CN113242311A - 电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统及其调度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统及其调度方法,中央网关包括回路调度器模块Ⅰ和中央网关调度库;ADAS域包括ADAS域控制器和传感器节点;ADAS域控制器包括ADAS域复合接收模块、ADAS域控制器模块、回路调度器模块Ⅱ、ADAS域调度库和ADAS域调度控制协同模块;车辆底盘域包括车辆底盘域控制器和执行器节点;车辆底盘域控制器包括车辆底盘域复合接收模块、车辆底盘域控制器模块、回路调度器模块Ⅲ、车辆底盘域调度库和车辆底盘域调度控制协同模块。本发明将调度器模块紧密联系并形成回路协同调度链,提高了各域之间调度的协同性。调度方法提出了分数型基本周期调度算法,提高自动紧急制动控制系统性能。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车自动紧急制动与汽车域架构技术领域,具体为电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统及其调度方法。
背景技术
近年来,随着人们对汽车安全性要求的不断提高,主动安全技术的研发成为了新的趋势。自动紧急制动技术作为一种新兴的主动安全的技术,又作为L1级别的自动驾驶技术,受到人们极大重视。越来越多的高识别精准的自动紧急制动算法被开发出来,与多种其他汽车系统的协同控制技术也愈加受到国内外学者的关注。然而,电动汽车的快速发展加速提高了汽车的电气化程度,各种汽车电子系统被集成到汽车上,传统分布式汽车电子电气架构上的电子部件越来越多,电控单元的增加使得自动紧急制动系统性能受到的影响越来越多。然而,作为涉及自动驾驶最基本的行车安全保证的高可靠性要求技术,人们对自动驾驶安全技术稳定和实时性的要求也不断提高,对影响自动紧急制动性能的多方面扰动因素的研究也成为了当今主动安全技术的发展趋势和迫切要求。
汽车新型域架构设计方法的出现为上述问题的解决提供了新的思路,域架构下的控制器内可以融合进多种电子系统功能,这种域架构设计方法,不仅可以大幅度减少汽车电子部件的数量,缩短车载线缆的长度,更有利于简化汽车功能的设计,减少相应汽车电子系统的影响因素。另外域架构中的域控制器都具有着更加强大的算力,这使得高性能的自动驾驶技术的落地更加可靠,给自动紧急制动系统等技术的应用提供了更可靠的保障。因此,域架构下的网控自动紧急制动系统成为了当前新兴的主流选择。
然而,域架构的引入也对自动紧急制动系统带来的新的影响因素,不同于传统架构下的分析方法,域架构下的电子电气部件会被划分到ADAS域、车辆底盘域、车辆动力域等多个域中,使得节点数大大增多。另外,不同域中所传输的信号类型不同,信号传输的速度、带宽要求也不同,因此不同部件间也会采取各种不同的网络协议,多种协议下的信号传输如何保证在网关处的同步收发,如何保证信号传输的实时性与稳定性,这些问题成为了汽车域架构技术发展的关键性难题。而这对自动紧急制动系统的安全性和稳定性也带来了更多的干扰因素和潜在威胁。但是,如何处理域架构下自动紧急制动系统发展的阻碍,仍然是当前的一项技术空缺。
发明内容
在对汽车自动紧急制动系统实时性与安全性要求越来越高的背景下,本发明的目的是提供一种电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统及其调度方法。
本发明首先提出了一种新型自动紧急制动控制系统,该系统联结了中央网关和各个域控制器中的回路调度器模块,形成回路协同调度链;基于该系统,本发明提出了回路协同调度方法,并明确了该方法的设计判据;进而提出了分数型基本周期调度算法并给出了其参数计算方法;基于回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法,本发明提出了一种可以有效提高自动紧急制动控制系统实时性和同步性的信号传输方案。
本发明技术方案如下:
电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统,主要组成包括中央网关、车载主干网络、ADAS域和车辆底盘域;
所述的中央网关包括回路调度器模块Ⅰ和中央网关调度库;
所述的ADAS域包括ADAS域控制器和传感器节点;ADAS域控制器包括ADAS域复合接收模块、ADAS域控制器模块、回路调度器模块Ⅱ、ADAS域调度库和ADAS域调度控制协同模块;传感器节点包括摄像头、雷达、惯性导航和速度传感器;
所述的车辆底盘域包括车辆底盘域控制器和执行器节点;车辆底盘域控制器包括车辆底盘域复合接收模块、车辆底盘域控制器模块、回路调度器模块Ⅲ、车辆底盘域调度库和车辆底盘域调度控制协同模块;执行器节点包括4个制动控制器;
所述的回路调度器模块Ⅱ、回路调度器模块Ⅲ与回路调度器模块Ⅰ直接相连,形成回路协同调度链;
ADAS域控制器中,传感器节点的信号输入到ADAS域复合接收模块,ADAS域复合接收模块与ADAS域控制器模块相连,ADAS域控制器模块与回路调度器模块Ⅱ分别和ADAS域调度控制协同模块相连;回路调度器模块Ⅱ接受ADAS域调度库和回路调度器模块Ⅰ的调度命令;
中央网关中,回路调度器模块Ⅰ接受中央网关调度库的调度命令;
车辆底盘域控制器中,车辆底盘域复合接收模块与车辆底盘域控制器模块相连,车辆底盘域控制器模块与回路调度器模块Ⅲ分别和车辆底盘域调度控制协同模块相连,回路调度器模块Ⅲ接受回路调度器模块Ⅰ和车辆底盘域调度库的调度命令,车辆底盘域调度控制协同模块输出信号给制动器节点信号。
根据以上组成和连接关系,调度方法为,中央网关的回路调度器模块Ⅰ统一管理ADAS域控制器中的回路调度器模块Ⅱ和车辆底盘域控制器中的回路调度器模块Ⅲ,ADAS域控制器中的回路调度器模块Ⅱ和车辆底盘域控制器中的回路调度器模块Ⅲ反馈调度信息给中央网关中的回路调度器模块Ⅰ;回路调度器模块Ⅰ、回路调度器模块Ⅱ和回路调度器模块Ⅲ相互影响,协同处理多种网络传输协议下的传输信号,实现自动紧急制动控制系统回路的周期设定、时钟同步和优先级分配各方面调度功能。
对于回路协同调度方法设计判据为,自动紧急制动控制系统相关数据帧的物理传输时间需满足如下不等式:
其中,,为自动紧急制动控制系统中某种网络传输协议的传输
信号数;为自动紧急制动控制系统使用的网络传输协议种类数;,为自
动紧急制动控制系统中某种网络传输协议的传输信号数据帧长度;,
为自动紧急制动控制系统中某种网络传输协议的波特率,所设定的时间常数。
为保证自动紧急制动系统回路延时不大于T,则分数型基本周期数n≥4。
这里取分数型基本周期数n=4,即1个系统采样周期包括分数型基本周期Ⅰ、分数型基本周期Ⅱ、分数型基本周期Ⅲ和分数型基本周期Ⅳ;其中分数型基本周期Ⅰ用于传感器节点传递传感器信号数据帧到ADAS域控制器,分数型基本周期Ⅱ用于ADAS域控制器传递加速度控制信号数据帧到中央网关,分数型基本周期Ⅲ用于中央网关传递加速度控制信号数据帧到车辆底盘域控制器,分数型基本周期Ⅳ用于车辆底盘域控制器传递制动控制器信号数据帧到执行器节点;在每个分数型基本周期内,中央网关会通过回路协同调度链,使用回路协同调度方法,发送下一个分数型基本周期的启动广播帧,从而维持分数型基本周期调度算法的运行。
本发明的有益效果为:
1.本发明提出的一种电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统,充分考虑了域架构下网控自动紧急制动系统中的问题,联结中央网关和各个域控制器中的回路调度器模块,形成了回路协同调度链,对自动紧急制动过程中的多节点、多种网络传输协议问题进行处理,给域架构下自动紧急制动控制系统的设计提供了新的方案。
2.本发明提出了一种电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的调度方法,用于处理域架构下车辆通信系统中的问题,还提出了回路协同调度方法的设计判据,给自动紧急制动控制系统的调度方法设计提供了理论支持。
3.本发明提出了分数型基本周期调度算法及其参数计算方法,该算法可以抑制网络诱导延时对自动紧急制动系统控制性能的影响,同时降低系统中的网络数据传输量,是一种有效的自动紧急制动控制系统延时优化方法。
4.本发明基于所提出的回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法,提出了一种自动紧急制动控制系统信号传输方案,该方案基本周期内信号分配合理、紧密,可以有效提高自动紧急制动控制系统的实时性和同步性。
附图说明
图1为实施例采用的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的结构示意图。
图2为实施例采用的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的回路协同调度方法原理图。
图3为实施例采用的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统回路结构分析图。
图4为采用的基于回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法的域架构网控自动紧急制动控制系统的通用分析时序图。
图5为实施例采用的基于回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法的域架构网控自动紧急制动控制系统实例时序图。
图6为传统电动汽车域架构自动紧急制动控制系统实例时序图。
图7为实施例采用的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的调度方法的调度表实例。
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。
针对域架构下网控自动紧急制动面临的新的挑战,设计了域架构下网控自动紧急制动控制系统结构,并提出了回路协同调度方法,提高车辆自动紧急制动功能在域架构上应用的可实施性,同时有效降低控制系统回路中的数据量,有效抑制网络拥挤和网络诱导延时引起的问题,提高自动紧急制动系统的控制性能,进而提高汽车运行的安全。
图1为实施例电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的结构示意图,该控制系统主要组成包括中央网关、车载主干网络、ADAS域和车辆底盘域;
所述的中央网关包括回路调度器模块Ⅰ和中央网关调度库;
所述的ADAS域包括ADAS域控制器和传感器节点;ADAS域控制器包括ADAS域复合接收模块、ADAS域控制器模块、回路调度器模块Ⅱ、ADAS域调度库和ADAS域调度控制协同模块;传感器节点包括摄像头、雷达、惯性导航和速度传感器;
所述的车辆底盘域包括车辆底盘域控制器和执行器节点;车辆底盘域控制器包括车辆底盘域复合接收模块、车辆底盘域控制器模块、回路调度器模块Ⅲ、车辆底盘域调度库和车辆底盘域调度控制协同模块;执行器节点包括4个制动控制器;
控制系统的主干连接关系为:所述的回路调度器模块Ⅱ、回路调度器模块Ⅲ与回路调度器模块Ⅰ直接相连,形成回路协同调度链;
ADAS域控制器中,传感器节点的信号输入到ADAS域复合接收模块,ADAS域复合接收模块与ADAS域控制器模块相连,ADAS域控制器模块与回路调度器模块Ⅱ分别和ADAS域调度控制协同模块相连;回路调度器模块Ⅱ接受ADAS域调度库和回路调度器模块Ⅰ的调度命令;
中央网关中,回路调度器模块Ⅰ接受中央网关调度库的调度命令;
车辆底盘域控制器中,车辆底盘域复合接收模块与车辆底盘域控制器模块相连,车辆底盘域控制器模块与回路调度器模块Ⅲ分别和车辆底盘域调度控制协同模块相连,回路调度器模块Ⅲ接受回路调度器模块Ⅰ和车辆底盘域调度库的调度命令,车辆底盘域调度控制协同模块输出信号给制动器节点信号。
图2为实施例电动汽车域架构网控自动紧急制动控制的回路协同调度方法原理图,其主要特点为:中央网关的回路调度器模块Ⅰ发送中央调度命令统一管理ADAS域控制器中的回路调度器模块Ⅱ和车辆底盘域控制器中的回路调度器模块Ⅲ,回路调度器模块Ⅱ和回路调度器模块Ⅲ发送反馈调度信息给中央网关中的回路调度器模块Ⅰ;回路调度器模块Ⅰ、回路调度器模块Ⅱ和回路调度器模块Ⅲ相互影响,协同处理多种网络传输协议下的传输信号,实现自动紧急制动控制系统回路的周期设定、时钟同步和优先级分配各方面调度功能。
图3为实施例采用的域架构网控自动紧急制动控制系统回路结构分析图,整个控制系统回路为4段,分别为:传感器-ADAS域控制器,ADAS域控制器-中央网关,中央网关-车辆底盘域控制器,车辆底盘域控制器-执行器。图4为采用的基于回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法的域架构网控自动紧急制动控制系统的通用分析时序图。在每个分数型基本周期内,中央网关会通过回路协同调度链,使用回路协同调度方法,发送下一个分数型基本周期的启动广播帧,从而维持整个分数型基本周期方法的运行。综上分析可得到调度设计判据中的系数为4,则设计判据为,自动紧急制动控制系统相关数据帧物理传输时间满足:
其中,,为自动紧急制动控制系统中某种网络传输协议的传输
信号数;为自动紧急制动控制系统使用的网络传输协议种类数;,为自
动紧急制动控制系统中某种网络传输协议的传输信号数据帧长度;,
为自动紧急制动控制系统中某种网络传输协议的波特率,所设定的时间常数。
其中,分别表示自动紧急制动控制系统中以太网传输协议和CAN传输协议
的传输信号数;分别表示自动紧急制动控制系统中以太网传输协议和CAN传输协议
的传输信号数据帧长度;分别表示自动紧急制动控制系统中以太网传输
协议和CAN传输协议的波特率;为所设定的时间常数。
根据以上内容,图5为基于回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法的域架
构网控自动紧急制动控制系统实例时序图。在本实例中,控制系统回路总延时要控制在一
个采样周期T时间范围内,则要求n≥4,则。在每个分数型基本周期内,中央网关会
通过回路协同调度链,使用回路协同调度方法,发送下一个分数型基本周期的启动广播帧,
从而维持整个分数型基本周期方法的运行。在分数型基本周期Ⅰ开始时,传感器节点收到启
动广播帧后,立即同步发送传感信号,并在分数型基本周期Ⅰ内完成;ADAS域控制器收到传
感器信号并计算后,在启动广播帧的影响下在分数型基本周期Ⅱ开始时发送制动加速度信
号;中央网关收到后,在分数型基本周期Ⅲ开始时立即转发给车辆底盘域控制器,并在分数
型基本周期Ⅲ内完成发送;在第分数型基本周期Ⅳ开始时,车辆底盘域控制器在启动广播
帧影响下,同步发送制动控制器信号,并在分数型基本周期Ⅳ内完成。4个分数型基本周期
组成一个系统原始周期,以上步骤反复循环。分析知,实施例自动紧急制动控制系统回路延
时不大于T。
图6为未采用回路协同调度方法和分数型基本周期调度算法的传统电动汽车域架构自动紧急制动控制系统实例时序图,分析可知,传统控制方案的网络诱导延时最大可能达到4T,其最大延时是采用分数型基本周期的实施例的最大延时的4倍。
图7为电动汽车域架构网控自动紧急制动控制的回路协同调度方法的调度表实例,在本实施例中,取分数型基本周期数n=4,即1个系统采样周期包括分数型基本周期Ⅰ、分数型基本周期Ⅱ、分数型基本周期Ⅲ和分数型基本周期Ⅳ;其中分数型基本周期Ⅰ用于传感器节点传递传感器信号数据帧到ADAS域控制器,分数型基本周期Ⅱ用于ADAS域控制器传递加速度控制信号数据帧到中央网关,分数型基本周期Ⅲ用于中央网关传递加速度控制信号数据帧到车辆底盘域控制器,分数型基本周期Ⅳ用于车辆底盘域控制器传递制动控制器信号数据帧到执行器节点;在每个分数型基本周期内,中央网关会通过回路协同调度链,使用回路协同调度方法,发送下一个分数型基本周期的启动广播帧,从而维持分数型基本周期调度算法的运行。
综上,所提方案在保证自动紧急制动系统的实时性和同步性上具有很大的性能优势,给电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的设计提供了先进的技术支持。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统,其特征在于,包括中央网关、车载主干网络、ADAS域和车辆底盘域;
所述的中央网关包括回路调度器模块Ⅰ和中央网关调度库;
所述的ADAS域包括ADAS域控制器和传感器节点;ADAS域控制器包括ADAS域复合接收模块、ADAS域控制器模块、回路调度器模块Ⅱ、ADAS域调度库和ADAS域调度控制协同模块;传感器节点包括摄像头、雷达、惯性导航和速度传感器;
所述的车辆底盘域包括车辆底盘域控制器和执行器节点;车辆底盘域控制器包括车辆底盘域复合接收模块、车辆底盘域控制器模块、回路调度器模块Ⅲ、车辆底盘域调度库和车辆底盘域调度控制协同模块;执行器节点包括4个制动控制器;
所述的回路调度器模块Ⅱ、回路调度器模块Ⅲ与回路调度器模块Ⅰ直接相连,形成回路协同调度链;
ADAS域控制器中,传感器节点的信号输入到ADAS域复合接收模块,ADAS域复合接收模块与ADAS域控制器模块相连,ADAS域控制器模块与回路调度器模块Ⅱ分别和ADAS域调度控制协同模块相连;回路调度器模块Ⅱ接受ADAS域调度库和回路调度器模块Ⅰ的调度命令;
中央网关中,回路调度器模块Ⅰ接受中央网关调度库的调度命令;
车辆底盘域控制器中,车辆底盘域复合接收模块与车辆底盘域控制器模块相连,车辆底盘域控制器模块与回路调度器模块Ⅲ分别和车辆底盘域调度控制协同模块相连,回路调度器模块Ⅲ接受回路调度器模块Ⅰ和车辆底盘域调度库的调度命令,车辆底盘域调度控制协同模块输出信号给制动器节点信号。
2.根据权利要求1所述的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的调度方法,其特征在于,回路调度器模块Ⅰ发送中央调度命令统一管理回路调度器模块Ⅱ和回路调度器模块Ⅲ,回路调度器模块Ⅱ和回路调度器模块Ⅲ发送反馈调度信息给回路调度器模块Ⅰ;回路调度器模块Ⅰ、回路调度器模块Ⅱ和回路调度器模块Ⅲ相互影响,协同处理多种网络传输协议下的传输信号,实现自动紧急制动控制系统回路的周期设定、时钟同步和优先级分配各方面调度功能。
5.根据权利要求4所述的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的调度方法,其特征在于,分数型基本周期数n≥4。
6.根据权利要求5所述的电动汽车域架构网控自动紧急制动控制系统的调度方法,其特征在于,分数型基本周期数n=4,即1个系统采样周期包括分数型基本周期Ⅰ、分数型基本周期Ⅱ、分数型基本周期Ⅲ和分数型基本周期Ⅳ;其中分数型基本周期Ⅰ用于传感器节点传递传感器信号数据帧到ADAS域控制器,分数型基本周期Ⅱ用于ADAS域控制器传递加速度控制信号数据帧到中央网关,分数型基本周期Ⅲ用于中央网关传递加速度控制信号数据帧到车辆底盘域控制器,分数型基本周期Ⅳ用于车辆底盘域控制器传递制动控制器信号数据帧到执行器节点;在每个分数型基本周期内,中央网关会通过回路协同调度链,使用回路协同调度方法,发送下一个分数型基本周期的启动广播帧,从而维持分数型基本周期调度算法的运行。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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