CN113733856A - 一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环soa系统 - Google Patents

一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环soa系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于智能网联汽车控制技术领域，公开了一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统，包括：车内环境感知模块、综合数据处理模块、TBOX模块和车内环境控制执行模块；综合数据处理模块与车内环境感知模块、TBOX模块和车内环境控制执行模块交互连接；车内环境感知模块采集车内PM2.5传感器信号、温度传感器信号，为综合数据处理模块提供温度变化订阅服务；综合数据处理模块订阅TBOX模块3的温度变化服务，并根据接收到云端所处位置的车外PM2.5数值判断是否向车内环境控制执行模块发起获取空调状态和开闭空调的请求。采用多传感器数据融合算法测量车内PM2.5数值，避免了单一传感器测量数据漂移所带来的误判，节约网络资源。

Description

一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统
技术领域
本发明属于智能网联汽车控制技术领域，尤其是涉及一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统。
背景技术
目前，随着车载智能网联技术的发展，车辆上很多功能已实现了智能化控制，如自动泊车、自动雨刮、自感应大灯等，但车载空调系统并未完全实现自动控制。尤其是当车辆处于空气质量较差环境时，车辆无法自动切换空调内外循环模式，需要依赖手动实现。车内空气不畅通将会给车内驾乘人员的身心健康造成一定的影响，同时存在一定的安全隐患。
随着大数据时代的到来我们的汽车需要紧跟时代的步伐，向着更加智能、更加人性化方向发展，同时环境污染越来越被人们所重视，PM2.5是大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，简单来说呢就是会影响空气质量，从而对人体健康和大气环境质量的影响更大。研究显示，PM2.5浓度越高，呼吸系统病症和心血管病的发病率也同步增高，汽车尾气是PM2.5的主要组成部分，驾乘人员在车内容易受到PM2.5的危害，多传感器数据融合定义可概括为：充分利用不同时间与空间的多传感器数据资源，采用计算机技术对获得的多传感器监测数据，在一定准则下进行分析、综合、支配和使用，获得对被测对象的一致性解释与描述，进而实现相应的决策和估计，使系统获得比它的各组成部分更充分的信息。多传感器数据融合的基本工作原理为：在需要获得数据的区域，部署多个传感器，定期读取传感器的数据并建立不同的数学模型对数据进行处理，以获得更精准及科学的数据结果，为测量信息及决策分析提供有力支持。
单个传感器在数据获取的过程中受环境因素等影响较大，有时会出现数据偏差较大的情况，对测量结果产生影响。多传感器融合技术通过对多个传感器获得的信息进行处理组合等操作，可以显著提高传感器的测量精度。数据融合技术扩展了时空覆盖范围，改善了系统的可靠性，增加了对目标或事件的确认可信度，减少了信息的模糊性，这是任何单个传感器都做不到的。
智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器和执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，使车辆具备复杂环境感知、智能化决策与控制功能，能综合实现安全、节能、环保及舒适行驶的新一代智能汽车。基于以太网的车载通讯应用成为汽车通讯领域的一种新趋势。面向服务的架构SOA（Service-Oriented Architecture）是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）进行拆分，并通过这些服务之间定义良好的接口和协议联系起来。数据传输的新理念是通过SOME/IP(Scalable service-OrientedMiddlewarE over IP)通信协议实现面向服务的数据传输，与面向信号传输不同，SOME/IP通信协议具有如下优势：
1)车辆中的ECU能够通过SOME/IP订阅服务内容来实现面向服务的信息传输，从而使得发送方仅在网络中至少有一个接收方需要此数据时才发送数据；此过程的优点一方面实现了不同ECU的解耦，增强了系统的可扩展性。
2)网络和所有连接的节点不会被不必要的数据加载，降低了总线上的通信负载，有效解决了车载服务使用的复杂性，提高系统可用性，降低软件开发成本。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统，包括：车内环境感知模块1、综合数据处理模块2、TBOX模块3和车内环境控制执行模块4；综合数据处理模块2与车内环境感知模块1、TBOX模块3和车内环境控制执行模块4交互连接，采用基于SOME/IP协议进行通信；
车内环境感知模块1采集车内PM2.5传感器信号、温度传感器信号，为综合数据处理模块2提供温度变化订阅服务；综合数据处理模块2订阅TBOX模块3的温度变化服务，并根据接收到云端所处位置的车外PM2.5数值判断是否向车内环境控制执行模块4发起获取空调状态和开闭空调的请求。
综合数据处理模块2包括综合数据计算模块21和服务请求模块22；所述数据计算模块21包括车内空气质量PM2.5消息处理单元211、车内空气质量数据融合单元212、云端空气质量PM2.5消息处理单元213、空调开关消息处理单元214、空调内外循环消息处理单元215。
服务请求模块22包括空调状态请求单元221、空调开关请求单元222和空调内外循环模式请求单元223。
车内环境感知模块1包括2个以上PM2.5传感器，采用自适应加权算法对多传感器数据进行数据融合。通过采集PM2.5传感器数值反应车内空气质量。
车内环境感知模块1通过SOME/IP Event接口，将车内PM2.5传感器测量的数值以notification的消息类型发送给车内综合数据计算模块。
综合数据处理模块2用于处理来自传感器服务端的notification消息和通过TBOX来自云端的各个服务的notification消息；
车内环境控制执行模块4将综合数据模块2反馈的结果通过控制空调内外循环。
综合数据处理模块2接收来自车内环境控制执行模块4的空调状态response消息，并根据接收到的消息对空调状态进行更改；
空调开关消息处理单元214用于向空调服务端发送获取空调当前开闭状态的request请求消息；
空调内外循环消息处理单元215用于向空调服务端发送获取空调内外循环状态的request请求消息；
空调开关请求单元222根据综合数据处理模块2计算结果，向空调服务端发送开闭空调的request请求；空调内外循环单元215根据综合数据处理模块2计算结果，向空调服务端发送设置空调内外循环状态request请求；当外界PM2.5数值大于50时，启动空调并切换至内循环模式。当外界PM2.5数值介于30-50之间，会根据车内外PM2.5数值之差决定空调的内外循环模式。
当空调已开启并切换至内循环模式下，车外PM2.5数值大于50时，若此时车内外PM2.5差值小于5，则提示应更换空调滤芯。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)整体车内空气质量优化基于SOME/IP提供的服务接口进行通信，有效降低了通信负载；
2)通过云端大数据实时获取当前所在区域的空气质量，数据更加精确；
3)采用多传感器数据融合算法测量车内PM2.5数值，避免了单一传感器测量数据漂移所带来的误判。
4)控制服务仅在室外空气质量超标时时通过notification服务向综合数据处理模块发出通知，综合数据处理模块根据车内空气质量信号进行决策并做出相应的动作，节约网络资源。
附图说明
图1是一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统示意图；
图2是综合数据处理模块2的结构示意图。
附图标记：1、车内环境感知模块；2、综合数据处理模块；3、TBOX模块；4、车内环境控制执行模块；21、综合数据计算模块；22、服务请求模块；211、车内空气质量PM2.5消息处理单元；212、车内空气质量数据融合单元；213、云端空气质量PM2.5消息处理单元；214、空调开关消息处理单元；215、空调内外循环消息处理单元；221、空调状态请求单元；222、空调开关请求单元；223、空调内外循环模式请求单元223。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统，包括车内环境感知模块1、综合数据处理模块2、TBOX模块3和车内环境控制执行模块4；综合数据处理模块2与车内环境感知模块1、TBOX模块3和车内环境控制执行模块4交互连接，采用基于SOME/IP协议进行通信；
车内环境感知模块1采集车内PM2.5传感器信号、温度传感器信号，为综合数据处理模块2提供温度变化订阅服务；综合数据处理模块2订阅TBOX模块3的温度变化服务，并根据接收到云端所处位置的车外PM2.5数值判断是否向车内环境控制执行模块4发起获取空调状态和开闭空调的请求。
车内环境感知模块1包括2个以上PM2.5传感器，采用自适应加权算法对多传感器数据进行数据融合。通过采集PM2.5传感器数值反应车内空气质量。
车内环境感知模块1通过SOME/IP Event接口，将车内PM2.5传感器测量的数值以notification的消息类型发送给车内综合数据计算模块。
传车内环境感知模块1采集车内PM2.5信号并对外暴露SOME/IP Event接口，为综合数据处理模块2提供温度变化订阅服务；综合数据处理模块2订阅TBOX模块3的温度变化服务，并根据接收到云端所处位置的车外PM2.5数值判断是否向车内环境控制执行模块4发起获取空调状态和开闭空调的请求。
车内环境感知模块1包含Some/ip的Evant接口；
车内环境感知模块1通过多传感器数据融合方式测量车内PM2.5浓度；车内环境通知模块1通过SOME/IP Event接口，将所有PM2.5传感器所测量的PM2.5数值以notification的消息类型发送给综合数据处理模块2。
如图2所示，综合数据处理模块2包括综合数据计算模块21和服务请求模块22；所述数据计算模块21包括车内空气质量PM2.5消息处理单元211、车内空气质量数据融合单元212、云端空气质量PM2.5消息处理单元213、空调开关消息处理单元214、空调内外循环消息处理单元215。
服务请求模块22包括空调状态请求单元221、空调开关请求单元222和空调内外循环模式请求单元223。
综合数据计算模块21用于处理来自车内环境感知模块1和TBOX模块3传输的notification消息和车内环境控制执行模块4各个服务的response回复消息。
车内空气质量PM2.5消息处理单元211用于接收来自车内环境感知模块1的PM2.5notification消息，将接收到的多个PM2.5传感器数值传递至车内空气质量数据融合单元212，
经过车内空气质量数据融合单元212数据融合后的的车内PM2.5数值会传递至云端空气质量PM2.5消息处理单元213，并同云端传递来的所处坐标户外PM2.5数值进行对比判断。
车内空气质量数据融合单元212数据融合算法如下：设有n个传感器的方差分别为σ1，σ2，…，σn。待估计的真值为X，各个传感器的测量值分别为X1，X2，…，Xn，由于各传感器之间并无关联，因此它们彼此互相独立，是X的无偏估计。各传感器的加权因子分别为W1，W2，…，Wn，则融合后的X值和加权因子满足公式1-1和1-2：
Figure RE-384014DEST_PATH_IMAGE001
…………………………………………………（1-1）
Figure RE-271461DEST_PATH_IMAGE002
……………………………………………（1-2）
总均方差为：
Figure RE-520040DEST_PATH_IMAGE003
…………（1-3）
由于X1，X2，…，Xn为X的无偏估计，且彼此独立，所以E[(X-Xp)(X-Xq)] =0，(p ≠q;p =1,2,…,n;q =1,2,…,n)，故σ2可写成
Figure RE-180828DEST_PATH_IMAGE004
……（1-4）
由1-4可知，总均方差σ2是关于所有加权因子的一个多元二次函数，因此σ2必然存在最小值。根据多元二次函数求极值理论，可求出总均方差最小时所对应的加权因子：
Figure RE-489767DEST_PATH_IMAGE006
…………………………（1-5）
此时对应的最小均方差为：
Figure RE-22379DEST_PATH_IMAGE007
…………………………………………（1-6）
以上是根据各个传感器在某一时刻的测量值而进行的估计，当估计真值X为常量时，通常可根据各个传感器所采集数据的平均值来进行估计。采集k次的平均值为：
Figure RE-690121DEST_PATH_IMAGE008
…………………………（1-7）
此时估计值为：
Figure RE-562262DEST_PATH_IMAGE009
………………………………………………………（1-8）
总均方差为：
Figure RE-24468DEST_PATH_IMAGE010
（1-9）
数据计算模块21向车内环境感知模块1和TBOX模块3发起订阅服务请求，服务请求模块22根据需要向车内环境控制执行模块4发起request请求消息。
车内空气质量PM2.5消息处理单元211将车内环境感知模块1传输过来的车内外PM2.5数值传递至车内空气质量数据融合单元212经过数据融合算法处理后将融合后PM2.5数值传递至云端空气质量PM2.5消息处理单元213，同时TBOX模块3发送来的数值也传送至云端空气质量PM2.5消息处理单元213，进行综合判定。
空调状态请求单元221用于向车内环境控制执行模块4发送获取空调当前开闭状态的request请求消息；空调开关请求单元222根据云端空气质量PM2.5消息处理处理单元213的判定结果，向车内环境控制执行模块4发送开闭空调的request请求；空调内外循环模式请求单元223根据云端空气质量PM2.5消息处理单元213的判定结果和空调状态获取单元221的状态，向车内环境控制执行模块4发送设置空调为内/外循环的request请求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统，其特征在于，包括：车内环境感知模块（1）、综合数据处理模块（2）、TBOX模块（3）和车内环境控制执行模块（4）；综合数据处理模块（2）与车内环境感知模块（1）、TBOX模块（3）和车内环境控制执行模块（4）交互连接；
所述车内环境感知模块（1）采集车内PM2.5传感器信号、温度传感器信号，为综合数据处理模块（2）提供温度变化订阅服务；综合数据处理模块（2）订阅TBOX模块3的温度变化服务，并根据接收到云端所处位置的车外PM2.5数值判断是否向车内环境控制执行模块（4）发起获取空调状态和开闭空调的请求。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统，其特征在于，所述综合数据处理模块（2）包括综合数据计算模块（21）和服务请求模块（22）；所述数据计算模块（21）包括车内空气质量PM2.5消息处理处理单元（211）、车内空气质量数据融合单元（212）、云端空气质量PM2.5消息处理处理单元（213）、空调开关消息处理单元（214）、空调内外循环消息处理单元（215）。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器数据融合的车载空调内外循环SOA系统，其特征在于，所述服务请求模块（22）包括空调状态请求单元（221）、空调开关请求单元（222）和空调内外循环模式请求单元（223）。
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