[发明专利]电动汽车的可信赖网控动力平台系统及其控制方法

权利要求书

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；

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。

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的方式启动或停止电机控制器动作，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的方式启动车载充电机控制器动作，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。

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：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启动制动控制器动作，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启动电机控制器动作，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启动电机控制器动作，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。