【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电动拖拉机整车控制领域，具体涉及一种用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统和控制方法。
技术介绍
1、现代新型农业对粮食安全、生产效率、节能环保、智慧智能等方面提出了更高的要求。拖拉机作为农业生产中的主要动力机械，正在向电动化和智能化方向发展。
2、电动拖拉机具有电机响应迅速、动力传递灵活、可控变量复杂、整车可控性强的特点。实现电动拖拉机的良好控制需要实时运行多种复杂控制算法。此外，智能化的电动拖拉机对整车传感、复合通讯、人机交互、数据记录等方面有更高要求。
3、传统基于微控制单元的电动拖拉机整车控制系统由于计算能力弱、单线程运行、与硬件深度耦合等原因，难以满足上述应用要求。因此实现电动拖拉机智能化，亟需开发一种新型整车控制系统。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术问题，本专利技术提供一种用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统和控制方法，采用上层控制器与下层控制器相结合的方式，下层控制器基于实时性好的mcu(微控制单元)，负责采集传感器信号及电动拖拉机驱动、转向及作业系统的基本控制；上层控制器基于计算性能好的cpu和gpu，运行实时linux系统，负责复杂控制算法的运算、ui人机交互、链接云端服务等多种智能并行任务，为电动拖拉机的智能化控制提供高性能平台。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，包括下层控制器和上层控制器，用于控制智能电动拖拉机的整车驱动、转向和
4、所述下层控制器由微控制单元mcu构成，包括传感数据采集模块、控制程序模块、控制信号输出模块、上层控制器通讯模块。
5、所述传感数据采集模块通过传感器采集钥匙开关启动、挡位切换、模式切换、加速踏板、牵引阻力、悬挂位置、电池组的电池管理系统bms、地速雷达、前轮转向角和方向盘转角的信号。
6、所述控制信号输出模块输出前轮转向推杆、动力输出装置pto作业、液压动力输出、制动/解制动、散热风扇、悬挂液压电机、悬挂升降、悬挂调平、电池组上下电、左轮电机驱动和右轮电机驱动的控制信号。
7、所述控制程序模块包括初始化模块、数据通讯模块、定时器更新模块、状态机更新模块、驱动转向及作业控制模块和故障监测模块。
8、所述初始化模块用于对整车控制参数、电池组的电池管理系统bms、电机驱动器和传感器标定参数进行初始化和自检。
9、所述数据通讯模块用于读取及预处理传感数据采集模块采集的传感数据，并按信号类型向控制信号输出模块输出控制信号。
10、所述定时器更新模块用于更新不同周期定时器的标志位。
11、所述状态机更新模块用于对整车当前所处的状态进行更新；所述驱动转向作业控制模块用于实现整车的基本控制；所述故障监测模块用于监测下层控制器自身和整车外围设备是否发生故障。
12、所述上层控制器通讯模块定义了下层控制器与上层控制器通讯数据的具体协议，实现下层控制器与上层控制器的实时通讯。
13、所述上层控制器基于ros2和qt5搭建了包含基于优先级的任务调度、rt dds通讯中间件和通用应用开发接口功能的任务运行框架，所述基于优先级的任务调度用于对多个并行任务按照优先级和执行周期进行调度，以保证每个任务都能按期执行；所述rt dds通讯中间件用于多个任务之间的实时通讯；所述通用应用开发接口为任务的编程开发提供了统一函数接口，降低了开发难度；所述任务运行框架包括任务1驱动控制策略模块、任务2本地数据记录模块、任务3数据上传模块、任务4系统日志模块、任务5通讯定义模块、任务6通讯解析模块、任务7ui交互模块、任务8自动驾驶模块、任务9作业控制模块以及其他任务模块，这些模块以任务的形式并行运行在任务运行框架中；所述上层控制器还包括用于组合导航的rs232串口通讯、用于毫米波避障雷达的以太网、用于触屏显示器的hdmi和usb、用于下层控制器的can bus、用于云端服务器的4g网络共5类硬件通讯接口；所述云端服务器包括ota升级、故障诊断、整车参数标定、数据记录及远程监控功能。
14、钥匙开关、挡位切换和模式切换的信号属于数字信号，加速踏板、牵引阻力和悬挂位置的信号属于模拟信号，电池组的电池管理系统bms、地速雷达、前轮转向角和方向盘转角的信号属于can信号，该can信号占用下层控制器的can bus1。
15、前轮转向推杆、动力输出装置pto作业、液压动力输出、制动/解制动和散热风扇的控制信号属于数字信号，悬挂液压电机、悬挂升降和悬挂调平的控制信号属于模拟信号，电池组上下电、左轮电机驱动和右轮电机驱动的控制信号属于can信号，该can信号占用下层控制器的can bus1。
16、所述下层控制器与上层控制器的实时通讯占用下层控制器的can bus2。
17、所述上层控制器的硬件由core i9 cpu、rtx 3060gpu、16gb ram和128gb rom组成；在此硬件上，运行含有preempt_rt实时内核补丁的linux系统。
18、一种用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统的控制方法，包括如下步骤：
19、s1：下层控制器开始工作，进入步骤s2；
20、s2：电动拖拉机的钥匙开关启动，进入步骤s3；
21、s3：微控制单元mcu开始上电并启动，同时给上层控制器上电，进入步骤s4；
22、s4：微控制单元mcu初始化和自检，自检通过后进入步骤s5，不通过则进入步骤s8；
23、s5：唤醒电池组的电池管理系统bms，控制电池管理系统bms进行预充放电，待预充放电结束后，控制电池管理系统bms开启主电源放电，进入步骤s6；
24、s6：下层控制器与传感器数据采集模块通讯，采集并更新传感器数据，更新整车的状态，更新定时器各标志位，与上层控制器通讯，将传感器数据和整车状态发送至上层控制器并接收上层控制器的控制指令，进入步骤s7；
25、s7：下层控制器对整车故障进行监测，若有故障则进入步骤s8，无故障则进入步骤s9；
26、s8：紧急停止整车驱动、转向和作业系统，对故障类型进行判断，并上传故障数据至上层控制器，然后整车进入故障状态；
27、s9：根据上层控制器的指令，判断驾驶模式，若为人工驾驶模式则进入步骤s101，若为辅助驾驶模式则进入步骤s111、s121和s131；若为自动驾驶模式则进入步骤s141；
28、s101：下层控制器通过传感数据采集模块从传感器中读取挡位切换信号、加速踏板信号、方向盘转角信号和悬挂位置信号，进入步骤s102；
29、s102：通过控制信号输出模块输出解制动控制信号，解除整车制动，进入步骤s103；
30、s103：通过控制信号输出模块输出左轮电机驱动和右轮电机驱动的控制信号，控制左轮和右轮的电机，驱动整车行驶；输出悬挂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，所述双层整车控制系统包括下层控制器和上层控制器，用于控制智能电动拖拉机的整车驱动、转向和作业系统；
2.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，钥匙开关、挡位切换和模式切换的信号属于数字信号，加速踏板、牵引阻力和悬挂位置的信号属于模拟信号，电池组的电池管理系统BMS、地速雷达、前轮转向角和方向盘转角的信号属于CAN信号，该CAN信号占用下层控制器的CAN BUS1。
3.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，前轮转向推杆、动力输出装置PTO作业、液压动力输出、制动/解制动和散热风扇的控制信号属于数字信号，悬挂液压电机、悬挂升降和悬挂调平的控制信号属于模拟信号，电池组上下电、左轮电机驱动和右轮电机驱动的控制信号属于CAN信号，该CAN信号占用下层控制器的CANBUS1。
4.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，所述下层控制器与上层控制器的实时通讯占用下层控制器的CAN BUS2。
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6.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，所述下层控制器包括如下操作步骤：
7.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，所述上层控制器包括如下操作步骤：
8.一种如权利要求1所述用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，所述双层整车控制系统包括下层控制器和上层控制器，用于控制智能电动拖拉机的整车驱动、转向和作业系统；
2.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，钥匙开关、挡位切换和模式切换的信号属于数字信号，加速踏板、牵引阻力和悬挂位置的信号属于模拟信号，电池组的电池管理系统bms、地速雷达、前轮转向角和方向盘转角的信号属于can信号，该can信号占用下层控制器的can bus1。
3.根据权利要求1所述的用于智能电动拖拉机的双层整车控制系统，其特征在于，前轮转向推杆、动力输出装置pto作业、液压动力输出、制动/解制动和散热风扇的控制信号属于数字信号，悬挂液压电机、悬挂升降和悬挂调平的控制信号属于模拟信号，电池组上下电、左轮电机驱动和右轮电机驱动的控制信号属于can信号，该can信号占用下层控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢斌，罗振豪，温昌凯，陈周洋，仝一锟，赵子豪，陈仲举，邢少凡，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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