基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集成控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)集成控制領(lǐng)域，具體涉及基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集 成控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一種可以在包含極限工況在內(nèi)的各種工況下都能很好改善車(chē) 輛操縱穩(wěn)定性的電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。它所包含的驅(qū)動(dòng)電機(jī)既是執(zhí)行單元也是信息反饋單 元，四輪轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速信息的獲取為提高基于運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)的車(chē)輛狀態(tài)估計(jì)算法精度提供 了可能；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)轉(zhuǎn)矩獨(dú)立、精確可控。已成為電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)十分重要 的前沿領(lǐng)域。
[0003] 同時(shí)，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（ElectricPowerSteeringsystem，簡(jiǎn)稱(chēng)EPS)，由于其 在主動(dòng)安全性、環(huán)保節(jié)能、電子集成控制、可靠性、結(jié)構(gòu)緊湊性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，成為電 動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)必然的選擇。
[0004] 目前在分布式電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)上的EPS系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)是分開(kāi)進(jìn)行控制的， 然而，這兩個(gè)控制子系統(tǒng)有不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)和控制策略，而且，其輸入輸出之間具有較強(qiáng)的 耦合效應(yīng)。當(dāng)對(duì)它們分別進(jìn)行優(yōu)化控制時(shí)，簡(jiǎn)單迭加并不能獲得良好的綜合性能。如何實(shí) 現(xiàn)分布式電驅(qū)動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)上EPS系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的良好匹配并協(xié)調(diào)工作，在不同車(chē)輛 行駛工況下，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)向力和車(chē)身姿態(tài)的協(xié)調(diào)控制，使整車(chē)的操縱穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)已成為 急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集成控制系統(tǒng)及 方法，實(shí)現(xiàn)EPS系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的集成控制，使EPS系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)分別正常工作 的同時(shí)，保證整車(chē)的操縱穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：一種基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng) 汽車(chē)集成控制方法，包括如下步驟：
[0007] 1)系統(tǒng)初始化，并將初始化信息存儲(chǔ)在應(yīng)用知識(shí)庫(kù)中；其中，初始化過(guò)程為：首 先，針對(duì)不同車(chē)輛行駛工況建立所對(duì)應(yīng)的EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)所需要實(shí)際補(bǔ)償?shù)牧?大小關(guān)系表；其次，對(duì)EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)所需要實(shí)際補(bǔ)償?shù)牧卮笮￡P(guān)系表進(jìn)行擬 合，獲取近似擬合函數(shù)，用于實(shí)時(shí)計(jì)算出無(wú)法從表中直接獲取的數(shù)據(jù)。
[0008] 2)信號(hào)采集層agent采集EPS系統(tǒng)信息、轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)信息和車(chē)況信息，通過(guò)CAN 總線(xiàn)發(fā)送給決策層agent和區(qū)域?qū)觓gent;其中，EPS系統(tǒng)信息包括轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器信息、 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器信息和助力電機(jī)電樞電流傳感器信息；轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)信息包括驅(qū)動(dòng)電機(jī) 狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊提供的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信息、轉(zhuǎn)矩信號(hào)信息和陀螺儀信號(hào)信息；車(chē)況信息包括 車(chē)速傳感器信息、油門(mén)踏板信息和制動(dòng)踏板信息；
[0009] 3)決策層agent根據(jù)信號(hào)采集層agent傳遞過(guò)來(lái)的信息，判斷車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)，并向 協(xié)調(diào)層agent發(fā)送指令；其中，車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)分為常規(guī)轉(zhuǎn)向工況、轉(zhuǎn)向制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)工況、常規(guī) 行駛工況與緊急避讓工況四種；
[0010] 4)協(xié)調(diào)層agent計(jì)算在當(dāng)前工況下，EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)各自所占的權(quán)重系 數(shù)和實(shí)際需要補(bǔ)償?shù)牧兀笶PS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)最優(yōu)，并向區(qū)域?qū)觓gent發(fā) 送指令；
[0011] 5)區(qū)域?qū)觓gent接收協(xié)調(diào)層agent傳遞過(guò)來(lái)的信息，送EPS控制器和轉(zhuǎn)矩分配控 制器，分別計(jì)算得到EPS控制器的控制策略和轉(zhuǎn)矩分配控制器的轉(zhuǎn)矩分配算法，并向各執(zhí) 行層agent發(fā)送指令；其中，EPS控制器的控制策略包括常規(guī)助力控制和補(bǔ)償控制；轉(zhuǎn)矩分 配控制器的轉(zhuǎn)矩分配算法包括常規(guī)差速控制和左、右輪驅(qū)動(dòng)力矩分配控制；
[0012] 6)執(zhí)行層agent根據(jù)區(qū)域?qū)觓gent傳遞過(guò)來(lái)的信息，負(fù)責(zé)將區(qū)域?qū)觓gent的輸出 命令轉(zhuǎn)化成物理量實(shí)現(xiàn)輸出，同時(shí)通過(guò)助力電機(jī)電樞電流傳感器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊 分別對(duì)EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)各自輸出的執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋，并通過(guò) CAN總線(xiàn)發(fā)送給區(qū)域?qū)觓gent。
[0013] 進(jìn)一步地，上述步驟3)中判斷車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)，包括如下步驟：
[0014] 3. 1)判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角S#是否等于〇,即判斷駕駛員是否有轉(zhuǎn)向的意圖，如果 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角Ssw等于0,轉(zhuǎn)步驟3. 2)，否則轉(zhuǎn)步驟3. 3);
[0015] 3. 2)判斷轉(zhuǎn)矩傳感器是否檢測(cè)到突變階躍脈沖信號(hào)，若有突變階躍脈沖信號(hào)則車(chē) 輛當(dāng)前狀態(tài)為緊急避讓工況，否則為常規(guī)行駛工況；
[0016] 3. 3)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，對(duì)Ssw不等于〇的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)步驟3. 4);
[0017] 3.4)判斷計(jì)時(shí)器時(shí)間是否大于2s，如果不大于2s，轉(zhuǎn)步驟3. 1)，否則可判定駕駛 員正在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，轉(zhuǎn)步驟3. 5);
[0018] 3. 5)判斷驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)踏板信號(hào)是否為0,如果為0則車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)為常規(guī)轉(zhuǎn)向工 況，否則車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)為轉(zhuǎn)向制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)工況。
[0019] 進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供了一種基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集成控制系統(tǒng)， 包括：決策控制器、協(xié)調(diào)控制器、EPS控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器、助力電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、信號(hào)采 集裝置和應(yīng)用知識(shí)庫(kù)；其中，決策控制器的輸出端與協(xié)調(diào)控制器相連，應(yīng)用知識(shí)庫(kù)分別與 EPS控制器和轉(zhuǎn)矩分配控制器雙向連接，協(xié)調(diào)控制器、EPS控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器、助力電 機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和信號(hào)采集裝置通過(guò)CAN總線(xiàn)相連；所述信號(hào)采集裝置包括車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)向 盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機(jī)電樞電流傳感器、油門(mén)踏板信號(hào)處理模塊、制 動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、陀螺儀。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于：1)可靠性高，本系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)控制器的故障而停止 運(yùn)行或影響其它控制器的運(yùn)行；2)實(shí)時(shí)性好，各個(gè)執(zhí)行agent具有自己調(diào)整本執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸 出信號(hào)大小的能力，可以實(shí)時(shí)地對(duì)該車(chē)輛的狀態(tài)運(yùn)行變化進(jìn)行反應(yīng)，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)應(yīng) 變能力，滿(mǎn)足了分布是驅(qū)動(dòng)整車(chē)動(dòng)力學(xué)控制復(fù)雜性的要求；3)針對(duì)性強(qiáng)，各個(gè)協(xié)調(diào)agent和 區(qū)域agent都會(huì)根據(jù)應(yīng)用知識(shí)庫(kù)的不同的協(xié)調(diào)控制策略，采取不同的判別準(zhǔn)則，使分布式 驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集成控制決策更具有針對(duì)性，降低整車(chē)集成控制器的運(yùn)算負(fù)荷。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明判斷車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0024] 本發(fā)明提出的基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集成控制系統(tǒng)，由信號(hào)采集層 agent、決策層agent、協(xié)調(diào)層agent、區(qū)域?qū)觓gent、執(zhí)行層agent和應(yīng)用知識(shí)庫(kù)組成，對(duì)應(yīng) 的硬件裝置如圖1所示，圖中，決策控制器為決策層agent的硬件裝置，協(xié)調(diào)控制器為協(xié)調(diào) 層agent的硬件裝置，EPS控制器和轉(zhuǎn)矩分配控制器為區(qū)域?qū)觓gent的硬件裝置，助力電機(jī) 和驅(qū)動(dòng)電機(jī)為執(zhí)行層agent的硬件裝置，信號(hào)采集裝置為信號(hào)采集層agent的硬件裝置，信 號(hào)采集裝置包括車(chē)速傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器、助力電機(jī)電樞電流傳 感器、油門(mén)踏板信號(hào)處理模塊、制動(dòng)踏板信號(hào)處理模塊、驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊、陀螺儀；其 中，決策控制器的輸出端與協(xié)調(diào)控制器相連，應(yīng)用知識(shí)庫(kù)分別與EPS控制器和轉(zhuǎn)矩分配控 制器雙向連接，協(xié)調(diào)控制器、EPS控制器、轉(zhuǎn)矩分配控制器、助力電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和信號(hào)采集 裝置通過(guò)CAN總線(xiàn)相連。
[0025] 應(yīng)用知識(shí)庫(kù)用于存儲(chǔ)初始化數(shù)據(jù)，包括：不同車(chē)輛行駛工況所對(duì)應(yīng)的EPS系統(tǒng)和 轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)所需要實(shí)際補(bǔ)償?shù)牧卮笮￡P(guān)系表，以及用于實(shí)時(shí)計(jì)算無(wú)法從表中直接獲取 數(shù)據(jù)的近似擬合函數(shù)。
[0026] 信號(hào)采集層agent用于采集車(chē)輛當(dāng)前動(dòng)力學(xué)參數(shù)信號(hào)，并發(fā)送給決策層agent和 區(qū)域?qū)觓gent;決策層agent實(shí)時(shí)分析計(jì)算來(lái)自于信號(hào)采集agent的車(chē)輛行駛參數(shù)數(shù)據(jù)，得 出分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的當(dāng)前所處的行駛工況，并向各協(xié)調(diào)層agent發(fā)送指令；協(xié)調(diào)層agent根 據(jù)當(dāng)前的行駛工況和應(yīng)用知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)的預(yù)先設(shè)計(jì)好的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)EPS系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配 系統(tǒng)，計(jì)算得出兩個(gè)系統(tǒng)所占權(quán)重，并向區(qū)域?qū)觓gent發(fā)送指令；區(qū)域?qū)觓gent根據(jù)EPS系 統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)的權(quán)重，結(jié)合信號(hào)采集層agent傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，與應(yīng)用知識(shí)庫(kù)存 儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比，得出當(dāng)前EPS系統(tǒng)與轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)各自所需要得輸出量，并向 各執(zhí)行層agent發(fā)送指令進(jìn)行控制；執(zhí)行層agent用于將區(qū)域?qū)觓gent的輸出命令轉(zhuǎn)化成 物理量實(shí)現(xiàn)輸出，同時(shí)通過(guò)助力電機(jī)電樞電流傳感器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊檢測(cè)輸出的 執(zhí)行情況，并通過(guò)CAN通信模塊發(fā)送給區(qū)域?qū)觓gent。
[0027] 本發(fā)明還提供基于多智能體的分布式驅(qū)動(dòng)汽車(chē)集成控制方法，包括以下步驟：
[0028] 1)系統(tǒng)初始化，并將初始化信息存儲(chǔ)在應(yīng)用知識(shí)庫(kù)中；其中，初始化過(guò)程為：首 先，針對(duì)不同車(chē)輛行駛工況建立所對(duì)應(yīng)的EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)所需要實(shí)際補(bǔ)償?shù)牧?大小關(guān)系表；其次，對(duì)EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)所需要實(shí)際補(bǔ)償?shù)牧卮笮￡P(guān)系表進(jìn)行擬 合，獲取近似擬合函數(shù)，用于實(shí)時(shí)計(jì)算出無(wú)法從表中直接獲取的數(shù)據(jù)。
[0029] 2)信號(hào)采集層agent采集EPS系統(tǒng)信號(hào)、轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)信號(hào)和車(chē)況信號(hào)，通過(guò)CAN 總線(xiàn)發(fā)送給決策層agent和區(qū)域?qū)觓gent，其中，EPS系統(tǒng)信號(hào)包括轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器信號(hào)、 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)矩傳感器信號(hào)和助力電機(jī)電樞電流傳感器信號(hào)；轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)信號(hào)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī) 狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊提供的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、轉(zhuǎn)矩信號(hào)和陀螺儀信號(hào)；車(chē)況信號(hào)包括車(chē)速傳感 器信號(hào)、油門(mén)踏板信號(hào)和制動(dòng)踏板信號(hào)。
[0030] 3)決策層agent根據(jù)信號(hào)采集層agent傳遞過(guò)來(lái)的信息，判斷車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)，并向 協(xié)調(diào)層agent發(fā)送指令；其中，車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)分為常規(guī)轉(zhuǎn)向工況、轉(zhuǎn)向制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)工況、常規(guī) 行駛工況與緊急避讓工況四種，判斷方法如圖2所示，包括如下步驟：
[0031] 3. 1)判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角S#是否等于〇,即判斷駕駛員是否有轉(zhuǎn)向的意圖，如果 轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)角Ssw等于0,轉(zhuǎn)步驟3. 2)，否則轉(zhuǎn)步驟3. 3);
[0032] 3. 2)判斷轉(zhuǎn)矩傳感器是否檢測(cè)到突變階躍脈沖信號(hào)，若有突變階躍脈沖信號(hào)則車(chē) 輛當(dāng)前狀態(tài)為緊急避讓工況，否則為常規(guī)行駛工況；
[0033] 3. 3)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，對(duì)Ssw不等于〇的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，轉(zhuǎn)步驟3. 4);
[0034] 3.4)判斷計(jì)時(shí)器時(shí)間是否大于2s，如果不大于2s，轉(zhuǎn)步驟3. 1)，否則可判定駕駛 員正在轉(zhuǎn)向過(guò)程中，轉(zhuǎn)步驟3. 5);
[0035] 3. 5)判斷驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)踏板信號(hào)是否為0,如果為0則車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)為常規(guī)轉(zhuǎn)向工 況，否則車(chē)輛當(dāng)前狀態(tài)為轉(zhuǎn)向制動(dòng)/驅(qū)動(dòng)工況。
[0036] 4)協(xié)調(diào)層agent計(jì)算當(dāng)前工況下，EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)各自所占的權(quán)重系數(shù) 和實(shí)際需要補(bǔ)償?shù)牧兀笶PS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)最優(yōu)，并向區(qū)域agent發(fā)送 指令；各工況下EPS系統(tǒng)和轉(zhuǎn)矩分配系統(tǒng)各自所占的