网络故障等安全隐患。

现有方法偏重于电动汽车动力平台系统能量管理策略的设计，均具有一定局限性，无法满足电动汽车实际应用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提出一种电动汽车可信赖网控动力平台系统及控制方法，可以实现传感器级与执行器级任务协调并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，提高车辆能源与动力系统控制的实时性、同步性和可靠性，为增强整车系统网络化集成与控制能力提供技术支持。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

系统采用共享式冗余三总线拓扑车载网络，包括总线1、总线2和总线3；还包括动力平台控制器VCU、制动子系统中的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统中的传感器节点和执行器节点、电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点、车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点；所述的总线1用于互连动力平台控制器VCU、制动子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点；总线2用于互连动力平台控制器VCU、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点；总线3用于互连动力平台系统的所有传感器节点、执行器节点及控制器节点。

所述动力平台控制器VCU采用分级式管理功能结构，即包括接收模块、状态判断模块、模式选择模块、策略管理模块和发送模块，各模块间通过递进级联方式实现信息交流与协作。具体来说，状态判断模块根据总线网络状态分为正常状态和辅助状态，模式选择模块实现不同控制策略的管理，策略管理模块采用控制器和调度器相结合的模式，其中控制器模块用于控制算法的实现；调度器模块用于系统信号的调度处理，实现控制与调度的协同式管理。

正常状态下，电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点、制动子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与动力平台控制器VCU通过总线1互连集成，车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点和动力平台控制器VCU通过总线2互连集成。由模式选择模块实现不同控制策略的调用，其中策略管理模块包含制动能量回收、安全高效驱动和安全高效充电三种控制策略。每种策略的控制器和调度器模块设计如下：

(1)制动能量回收控制策略下，控制器模块采用兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的制动力分配控制策略，进行机电联合制动控制，发送机械制动力矩和再生制动力矩分配命令，并基于采集到的各车轮轮速对机械制动力矩和再生制动力矩进行调节；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成动力电池组SOC状态、车轮轮速采样信号与机械制动力矩和电机制动力矩分配命令的传输，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通知的方式启动制动执行器节点和驱动电机执行器节点动作，以实现控制行为的同步。所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、轮速、动力电池组SOC状态、电机制动转矩和机械制动力矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示轮速传感器、动力电池组SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示机械制动力矩和再生制动力矩控制命令信号传输时间；

(2)安全高效驱动控制策略下，控制器模块基于采集到的车速与踏板位置信号，兼顾动力电池组SOC状态，采用车速电流双闭环控制算法，采用矢量控制方法调节驱动电机转矩，通过驱动电机力矩分配策略，使动力电池组放电功率适应车辆行驶工况变化，实现高效驱动行驶。调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成轮速、动力电池组SOC状态采样信号与电机电流驱动力矩分配命令的传输，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电机控制器的方式启动或停止动作，以实现控制行为的同步。所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组SOC状态、车轮轮速、电机驱动转矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组SOC状态、车轮轮速信号采样信号传输时间，t_{message-control}表示电机驱动转矩控制命令信号传输时间；

(3)安全高效充电控制策略下，控制器模块基于动力电池组最佳充电曲线，通过实时监控车载充电机与动力电池组状态，控制车载充电机功率充电电路，满足动力电池组最佳充电状态要求，且可防止动力电池组过充，均衡电池单体间的电压。调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成动力电池组电流、电压、温度及SOC状态采样信号与充电电流控制命令的传输，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车载充电机控制器的方式启动动作，以实现控制行为的同步。所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组电压、电流、温度、SOC状态、充电电流控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组电流、电压、温度、SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示充电机充电电流控制命令信号传输时间；

辅助状态下，电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点、制动子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感节点和执行节电、车载充电机子系统的传感节点和执行节电与动力平台控制器VCU通过总线3互连集成。由模式选择模块实现不同控制策略的调用，其中策略管理模块包含常规制动控制、跛行动力驱动和安全充电控制三种控制策略。每种策略的控制器和调度器模块设计如下：

(1)常规制动控制策略下，控制器模块采用兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的机械制动力分配控制策略，进行常规机械制动控制，发送机械制动力矩分配命令，并基于采集到的各车轮轮速对车轮机械制动力矩进行调节；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成车轮轮速采样信号与机械制动力矩分配命令的传输，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制动控制器启动动作，以实现控制行为的同步。所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、车轮轮速、机械制动力矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示轮速传感器采样信号传输时间，t_{message-control}表示机械制动力矩控制命令信号传输时间。

(2)跛行动力驱动控制策略下，控制器模块基于采集到的车速与踏板位置信号，兼顾动力电池组SOC状态，采用车速单闭环控制方法，保证驱动系统稳定前提下实现车辆行驶基本驱动要求。调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成动力电池组SOC状态采样信号与电机电流驱动力矩分配命令的传输，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电机控制器启动动作，以实现控制行为的同步。所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组SOC状态、电机驱动转矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示电机驱动转矩控制命令信号传输时间；

(3)安全充电控制策略下，控制器模块基于动力电池组基本充电曲线，通过采集动力电池组SOC状态，控制车载充电机功率充电电路，使充电过程满足充电安全要求。调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成车速、动力电池组电流、电压、温度及SOC状态采样信号与充电控制命令的传输，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电机控制器启动动作，以实现控制行为的同步所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组电压、电流、温度、SOC状态、充电电流控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组电流、电压、温度、SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示车载充电机充电电流控制命令信号传输时间。

本发明的有益效果是：

本发明硬件方面采用共享式冗余三总线拓扑方案，同时管理方面采用分级式管理功能结构，控制策略方面采用控制器与调度器相协同的管理模式，实现调度与控制的协同管理，可实现传感器级与执行器级任务协调并有效抑制网络诱导的控制信号的传输延时、不同步及车载网络故障问题，提高车辆能源与动力传输控制的实时性、同步性和可靠性，为提高整车续驶里程和充电安全性提供技术支持。

附图说明

图1为四轮分布式电动汽车传统动力平台系统示意图；

图2为本实施例提出的四轮分布式电动汽车网控动力平台系统示意图；

图3为动力平台控制器VCU功能架构图；

图4(a)为制动能量回收策略的调度表原理图；

图4(b)为安全高效驱动策略的调度表原理图；

图4(c)为安全高效充电策略的调度表原理图；

图5(a)为常规制动控制策略的调度表原理图；

图5(b)为跛行动力驱动策略的调度表原理图；

图5(c)为安全充电控制策略的调度表原理图；

图6(a)为采用传统方案的制动能量回收控制策略下网络化控制执行效果图；

图6(b)为采用传统方案的动力驱动控制策略下网络化控制执行效果图；

图6(c)为采用传统方案的充电控制策略下网络化控制执行效果图；

图7(a)为采用本发明方案的制动能量回收控制策略下网络化控制执行效果图；

图7(b)为采用本发明方案的安全高效驱动策略下网络化控制执行效果图；

图7(c)为采用本发明方案的安全高效充电控制策略下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，以某四轮分布式电动汽车动力平台系统为例，制动能量回收系统工作时可有效回收车辆下坡、制动等工况下的动能，此时能量由电机流向动力电池组；电机驱动系统工作时，动力电池组消耗电能以驱动电机转动，此时能量由动力电池组流向电机；动力电池组充电时，能量由车载充电机流向动力电池组。不难看出，开发安全高效的电动汽车动力平台对于提升电动汽车续驶里程和解决充电问题具有重要意义。但简单的开发高效驱动电机、充电机以及制动能量回收系统对于提升车辆总体经济性效果有限，因此实现动力平台系统集成控制成为发展趋势。然而，现有动力平台系统集成技术通常采用多ECU分层式集散管理模式，通过上层协调控制器将控制任务分配到下层各子系统控制器，以实现各子系统之间的彼此合作，来实现控制目标。这种集成控制模式可以实现子系统级功能协调，但不能实现传感器级、执行器级任务协调，不能避免传感器级与执行器级任务间的干涉与冲突，限制了能量效率及车辆性能的提高。另一方面，大量传感器、执行器、线控技术及车载网络的应用，使电动汽车动力平台系统成为一种典型的多输入、多输出的网络化控制系统。多传感器、车辆控制器与多执行器之间通过车载网络交换数据，形成基于车载网络控制回路。车载网络的使用将不可避免地引入信号延时、信号传输不同步以及车载网络故障等安全隐患。

为解决上述问题，如图2所示，为本实施例所提出的电动汽车可信赖网控动力平台系统。硬件方面上，系统采用共享式冗余三总线拓扑车载网络，系统采用共享式冗余三总线拓扑车载网络，包括总线1、总线2和总线3；还包括动力平台控制器VCU、制动子系统中的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统中的传感器节点和执行器节点、电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点、车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点；所述的总线1用于互连动力平台控制器VCU、制动子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点；总线2用于互连动力平台控制器VCU、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点；总线3用于互连动力平台系统的所有传感器节点、执行器节点及控制器节点。

管理方面上，动力平台控制器VCU采用分级式管理功能结构，即包括接收模块、状态判断模块、模式选择模块、策略管理模块和发送模块，其中，接收模块通过共享式冗余三总线车载网络与各子系统传感器相连，接收模块分别与状态判断模块和模式选择模块相连，状态判断模块和模式选择层均与策略管理模块相连，策略管理模块与发送模块相连，发送模块通过共享式冗余三总线车载网络与各子系统执行器节点相连。具体来说，状态判断模块根据总线网络状态分为正常状态和辅助状态，模式选择模块实现不同控制策略的管理，策略管理模块采用控制器和调度器相结合，其中控制器模块用于控制算法的实现；调度器模块用于系统信号的调度处理，实现控制与调度的协同式管理。

如图3所示，为网控动力平台系统分级式管理功能架构示意图，在正常状态下所述的策略管理模块包括制动能量回收、安全高效驱动和安全高效充电三种控制策略，每种策略下的控制器与调度器模块设计如下：

1.制动能量回收策略下，控制器模块采用兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的制动力分配控制策略，进行机电联合制动控制，发送机械制动力矩和再生制动力矩分配命令，并基于采集到的各车轮轮速对车轮机械制动力矩和再生制动力矩进行调节

2.安全高效驱动控制策略下，控制器模块基于采集到的车速与踏板位置信号，兼顾动力电池组SOC状态，采用车速电流双闭环控制算法，采用矢量控制方法调节驱动电机转矩，通过驱动电机力驱动矩分配策略，使动力电池组放电功率适应车辆行驶工况变化

3.安全高效充电控制策略下，控制器模块基于动力电池组最佳充电曲线，通过实时监控车载充电机与动力电池组状态，控制车载充电机功率充电电路，满足动力电池组最佳充电状态要求，且可防止动力电池组过充，均衡电池单体间的电压

如图3所示，在辅助状态下，所述的策略管理模块包括常规制动控制、跛行动力驱动、安全充电控制三种控制策略，每种策略下的控制器与调度器模块设计如下：

1.常规制动控制策略下，控制器模块采用兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的机械制动力分配控制策略，进行常规机械制动控制，发送机械制动力矩分配命令，并基于采集到的各车轮轮速对车轮机械制动力矩进行调节

2.跛行动力驱动控制策略下，控制器模块基于采集到的车速与驾驶员输入信号，兼顾动力电池组SOC状态，采用车速闭环控制方法，保证驱动系统稳定前提下实现车速无静差的基本驱动要求

3.安全充电控制策略下，控制器模块基于动力电池组基本充电曲线，通过采集动力电池组SOC状态，控制车载充电机功率充电电路，使充电过程满足充电基本要求

如图4(a)-图4(c)所示，为正常状态下不同控制策略的调度表原理图，所述的调度器模块采用基于柔性时间触发的多策略调度方法，具体调度策略采用几种基本周期实现，各基本周期由整车控制单元通过发送参考帧或控制帧启动或停止。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为20ms。每个采样周期包含两个基本周期，其中在第一个基本周期内完成采样信息传输的管理，第二个基本周期内完成命令信息传输的管理。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。

如图4(a)所示，制动能量回收控制策略下：反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧、4条车轮轮速和1条动力电池组SOC状态信息，前向通道中一个基本周期要完成8条控制命令数据帧和1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max，由此系统满足实时性要求。

如图4(b)所示，安全高效驱动控制策略下：反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧、4条车轮轮速和1条动力电池组SOC状态信息，前向通道中一个基本周期要完成4条控制命令数据帧和1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max，由此系统满足实时性要求。

如图4(c)所示，安全高效充电控制策略下：反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧、4条动力电池组状态信息(电流、电压、温度、SOC状态)，前向通道中一个基本周期要完成1条充电电流控制命令数据帧和1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max，由此系统满足实时性要求。

如图5(a)-图5(c)所示，为辅助状态下不同控制策略的调度表原理图，在辅助状态下系统采样周期设为20ms，基本周期设置为10ms。每个采样周期包含两个基本周期，其中在第一个基本周期内完成采样信息传输的管理，第二个基本周期内完成命令信息传输的管理。

如图5(a)所示，常规制动控制策略下：反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧、4条车轮轮速信息，前向通道中一个基本周期要完成4条控制命令数据帧和1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max，由此系统满足实时性要求。

如图5(b)所示，跛行动力驱动策略下：反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧和1条动力电池组SOC状态信息，前向通道中一个基本周期要完成4条控制命令数据帧和1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max，由此系统满足实时性要求。

如图5(c)所示，安全充电控制策略下：反馈通道中一个基本周期要完成发送1条调度命令帧、4条动力电池组状态信息(电流、电压、温度、SOC状态信息)，前向通道中一个基本周期要完成1条控制命令数据帧和1条调度命令帧：

即，本实例中基本周期满足不等式∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max，由此系统满足实时性要求。

如图6(a)-图6(c)所示，为采用传统控制方案(未使用调度器)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，其中图6(a)为制动能量回收策略下的网络化控制执行效果图，图6(b)为动力驱动控制策略下的网络化控制执行效果图，图6(c)为充电控制策略下的网络化控制执行效果图

如图7(a)-图7(c)所示，为采用本发明所提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，其中图7(a)为制动能量回收策略下的网络化控制执行效果图，图7(b)为安全高效驱动控制策略下的网络化控制执行效果图，图7(c)为安全高效充电控制策略下的网络化控制执行效果图。

对比可知，本发明所提方案有效地解决了网络信息发送不同步问题，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传输延时。

综上，所提方案在硬件上采用三总线冗余网络，在管理架构上采用分层式结构和动态控制策略管理模式，在算法上采用控制和调度协同式管理架构，改善了车辆能源与动力系统管理的协调性能以及实时性、同步性、可靠性及容错能力，具有明显的技术优势，可为提高电动汽车续驶里程和充电安全性提供技术支持。

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。

Claims (4)

1.电动汽车的可信赖网控动力平台系统，其特征在于：系统采用共享式冗余三总线拓扑车载网络，包括总线1、总线2和总线3；还包括动力平台控制器VCU、制动子系统中的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统中的传感器节点和执行器节点、电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点、车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点；所述的总线1用于互连动力平台控制器VCU、制动子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点；总线2用于互连动力平台控制器VCU、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点与车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点；总线3用于互连动力平台系统的所有传感器节点、执行器节点及控制器节点。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的可信赖网控动力平台系统，其特征在于：所述动力平台控制器VCU采用分级式管理功能结构，包括接收模块、状态判断模块、模式选择模块、策略管理模块和发送模块，各模块间通过递进级联方式实现信息交流与协作；状态判断模块根据总线网络状态分为正常状态和辅助状态，模式选择模块实现不同控制策略的管理，策略管理模块采用控制器和调度器相结合的模式，其中控制器模块用于控制算法的实现；调度器模块用于系统信号的调度处理，实现控制与调度的协同式管理。

3.根据权利要求2所述的电动汽车的可信赖网控动力平台系统的控制方法，其特征在于：正常状态下，电机驱动子系统的传感器节点和执行器节点、制动子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点分别与动力平台控制器VCU通过总线1互连集成，车载充电机子系统的传感器节点和执行器节点、动力电池子系统的传感器节点和执行器节点和动力平台控制器VCU通过总线2互连集成；由模式选择模块实现不同控制策略的调用，其中策略管理模块包含制动能量回收、安全高效驱动和安全高效充电三种控制策略，每种策略的控制器和调度器模块设计如下：

(1)制动能量回收控制策略下，控制器模块采用兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的制动力分配控制策略，进行机电联合制动控制，发送机械制动力矩和再生制动力矩分配命令，并基于采集到的各车轮轮速对机械制动力矩和再生制动力矩进行调节；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成动力电池组SOC状态、车轮轮速采样信号与机械制动力矩和电机制动力矩分配命令的传输，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通知的方式启动制动执行器节点和驱动电机执行器节点动作，以实现控制行为的同步；所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、轮速、动力电池组SOC状态、电机制动转矩和机械制动力矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示轮速传感器、动力电池组SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示机械制动力矩和再生制动力矩控制命令信号传输时间；

(2)安全高效驱动控制策略下，控制器模块基于采集到的车速与踏板位置信号，兼顾动力电池组SOC状态，采用车速电流双闭环控制算法，采用矢量控制方法调节驱动电机转矩，通过驱动电机力矩分配策略，使动力电池组放电功率适应车辆行驶工况变化，实现高效驱动行驶；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成轮速、动力电池组SOC状态采样信号与电机电流驱动力矩分配命令的传输，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电机控制器的方式启动或停止动作，以实现控制行为的同步；所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组SOC状态、车轮轮速、电机驱动转矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组SOC状态、车轮轮速信号采样信号传输时间，t_{message-control}表示电机驱动转矩控制命令信号传输时间；

(3)安全高效充电控制策略下，控制器模块基于动力电池组最佳充电曲线，通过实时监控车载充电机与动力电池组状态，控制车载充电机功率充电电路，满足动力电池组最佳充电状态要求，且可防止动力电池组过充，均衡电池单体间的电压；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成动力电池组电流、电压、温度及SOC状态采样信号与充电电流控制命令的传输，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车载充电机控制器的方式启动动作，以实现控制行为的同步；所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组电压、电流、温度、SOC状态、充电电流控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组电流、电压、温度、SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示充电机充电电流控制命令信号传输时间。

4.根据权利要求2或3所述的电动汽车的可信赖网控动力平台系统的控制方法，其特征在于：在辅助状态下，电机驱动子系统、制动子系统、动力电池子系统、车载充电机子系统与动力平台控制器VCU通过总线3互连集成；由模式选择模块实现不同控制策略的调用，其中策略管理模块包含常规制动控制、跛行动力驱动和安全充电控制三种控制策略；每种策略的控制器和调度器模块设计如下：

(1)常规制动控制策略下，控制器模块采用兼顾电池特性、电机特性和制动稳定性的机械制动力分配控制策略，进行常规机械制动控制，发送机械制动力矩分配命令，并基于采集到的各车轮轮速对车轮机械制动力矩进行调节；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成车轮轮速采样信号与机械制动力矩分配命令的传输，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制动控制器启动动作，以实现控制行为的同步；所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、车轮轮速、机械制动力矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组SOC状态、轮速传感器采样信号传输时间，t_{message-control}表示机械制动力矩控制命令信号传输时间；

(2)跛行动力驱动控制策略下，控制器模块基于采集到的车速与踏板位置信号，兼顾动力电池组SOC状态，采用车速单闭环控制方法，保证驱动系统稳定前提下实现车辆行驶基本驱动要求；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成动力电池组SOC状态采样信号与电机电流驱动力矩分配命令的传输，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电机控制器启动动作，以实现控制行为的同步；所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组SOC状态、电机驱动转矩控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示电机驱动转矩控制命令信号传输时间；

(3)安全充电控制策略下，控制器模块基于动力电池组基本充电曲线，通过采集动力电池组SOC状态，控制车载充电机功率充电电路，使充电过程满足充电安全要求；调度器模块采用基于柔性时间触发的调度方法，具体调度策略采用2种基本周期实现，各基本周期由动力平台控制器VCU通过发送参考帧或控制帧启动或结束，2种基本周期内分别用于完成车速、动力电池组电流、电压、温度及SOC状态采样信号与充电控制命令的传输，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电机控制器启动动作，以实现控制行为的同步所述的基本周期设计，为保证实时性，应满足以下调度不等式：

∑[max(t_message)]＜T_base-cycle＜τ_max

其中，T_base-cycle为基本周期时间长度，t_message表示指基本周期内调度命令、动力电池组电压、电流、温度、SOC状态、充电电流控制命令的信息传输时间，τ_max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,t_{message-schedule}表示调度命令信号传输时间，t_{message-sensor}表示动力电池组电流、电压、温度、SOC状态采样信号传输时间，t_{message-control}表示车载充电机充电电流控制命令信号传输时间。