四轮独立转向时间同步方法技术

鉴于传统ATS算法在存在非对称通信延迟的网络中发散的特性，本专利提供一种四轮独立转向时间同步方法，它是一种改进的ATS算法，该算法能够使得节点在存在非对称通信延迟的网络中依旧达到时间同步，以满足四轮独立转向系统时间同步的需求。对此，本专利提出低通滤波器的权重参数ρ

Time synchronization method of four-wheel independent steering

【技术实现步骤摘要】
四轮独立转向时间同步方法
本专利技术涉及四轮独立转向系统中，系统时间同步方法。
技术介绍
四轮独立转向作为分布式汽车控制的核心技术之一，可以提高汽车高速操纵稳定性和低速机动性，是未来汽车智能领域的重要发展方向。通常情况下，四轮独立转向系统由车轮转角传感器、车载电子控制单元(ElectronicControlUnit，ECU)和四个独立转向轮构成。如图1所示的四轮独立转向的通讯网络，其中ECU用于计算独立轮状态和控制数据并下达转向指令。每个独立转向车轮配有独立驱动系统，由于车轮间没有机械连接，可达到实现独立控制各个车轮运动状态的目的。在驾驶员通过操纵方向盘做出转向动作后，ECU决策输出四个控制信号，通过国际标准化的串行通信协议控制器局域网络(ControllerAreaNetwork，CAN)分别传送给四个轮毂电机用于车辆的转向控制。通常情况下，四个转向轮需要协同合同完成车辆的转向操作。然而在分布式CAN网络中，每个轮毂电机的时间受温度、噪声、电源等环境条件的影响，往往存在一定的偏差，存在对ECU的控制信号相应不同步的问题，这将会导致车辆产生转向偏差，甚至引发严重的安全事故。为实现四轮独立转向的时间同步，通常将每个转向轮分别与ECU进行同步。但该方案可能存在震荡发散的风险，即某一转向轮同步后的时间T1与另一转向轮同步时间后的时间T2不相等，未能从根本上解决独立同步转向中节点的时间同步问题。申请人以四轮独立转向中车载CAN网络时间同步的过程为应用背景，对现有的主流时间同步方法，即平均时间同步法(AverageTimeSync,ATS)，在分布式轮毂电机时间同步过程中的性能进行评估，从数学角度对ATS算法的收敛过程进行推演，通过刻画同步过程中收敛因子，证明了在车载CAN网络中使用传统ATS算法会使得分布式转向轮毂电机的时间同步失效，而且传统ATS算法中节点越多节点间时间发散越快，在拥有更多转向轮的车辆中传统ATS算法适应性更差。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种四轮独立转向时间同步方法，该方法能够很好的使得分布式网络中节点达到时间同步，解决了传统ATS算法中在存在非对称通信时延下发散的问题，满足四轮独立转向系统的需求，本方法在网络中拥有更多节点的状态下即相当于拥有更多转向轮的车辆中同样适用。本专利技术所述的四轮独立转向时间同步方法，使用平均时间同步法ATS进行时间同步，一个四轮独立转向系统G＝(N,E)，其中节点集合N＝{ni，i≤5，i∈Z+}表示挂载在CAN网络上的ECU和四个轮毂电机，边缘集合E表示节点之间在CAN网络中的通讯；ECU通过周期性发送报文完成与四个轮毂电机的交互；报文具有包括车轮转向角度、发送节点的本地时间在内的与车辆转向控制相关的信息，以保证所有节点能够对时间进行同步，实现车辆的协同转向；每个节点ni仅可获在绝对时间t时刻的本地时间的读数τi(t)：τi(t)＝αit+βi(1)αi和βi分别为本地时间相对于绝对时间的漂移速度和偏移量；每个节点通过在CAN网络中周期性广播报文的形式与其他节点进行信息交互，并根据接收到的其他节点nj的本地时间读数τj(t)，对本地时间进行估计调整，实现本地时间的调整同步，对于节点ni：其中为估值漂移速度，为估值偏移量，为t时刻的本地时间估值；任意两个节点ni、nj，在第l轮交互中都有且仅有一次的发送本地时间，用round来表示循环轮次，节点ni在round＝l时将本地时间估值发送，考虑到消息在传输过程中存在随机延迟delay，在时刻被另一节点nj接收；当节点nj收到来自节点ni的报文后，将报文中节点ni的时间数据信息以的形式存入自身的缓存，其中代表节点nj收到第l轮节点ni发送的报文时的本地时间估值读数，代表节点ni在第l轮发送报文时的本地时间估值读数,到下一轮t+第l+1轮的报文后，新数据将取代旧数据，即以此循环；利用l轮和l+1轮前后两次节点里的缓存信息得出斜率比ηji(t+)，再进一步的对节点本地时间做出估计调整，具体算法如下：节点ni发送本地时间给节点nj，若节点nj在时刻收到节点ni在时刻发送的报文，则其中ρo为值固定的权重参数；低通滤波器的权重参数ρα、ρη为基于时间同步轮数不断改变的权重参数:其中k为ATS算法时间同步的轮数。例如：考虑存在两个节点ni和nj的非对称网络，节点ni的漂移速度αi＝0.9，偏移量βi＝0.1，初始漂移速度初始偏移量滤波值ηji(1)＝1；节点nj的漂移速度αi＝1.1，漂移量βj＝0.2，初始漂移速度初始偏移量滤波值ηij(1)＝1，非对称延迟delay＝0.01，权重参数和ρo＝0.5。用k表示迭代轮次，每个循环中总是节点ni率先发送信息，两节点间经过了2轮的时钟同步迭代，具体计算过程如下：k＝1：节点ni率先发送数据，节点nj接收并进行更新计算节点nj的滤波值利用和更新利用和计算得到的更新节点nj发送数据，节点ni接收并进行更新计算节点ni的滤波值利用和更新利用和计算得到的更新k＝2：节点ni率先发送数据，节点nj接收并进行更新计算节点nj的滤波值利用和更新利用和计算得到的可得节点nj发送数据，节点ni接收并进行更新计算节点ni的滤波值利用和更新利用和可得作为对上述的四轮独立转向时间同步方法的进一步改进，在四个轮毂电机以及ECU时间同步时，满足网络中的任意两个节点间总存在一个值，对于任意一个ε＞0，在时刻能够使得不等式(3)成立。其中i≤5，i∈Z+，j≤5，j∈Z+。作为对上述的四轮独立转向时间同步方法的进一步改进，权重参数ρo的取值为0.5。本专利技术的有益效果：鉴于传统ATS算法在存在非对称通信延迟的网络中发散的特性，本专利在此基础上作出改进，提出一种改进的ATS算法，该算法能够使得节点在存在非对称通信延迟的网络中依旧达到时间同步，以满足本专利技术中四轮独立转向系统时间同步的需求。在传统的ATS算法中，低通滤波器的权重参数ρη取固定值，这是在3.2节定理二中证明出项值发散的主要因素。对此，本专利提出基于时间同步轮数不断改变的权重参数ρη，其中k为ATS算法时间同步的轮数；k＝l。随着时间同步算法的进行，ρη的取值将越来越大。经过数学推导，当k→∞时，δji(k)(t(k))方差的取值此时可表示为：通过对该式分析发现，使用改进后的ATS时间同步算法，对于mi(k+1)-mj(k+1)，当k→∞时，其方差值D(δji(k)(t(k)))越来越小，代表节点间时钟偏差的震荡幅值越来越小，节点间时间趋向同步。最终可以得到：使用改进后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.四轮独立转向时间同步方法，使用平均时间同步法ATS进行时间同步，其特征是：/n一个四轮独立转向系统G＝(N,E)，其中节点集合N＝{n

【技术特征摘要】
20190909 CN 20191084536951.四轮独立转向时间同步方法，使用平均时间同步法ATS进行时间同步，其特征是：
一个四轮独立转向系统G＝(N,E)，其中节点集合N＝{ni，i≤5，i∈Z+}表示挂载在CAN网络上的ECU和四个轮毂电机，边缘集合E表示节点之间在CAN网络中的通讯；ECU通过周期性发送报文完成与四个轮毂电机的交互；报文具有包括车轮转向角度、发送节点的本地时间在内的与车辆转向控制相关的信息，以保证所有节点能够对时间进行同步，实现车辆的协同转向；
每个节点ni仅可获在绝对时间t时刻的本地时间的读数τi(t)：
τi(t)＝αit+βi(1)
αi和βi分别为本地时间相对于绝对时间的漂移速度和偏移量；
每个节点通过在CAN网络中周期性广播报文的形式与其他节点进行信息交互，并根据接收到的其他节点nj的本地时间读数τj(t)，对本地时间进行估计调整，实现本地时间的调整同步，对于节点ni：



其中为估值漂移速度，为估值偏移量，为t时刻的本地时间估值；
任意两个节点ni、nj，在第l轮交互中都有且仅有一次的发送本地时间，用round来表示循环轮次，节点ni在round＝l时将本地时间估值发送，考虑到消息在传输过程中存在随机延迟delay，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖广兵，季淦，孙宁，陈勇，吴君华，张涌，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32