專利名稱：一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外混合動(dòng)力車輛的控制系統(tǒng)普遍采用的控制策略為混合動(dòng)力整車控制器(HCU)作為高級管理層，從總線上獲得外部輸入和車輛狀態(tài)信息，再通過總線向發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池、變速器和制動(dòng)控制器等發(fā)送相關(guān)控制參數(shù)。此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池、變速器、制動(dòng)控制器等均只作為混合動(dòng)力系統(tǒng)的執(zhí)行器，接收來自混合動(dòng)力整車控制器(HCU)的指令并進(jìn)行相應(yīng)的操作。目前這種控制系統(tǒng)架構(gòu)雖然采用了總線結(jié)構(gòu)，但實(shí)質(zhì)上與傳統(tǒng)的集成式控制并無很大差異。具體地說，雖然這種控制架構(gòu)也采用了目前普遍應(yīng)用的總線結(jié)構(gòu)，但并沒有從數(shù)學(xué)模型的角度去整體考慮總線的負(fù)載率和所有硬件的資源利用率，而是主觀的集整車能量管理、模式切換搭接過程、換擋決策等所有控制任務(wù)施加于混合動(dòng)力整車控制器這一個(gè)控制器。這樣，繁瑣的控制任務(wù)的過于集中對混合動(dòng)力整車控制器的要求非常高，要實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的算法非常困難，而且這樣控制的實(shí)時(shí)性不好，導(dǎo)致ECU內(nèi)部任務(wù)間調(diào)度延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)、系統(tǒng)級信號端到端延時(shí)等現(xiàn)象大量發(fā)生，還容易出現(xiàn)“單點(diǎn)失效”等毀滅性錯(cuò)誤。另夕卜，過于集中的控制方法不利于子模塊的研究與開發(fā)。因此，迫切需要對混合動(dòng)力車輛現(xiàn)有的控制系統(tǒng)和方法進(jìn)行革新。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提出了一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)，以更加合理的使用整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件資源，降低總線負(fù)載率，提高系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)，所述分布式控制系統(tǒng)包括多個(gè)控制單元和總線，所述多個(gè)控制單元由所述總線相連，每個(gè)所述控制單元上可以運(yùn)行所述分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)中的一個(gè)或多個(gè)，其中，所述任務(wù)分配系統(tǒng)包括第一模塊，用于建立所述任務(wù)與所述多個(gè)控制單元之間映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用圖論方法，建立所述任務(wù)的有向無環(huán)圖；第二模塊，用于確定所述任務(wù)的特征參數(shù)；以及第三模塊，用于基于所述第二模塊所確定的所述特征參數(shù)，以所述總線上的數(shù)據(jù)傳輸量最小為目標(biāo)，在滿足多種約束條件的情況下對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解，從而將所述任務(wù)分配到所述多個(gè)控制單元中。優(yōu)選地，所述多個(gè)控制單元包括混合動(dòng)力整車控制器HCU、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、 電機(jī)控制器MCU、電池管理系統(tǒng)BMS和機(jī)械式自動(dòng)變速器控制器T⑶。優(yōu)選地，所述數(shù)學(xué)模型包括所述分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型，其中，所述系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型包括控制器集合信息和總線信息，所述控制器集合信息包括控制器的存儲(chǔ)空間信息，其中，所述系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型包括所述任務(wù)與事務(wù)的映身寸關(guān)系。優(yōu)選地，所述特征參數(shù)包括每個(gè)所述任務(wù)的觸發(fā)周期、任務(wù)的最多指令條數(shù)、任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗和任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量。優(yōu)選地，所述第三模塊將所有所述任務(wù)的軟件代碼導(dǎo)入采用基于PC機(jī)的VectorCAST軟件，從而確定每個(gè)所述任務(wù)的所述特征參數(shù)。優(yōu)選地，所述約束條件包括指派限制約束、響應(yīng)時(shí)間約束、資源約束和處理器使用率約束。優(yōu)選地，所述第三模塊使用遺傳算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃化法或龐特里亞金最大值法來對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解。優(yōu)選地，所述總線是CAN總線或FlexRay總線。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，其包括上述任務(wù)分配系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種包括上述分布式控制系統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛。從上述方案中可以看出，本發(fā)明在分布式硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上用圖論方法建立分布式控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以總線上的數(shù)據(jù)量最少為目標(biāo)，以滿足多種約束條件的任務(wù)指派策略，能夠合理的利用已有的硬件資源降低總線負(fù)載率，有效提高混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性。


下面將通過參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更清楚本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖中圖I是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖；圖2是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型示意圖；圖3是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型示意圖；圖4是一個(gè)有向無環(huán)圖的示例；圖5示出了具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的一個(gè)有向無環(huán)圖；圖6示出了具體實(shí)施方式
中考慮了指派限制約束后的分布式控制系統(tǒng)有向無環(huán)圖；圖7是具體實(shí)施方式
中使用的遺傳算法中的自然數(shù)編碼示意圖；圖8是具體實(shí)施方式
中利用遺傳算法的任務(wù)分配方案進(jìn)化曲線圖；圖9是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)任務(wù)分配后的有向無環(huán)圖；圖10是本發(fā)明中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
、
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。為了克服混合動(dòng)力車輛現(xiàn)有的集成式控制架構(gòu)的不足，本發(fā)明在分布式硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立了一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配方法。在該方法中，建立了分布式控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模型和軟件任務(wù)模型，獲取控制任務(wù)的特征參數(shù)，基于圖論的 方法建立了系統(tǒng)任務(wù)的有向無環(huán)圖，將分布式控制系統(tǒng)任務(wù)指派問題抽象為有向無環(huán)圖的最小分割問題，并對有向無環(huán)圖進(jìn)行了最小分割，得出最終分配結(jié)果，并根據(jù)分配結(jié)果執(zhí)行所有任務(wù)。具體地，圖10示出了本發(fā)明中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在本發(fā)明的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)中，所述分布式控制系統(tǒng)包括多個(gè)控制單元和總線，所述多個(gè)控制單元由所述總線相連，每個(gè)所述控制單元上可以運(yùn)行所述分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)中的一個(gè)或多個(gè)，其中，所述任務(wù)分配系統(tǒng)包括 第一模塊I，用于建立所述任務(wù)與所述多個(gè)控制單元之間映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用圖論方法，建立所述任務(wù)的有向無環(huán)圖；第二模塊2，用于確定所述任務(wù)的特征參數(shù)；以及第三模塊3，用于基于所述第二模塊2所確定的所述特征參數(shù)，以所述總線上的數(shù)據(jù)傳輸量最小為目標(biāo)，在滿足多種約束條件的情況下對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解，從而將所述任務(wù)分配到所述多個(gè)控制單元中。同時(shí)，本發(fā)明的上述任務(wù)分配系統(tǒng)相應(yīng)執(zhí)行一種任務(wù)分配方法，該方法包括如下步驟由所述第一模塊I執(zhí)行的步驟一，建立所述任務(wù)與所述多個(gè)控制單元之間映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用圖論方法，建立所述任務(wù)的有向無環(huán)圖；由所述第二模塊2執(zhí)行的步驟二，確定所述任務(wù)的特征參數(shù)；以及由所述第三模塊3執(zhí)行的步驟三，基于所確定的所述特征參數(shù)，以所述總線上的數(shù)據(jù)傳輸量最小為目標(biāo)，在滿足多種約束條件的情況下對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解，從而將所述任務(wù)分配到所述多個(gè)控制單元中。上述分布式控制系統(tǒng)是由多個(gè)處理器按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組合而成的，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中需要考慮控制器之間的功能分配和任務(wù)協(xié)調(diào)。本發(fā)明的任務(wù)分配系統(tǒng)首先分析了整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用事務(wù)結(jié)構(gòu)和硬件架構(gòu)，確定任務(wù)之間的關(guān)系和每個(gè)控制器上運(yùn)行的任務(wù)。應(yīng)用事務(wù)主要指系統(tǒng)的主要任務(wù)和它們之間的邏輯關(guān)系，硬件架構(gòu)是系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)，即處理器之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型和應(yīng)用事務(wù)模型建立完成后，接下來設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法將應(yīng)用層的任務(wù)分配到各個(gè)處理器中，從系統(tǒng)的角度設(shè)定了每個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級和任務(wù)周期。下面，通過具體實(shí)施方式
來詳細(xì)地介紹本發(fā)明的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)。第一模塊I，用于建立所述任務(wù)與所述多個(gè)控制單元之間映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用圖論方法，建立所述任務(wù)的有向無環(huán)圖。I、系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
混合動(dòng)力車輛的控制系統(tǒng)硬件部分采用分布式設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖I所示。在圖I中示出，具體實(shí)施方式
中分布式控制系統(tǒng)中的控制器包括混合動(dòng)力整車控制器(HCU)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)、電機(jī)控制器(MCU)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)控制器(T⑶)等5個(gè)控制器。這些控制器在整個(gè)分布式控制架構(gòu)中層級平等，沒有隸屬關(guān)系，控制器之間通過CAN總線進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)傳感器測量數(shù)據(jù)和動(dòng)力系統(tǒng)信息的共享，控制指令的接收和發(fā)送等，共同完成系統(tǒng)的分布式控制功能。HCU是混合動(dòng)力控制系統(tǒng)的核心，也是整車運(yùn)行過程中的關(guān)鍵控制部件，直接影響著整車的性能。EMS是來控制發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)輸出、怠速、停機(jī)等運(yùn)行狀態(tài)。MCU根據(jù)當(dāng)前工況控制電機(jī)處于四種工作狀態(tài)之一電機(jī)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)狀態(tài)、調(diào)速狀態(tài)或空轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出和運(yùn)行狀態(tài)等。TCU用來實(shí)現(xiàn)離合器的分離/接合控制以及AMT的換檔控制。BMS的主要工作是實(shí)時(shí)采集單體電池的電壓和電池組的電壓、電流、溫度等信息。2、分布式控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型本發(fā)明具體實(shí)施方式
中的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)包含軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分，其硬件系統(tǒng)為任務(wù)運(yùn)行的平臺(tái)，由一系列控制器構(gòu)成，其軟件系統(tǒng)的核心由一系列任務(wù)構(gòu)成。為了通過本發(fā)明的任務(wù)分配系統(tǒng)將軟件系統(tǒng)中的一系列任務(wù)分配到硬件系統(tǒng)中的各個(gè)處理器中，首先要建立分布式控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，其包括系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型。2. I系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由若干控制器和將它們整合在一起的通訊介質(zhì)(總線)構(gòu)成。根據(jù)圖I中示出的混合動(dòng)力車輛系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具體實(shí)施方式
以混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的HCU、EMS、MCU、BMS和T⑶等5個(gè)主要控制器為對象，建立了如圖2所示的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型，P = (Pi, P2,…，P；J表示控制器的集合，其中Pi表示第i個(gè)控制器，i為I到5的整數(shù)，而Hli表示相對應(yīng)的控制器Pi的存儲(chǔ)空間?；旌蟿?dòng)力車輛的控制系統(tǒng)控制器通常由 CAN總線連在一起，在總線上傳輸?shù)牟煌臄?shù)據(jù)包可利用控制器的序號關(guān)系來進(jìn)行區(qū)分，8代表CAN總線的帶寬。2. 2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型圖3示出了本發(fā)明具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型。混合動(dòng)力車輛控制系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)都運(yùn)行在特定的硬件平臺(tái)(輸入/輸出I/O、通信設(shè)備COM等)和操作系統(tǒng)(OS)上，車輛控制系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)內(nèi)核都符合OSEK標(biāo)準(zhǔn)(ISO 17356-3)。從平臺(tái)的角度看，軟件系統(tǒng)由運(yùn)行在操作系統(tǒng)平臺(tái)上的一系列任務(wù)(T )構(gòu)成；從控制策略的角度看，這些任務(wù)和控制信號構(gòu)成了軟件系統(tǒng)的應(yīng)用事務(wù)，簡稱為事務(wù)。事務(wù)是可以單獨(dú)完成某些控制功能的軟件組件，整個(gè)軟件系統(tǒng)包含多個(gè)事務(wù)，每個(gè)事務(wù)由一個(gè)或多個(gè)有依賴關(guān)系的任務(wù)組成。例如，要實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力車輛中高壓共軌系統(tǒng)的共軌壓力控制，就必須經(jīng)過模擬信號采集、目標(biāo)軌壓計(jì)算、軌壓閉環(huán)調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)電磁閥輸出多個(gè)過程，每個(gè)過程都對應(yīng)相應(yīng)的任務(wù)。事務(wù)與任務(wù)的映射關(guān)系如圖3所示。將混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)中的控制任務(wù)抽象為圖論中的頂點(diǎn)Ti，任務(wù)之間的數(shù)據(jù)通訊量du抽象為圖論中的頂點(diǎn)之間的邊，就可用一個(gè)有向無環(huán)圖(DAG圖)G =( . ￥)表示，其中頂點(diǎn)集;=(T1, T2,..., T n}表示任務(wù)集合,它的每一個(gè)元素T i表示一個(gè)任務(wù)，本發(fā)明具體實(shí)施方式
中的每個(gè)任務(wù)都包含以下指標(biāo)任務(wù)的最多指令條數(shù)Ii,任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗為Mi,任務(wù)的觸發(fā)周期為Ti,任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量di。集合y表示頂點(diǎn)之間的邊，邊的存在表示著兩個(gè)任務(wù)之間有數(shù)據(jù)交互，邊的方向表示任務(wù)執(zhí)行關(guān)系。圖G中無重復(fù)的頂點(diǎn)和邊交替出現(xiàn)的序列，例如圖4中W = T ^lj2 T 2，稱為圖G的一條路，從第一個(gè)任務(wù)到最后一個(gè)任務(wù)的一條完整的路，構(gòu)成了控制系統(tǒng)的一個(gè)事務(wù)(同理t3、t4> T6和t3、t5、T 7也各構(gòu)成一個(gè)事務(wù))。在具體實(shí)施方式
中的混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)中，以能量流動(dòng)和扭矩傳遞為主線，考慮混合動(dòng)力系統(tǒng)的各種工作模式，將混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的整體控制策略分為37個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)分別運(yùn)行在發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)、電機(jī)控制器(MCU)、AMT控制器(T⑶)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和整車控制器(HCU)等5個(gè)控制器的硬件平臺(tái)上，任務(wù)之間相互聯(lián)系共同完成整個(gè)系統(tǒng)控制功能?；谶@些任務(wù)，具體實(shí)施方式
中根據(jù)分布式控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型和軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建了整個(gè)混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)任務(wù)的有向無環(huán)圖，如圖5所不。在圖5中，每個(gè)任務(wù)都包含其序號和任務(wù)內(nèi)容,例如“I :發(fā)送機(jī)信號采集”等。第二模塊2，用于確定所述任務(wù)的特征參數(shù)。 I、任務(wù)特性參數(shù)混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)使用的操作系統(tǒng)內(nèi)核都符合OSEK標(biāo)準(zhǔn)(ISO17356-3)，采用了具有搶占優(yōu)先級的調(diào)度策略，而系統(tǒng)任務(wù)都是靜態(tài)配置的，所有任務(wù)的優(yōu)先級都是事先指定好的，且不會(huì)發(fā)生改變。具體地，每個(gè)任務(wù)T 4都包含以下性能參數(shù)指標(biāo)(I)任務(wù)的時(shí)間復(fù)雜度任務(wù)的時(shí)間復(fù)雜度主要體現(xiàn)在運(yùn)行時(shí)間上，即任務(wù)的最大運(yùn)行時(shí)間C”實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間與任務(wù)的軟件復(fù)雜度和該任務(wù)運(yùn)行平臺(tái)的處理能力有關(guān)，可以根據(jù)程序運(yùn)行的最多指令條數(shù)Ii估算。在任務(wù)不受打斷的情況下，可以借助硬件平臺(tái)通過任務(wù)的最多指令條數(shù)Ii來直接測量任務(wù)的運(yùn)行時(shí)間。任務(wù)的最大運(yùn)行時(shí)間可用以下公式(I)來估算Ci = Ii (I)其中，Ci表示任務(wù)的最大運(yùn)行時(shí)間，Ii表示任務(wù)的最多指令條數(shù)，\表示該處理器的平均指令的執(zhí)行時(shí)間。在具體實(shí)施方式
中，因?yàn)槭窃诮y(tǒng)一的硬件平臺(tái)進(jìn)行特征參數(shù)測量，即處理器對所有任務(wù)的平均指令的執(zhí)行時(shí)間都是相同的，因此Ci實(shí)際上只與指命條數(shù)有關(guān)，為了簡單起見，在此以任務(wù)的最多指令條數(shù)Ii作為特征參數(shù)。(2)任務(wù)的空間復(fù)雜度任務(wù)的空間復(fù)雜度的具體體現(xiàn)是任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗Mit5混合動(dòng)力車輛的電子系統(tǒng)所使用的存儲(chǔ)器主要有兩類一類在工作過程中是只讀的(R0M)，主要用于存放程序代碼；另一類是隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)，用來存放程序中的變量。在電控系統(tǒng)中RAM讀寫最頻繁，且價(jià)格最高，與系統(tǒng)性能影響最大。因此，本領(lǐng)域關(guān)注的存儲(chǔ)器消耗主要是針對RAM，這表示了程序中變量占用的空間大小。(3)任務(wù)的觸發(fā)周期任務(wù)的觸發(fā)周期為凡?；旌蟿?dòng)力車輛的電子系統(tǒng)的任務(wù)有兩種類型一種是定時(shí)觸發(fā)的，按照固定的周期運(yùn)行，比如按照頻率進(jìn)行模擬信號采集并濾波；另一種任務(wù)是根據(jù)信號觸發(fā)的，這種情況任務(wù)的觸發(fā)周期Ti是變化的。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)控制中經(jīng)常使用58齒曲軸，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，曲軸信號到達(dá)不同齒的位置運(yùn)行不同的任務(wù)。對于信號觸發(fā)的任務(wù)，在某個(gè)固定的工況下其觸發(fā)周期是固定的。因此在系統(tǒng)性能分析過程中，我們可以對不同的工況單獨(dú)分析，認(rèn)為所有的任務(wù)都是周期觸發(fā)的。(4)任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量按照有向無環(huán)圖的要求，混合動(dòng)力車輛的控制系統(tǒng)的各主要事務(wù)由不同任務(wù)組合起來共同完成，即分布式系統(tǒng)信號(變量)傳遞的路徑是首先某個(gè)控制器的任務(wù)采集傳感器信號，然后通過總線通信把這個(gè)信號發(fā)到CAN總線上，然后另一個(gè)控制器任務(wù)接收到這個(gè)報(bào)文后做算法處理，最后再送給執(zhí)行器。需要不同處理器間共同處理的任務(wù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，而同一處理器內(nèi)執(zhí)行的不同任務(wù)則不需要總線的數(shù)據(jù)通訊。由此，任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量(Ii也是任務(wù)的一個(gè)重要特征參數(shù)。2、任務(wù)特性參數(shù)的實(shí)際獲取 在具體實(shí)施方式
中，將所有的待分配的控制任務(wù)(例如圖5中所示出的37個(gè)任務(wù))放在同一個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行，即，第二模塊2將所有任務(wù)的軟件代碼導(dǎo)入采用基于PC機(jī)的VectorCAST軟件，便可以自動(dòng)得出每個(gè)控制任務(wù)的任務(wù)周期T、指令條數(shù)N、資源消耗量M、數(shù)據(jù)通訊量d等四個(gè)特征參數(shù)。由于上述硬件、軟件的使用方法以及這些特征參數(shù)的獲取運(yùn)算獲取方法都是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，因此在此不做過多描述。下面的表I是具體實(shí)施方式
中混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的37個(gè)任務(wù)特征參數(shù)獲取結(jié)果。其中，任務(wù)周期的單位為毫秒(ms);任務(wù)之間交互的數(shù)據(jù)量用任務(wù)通訊的數(shù)據(jù)幀頻率表示，單位為幀/秒，比如任務(wù)I的100 — 2表示如果所有數(shù)據(jù)通訊都借助總線的話，任務(wù)I每秒鐘需要發(fā)送100幀數(shù)據(jù)給任務(wù)2 ;資源消耗用任務(wù)中所有變量占用的RAM空間大小表示，單位為字節(jié)(B)。表I控制任務(wù)的特征參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述分布式控制系統(tǒng)包括多個(gè)控制單元和總線，所述多個(gè)控制單元由所述總線相連，每個(gè)所述控制單元上可以運(yùn)行所述分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)中的一個(gè)或多個(gè)， 其中，所述任務(wù)分配系統(tǒng)包括 第一模塊(1)，用于建立所述任務(wù)與所述多個(gè)控制單元之間映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用圖論方法，建立所述任務(wù)的有向無環(huán)圖； 第二模塊(2)，用于確定所述任務(wù)的特征參數(shù)；以及 第三模塊(3)，用于基于所述第二模塊(2)所確定的所述特征參數(shù)，以所述總線上的數(shù)據(jù)傳輸量最小為目標(biāo)，在滿足多種約束條件的情況下對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解，從而將所述任務(wù)分配到所述多個(gè)控制單元中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)控制單元包括混合動(dòng)力整車控制器HCU、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、電機(jī)控制器MCU、電池管理系統(tǒng)BMS和機(jī)械式自動(dòng)變速器控制器T⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)學(xué)模型包括所述分布式控制系統(tǒng)的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型和系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型， 其中，所述系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)模型包括控制器集合信息和總線信息，所述控制器集合信息包括控制器的存儲(chǔ)空間信息， 其中，所述系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)模型包括所述任務(wù)與事務(wù)的映射關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述特征參數(shù)包括每個(gè)所述任務(wù)的觸發(fā)周期、任務(wù)的最多指令條數(shù)、任務(wù)的存儲(chǔ)器消耗和任務(wù)間的數(shù)據(jù)通訊量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述第三模塊(3)將所有所述任務(wù)的軟件代碼導(dǎo)入采用基于PC機(jī)的VectorCAST軟件，從而確定每個(gè)所述任務(wù)的所述特征參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述約束條件包括指派限制約束、響應(yīng)時(shí)間約束、資源約束和處理器使用率約束。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述第三模塊(3)使用遺傳算法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃化法或龐特里亞金最大值法來對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的任務(wù)分配系統(tǒng)，其特征在于，所述總線是CAN總線或FlexRay總線。
9.一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)，包括如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的任務(wù)分配系統(tǒng)。
10.一種包括如權(quán)利要求9所述的分布式控制系統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合動(dòng)力車輛的分布式控制系統(tǒng)的任務(wù)分配系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一模塊，用于建立所述任務(wù)與所述多個(gè)控制單元之間映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，并運(yùn)用圖論方法，建立所述任務(wù)的有向無環(huán)圖；第二模塊，用于確定所述任務(wù)的特征參數(shù)；以及第三模塊，基于所述第二模塊所確定的所述特征參數(shù)，以所述總線上的數(shù)據(jù)傳輸量最小為目標(biāo)，在滿足多種約束條件的情況下對所述任務(wù)的所述有向無環(huán)圖進(jìn)行最小分割問題求解，從而將所述任務(wù)分配到所述多個(gè)控制器中。通過本發(fā)明技術(shù)方案，可以以更加合理的使用整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件資源，降低總線負(fù)載率，提高系統(tǒng)的可靠性與實(shí)時(shí)性。
文檔編號B60W10/26GK102745192SQ20121020058
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者席軍強(qiáng), 翟涌, 陳慧巖, 陳泳丹 申請人:北京理工大學(xué)