多形态电动飞行汽车的可重构网络系统及可重构调度方法转让专利
申请号 : CN202110579351.2
文献号 : CN113296494B
文献日 : 2022-04-12
发明人 : 曹万科 , 王志福 , 刘韶
申请人 : 北京理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.多形态电动飞行汽车的可重构网络系统，其特征在于：所述多形态电动飞行汽车有多种运行形态，包括：综合体形态、陆地汽车形态、飞行汽车形态、独立底盘形态、独立飞行器形态、独立座舱形态、飞行底盘形态和充电形态；
当多形态电动飞行汽车处于综合体形态，其网络系统由中央控制单元、底盘域、座舱域和飞行域组成；当多形态电动飞行汽车处于陆地汽车形态，其网络系统由中央控制单元、底盘域和座舱域组成；当多形态电动飞行汽车处于飞行汽车形态，其网络系统由中央控制单元、飞行域和座舱域组成；独立底盘形态的网络系统由底盘域构成；独立飞行器形态的网络系统由飞行域构成；独立座舱形态的网络系统由中央控制单元和座舱域构成；
所述的中央控制单元位于座舱中，其内部集成有中央形态感知模块，中央形态感知模块感知底盘域和飞行域是否接入了中央控制单元；
中央控制单元集成有中央可重构调度库，中央可重构调度库内预置有多种中央可重构调度方法；
中央控制单元集成有中央可重构调度选择模块，中央可重构调度选择模块根据中央形态感知模块传来的信息，选择相应的中央可重构调度方法；
中央控制单元集成有多域传感器融合算法，多域传感器融合算法实现对来自底盘域、座舱域和飞行域的传感器采样数据的综合处理；
中央控制单元集成有综合体形态、陆地汽车形态和飞行汽车形态自主运行所需的控制算法；
中央控制单元集成有中央综合模块，中央综合模块综合处理来自控制算法的命令和来自中央可重构调度库的命令，形成中央控制调度命令。
2.根据权利要求1所述的多形态电动飞行汽车的可重构网络系统，其特征在于：还包括底盘域控制器、座舱域控制器、飞行域控制器；
所述的底盘域控制器集成有底盘域形态感知模块，底盘域形态感知模块感知底盘域是否接入了中央控制单元；
底盘域控制器集成有底盘域可重构调度库，底盘域可重构调度库内预置有多种底盘域可重构调度方法，并且底盘域可重构调度库接收来自中央控制单元的中央控制调度命令；
底盘域控制器集成有底盘域可重构调度选择模块，底盘域可重构调度选择模块根据底盘域形态感知模块传来的信息，选择相应的底盘域可重构调度方法或中央控制调度命令；
底盘域控制器集成有底盘域传感器融合算法，底盘域传感器融合算法对来自底盘域的传感器采样数据的综合处理；
底盘域控制器集成有独立底盘形态自主运行所需的控制算法；
底盘域控制器集成有底盘域综合模块，底盘域综合模块综合处理来自控制算法的命令、来自底盘域可重构调度库的命令和来自底盘域内的传感器采样信息；
所述的座舱域控制器集成有人机界面功能所需的控制算法；
座舱域控制器集成有座舱域综合模块，座舱域综合模块综合处理来自中央控制单元的中央控制调度命令、来自座舱域控制器的控制算法的命令和来自座舱域内的传感器采样信息；
所述的飞行域控制器集成有飞行域形态感知模块，飞行域形态感知模块感知飞行域是否接入了中央控制单元；
飞行域控制器集成有飞行域可重构调度库，飞行域可重构调度库内预置有多种飞行域可重构调度方法，并且飞行域可重构调度库接收来自中央控制单元的中央控制调度命令；
飞行域控制器集成有飞行域可重构调度选择模块，飞行域可重构调度库根据飞行域形态感知模块传来的信息，选择相应的飞行域可重构调度方法或中央控制调度命令；
飞行域控制器集成有飞行域传感器融合算法，飞行域传感器融合算法对来自飞行域的传感器采样数据的综合处理；
飞行域控制器集成有独立飞行器形态自主运行所需的控制算法；
飞行域控制器集成有飞行域综合模块，飞行域综合模块可综合处理来自控制算法的命令、来自飞行域可重构调度库的命令和来自飞行域内的传感器采样信息。
3.多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：采用权利要求1或2所述的多形态电动飞行汽车的可重构网络系统；
包括三个步骤：上电巡检、形态判断和可重构调度；
多形态电动飞行汽车网络系统上电后，中央控制单元、底盘域控制器和飞行域控制器中的形态感知模块对插拔接口的接入情况进行检测，并以此判断多形态电动飞行汽车的运行形态，根据多形态电动飞行汽车的运行形态，可重构调度选择模块选择相对应的可重构调度方法；
所述的可重构调度方法根据多形态电动飞行汽车不同形态的特性，将网络系统的采样周期设置为不同的值；可重构调度方法将网络系统的采样周期分为多个基本周期，网络信息的传输在各个基本周期内进行。
4.根据权利要求3所述的多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：中央形态感知模块检测到底盘域和飞行域接入到中央控制单元时，判断出多形态电动飞行汽车处于综合体形态；
中央形态感知模块将形态信息发送至中央可重构调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构调度方法1，在该调度方法下，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T；将T平分为三份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/3；
中央控制单元中的中央综合模块接收到来自中央可重构调度库的命令和控制算法的命令后，向底盘域控制器、座舱域控制器和飞行域控制器发送中央控制调度命令，底盘域可重构调度库、座舱域控制器中的座舱域综合模块和飞行域可重构调度库对此命令进行接收；
底盘域形态感知模块感知到底盘域接入到中央控制单元后，向底盘域可重构调度选择模块发送命令，然后底盘域可重构调度选择模块发送选择命令至底盘域可重构调度库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域控制器中的底盘域综合模块，在调度命令下，底盘域综合模块忽略底盘域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/3为周期运行；
座舱域控制器中的座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后，座舱域综合模块以基本周期T/3为周期运行；
飞行域形态感知模块感知到飞行域接入到中央控制单元后，向飞行域可重构调度选择模块发送命令，然后飞行域可重构调度选择模块发送选择命令至飞行域可重构调度库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域控制器中的底盘域综合模块，在调度命令下，底盘域综合模块忽略飞行域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/3为周期运行；
在基本周期1的起始时刻，底盘域综合模块、座舱域综合模块、飞行域综合模块分别向底盘域、座舱域和飞行域内的网络发送广播形式的传感器同步启发信号；传感器同步启发信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息；只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答；目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向底盘域综合模块、座舱域综合模块、飞行域综合模块发送其采样信息；
在基本周期的2的起始时刻，底盘域综合模块、座舱域综合模块、飞行域综合模块将向中央控制单元转发传感器采样信息；中央控制单元利用多域传感器融合算法对传感器信息综合处理，基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出综合体形态自主运行所需的控制命令，中央控制单元里的中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控制算法的命令，形成中央控制调度命令，并立即向底盘域控制器、座舱域控制器和飞行域控制器发送；
底盘域可重构调度库和飞行域可重构调度库将接收到的中央控制调度命令分别发送至底盘域综合模块、飞行域综合模块，随后底盘域综合模块、飞行域综合模块对命令进行处理，座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理；
在基本周期3的起始时刻，底盘域综合模块向底盘域内网络发送底盘域控制调度命令，底盘域内的执行器接收到命令后，立即做出响应；在基本周期3内，座舱域综合模块如果接收到控制算法的命令，则座舱域综合模块综合处理中央控制调度命令和控制算法的命令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否则座舱域综合模块不发送任何命令；在基本周期3内，飞行域综合模块不发送任何命令；
在综合体形态下，多形态电动飞行汽车自主运行的控制回路总延时在2T/3至T之间。
5.根据权利要求3所述的多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：中央形态感知模块检测到底盘域接入而飞行域未接入到中央控制单元时，判断出多形态电动飞行汽车处于陆地汽车形态；
中央形态感知模块将形态信息发送至中央可重构调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构调度方法2，在该调度方法下，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T/2；将T平分为三份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/6；
中央综合模块接收到来自中央可重构调度库的命令和控制算法的命令后，向底盘域控制器和座舱域控制器发送中央控制调度命令，底盘域可重构调度库和座舱域综合模块对此命令进行接收；
底盘域形态感知模块感知到底盘域接入到中央控制单元后，向底盘域可重构调度选择模块发送命令，然后底盘域可重构调度选择模块发送选择命令至底盘域可重构调度库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，底盘域综合模块忽略底盘域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/6为周期运行；
座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后，座舱域综合模块以基本周期T/6为周期运行；
在基本周期1的起始时刻，底盘域综合模块和座舱域综合模块向底盘域和座舱域内的网络发送广播形式的传感器同步启发信号；传感器同步启发信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息；只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答；目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向底盘域综合模块和座舱域综合模块发送其采样信息；
在基本周期的2的起始时刻，底盘域综合模块和座舱域综合模块将向中央控制单元转发传感器采样信息；中央控制单元利用多域传感器融合算法对传感器信息综合处理，基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出陆地汽车形态自主运行所需的控制命令，中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控制算法的命令，形成中央控制调度命令，并立即向底盘域控制器和座舱域控制器发送；底盘域可重构调度库将接收到的中央控制调度命令发送至底盘域综合模块，随后底盘域综合模块对命令进行处理；座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理；
在基本周期3的起始时刻，底盘域综合模块向底盘域内网络发送底盘域控制调度命令，底盘域内的执行器接收到命令后，立即做出响应；在基本周期3内，座舱域综合模块如果接收到控制算法的命令，则座舱域综合模块处理中央控制调度命令和控制算法的命令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否则座舱域综合模块不发送任何命令；
在陆地汽车形态下，多形态电动飞行汽车自主运行的控制回路总延时在T/3至T/2之间。
6.根据权利要求3所述的多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：中央形态感知模块检测到飞行域接入而底盘域未接入到中央控制单元时，判断出多形态电动飞行汽车处于飞行汽车形态；
中央形态感知模块将形态信息发送至中央可重构调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构调度方法3，在该调度方法下，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T/2；将T平分为三份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/6；
中央综合模块接收到来自中央可重构调度库的命令和控制算法的命令后，向飞行域控制器和座舱域控制器发送中央控制调度命令，飞行域可重构调度库和座舱域综合模块对此命令进行接收；
飞行域形态感知模块感知到飞行域接入到中央控制单元后，向飞行域可重构调度选择模块发送命令，然后飞行域可重构调度选择模块发送选择命令至飞行盘域可重构调度库，接着中央控制调度命令被飞行域可重构调度库发送至飞行域综合模块，在调度命令下，飞行域综合模块忽略飞行域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/6为周期运行；
座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后，座舱域综合模块以基本周期T/6为周期运行；
在基本周期1的起始时刻，飞行域综合模块和座舱域综合模块向飞行域和座舱域内的网络发送广播形式的传感器同步启发信号；传感器同步启发信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息；只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答；目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向飞行域综合模块和座舱域综合模块发送其采样信息；
在基本周期的2的起始时刻，飞行域综合模块和座舱域综合模块将向中央控制单元转发传感器采样信息；中央控制单元利用多域传感器融合算法对传感器信息综合处理，基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出飞行汽车形态自主运行所需的控制命令，中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控制算法的命令，形成中央控制调度命令，并立即向飞行域控制器和座舱域控制器发送；飞行域可重构调度库将接收到的中央控制调度命令发送至飞行域综合模块，随后飞行域综合模块对命令进行处理；座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理；
在基本周期3的起始时刻，飞行域综合模块先向飞行域内网络发送飞行域控制调度命令，接着再向飞行域内网络发送一条广播形式的执行器同步启发信号，执行器同步启发信号的优先级仅次于传感器同步启发信号；飞行域内执行器接收到飞行域控制调度命令后，不会立即做出响应，而是在接收到执行器同步启发信号后做出响应；在基本周期3内，座舱域综合模块如果接收到控制算法的命令，则座舱域综合模块综合处理中央控制调度命令和控制算法的命令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否则座舱域综合模块不发送任何命令；
在飞行汽车形态下，多形态电动飞行汽车自主运行的控制回路总延时在T/3至T/2之间。
7.根据权利要求3所述的多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：底盘域控制器中底盘域形态感知模块检测到底盘域未接入到中央控制单元时，判断出多形态电动飞行汽车处于独立底盘形态；
底盘域形态感知模块将形态信息发送至底盘域可重构调度选择模块，随后底盘域可重构调度选择模块发送选择命令至底盘域可重构调度库选择底盘域可重构调度方法1，在该调度方法下，独立底盘形态的网络系统的采样周期设置为T/4；将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每个基本周期的时长为T/8；
底盘域可重构调度库将调度命令发送到底盘域综合模块，在调度命令下，底盘域综合模块以基本周期T/8为周期运行；
在基本周期1的起始时刻，底盘域综合模块向底盘域内的网络发送广播形式的传感器同步启发信号；传感器同步启发信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息；只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答；
目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向底盘域控制器发送其采样信息；接收到传感器采样信息后，底盘域传感器融合算法对采样信息综合处理，然后将处理后的采样信息发送至控制算法，控制算法决策出独立底盘形态自主运行所需的控制命令；底盘域综合模块对来自控制算法的控制命令和底盘域可重构调度库的调度命令综合处理，形成底盘域控制调度命令；
在基本周期2的起始时刻，底盘域综合模块向底盘域内网络发送底盘域控制调度命令，底盘域内的执行器接收到控制命令后，立即做出响应；
在独立底盘形态下，多形态电动飞行汽车自主运行的控制回路总延时在T/8至T/4之间。
8.根据权利要求3所述的多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：飞行域控制器中飞行域形态感知模块检测到飞行域未接入到中央控制单元时，判断出多形态电动飞行汽车处于独立飞行器形态；
飞行域形态感知模块将形态信息发送至飞行域可重构调度选择模块，随后飞行域可重构调度选择模块发送选择命令至飞行域可重构调度库选择飞行域可重构调度方法1，在该调度方法下，独立飞行器形态的网络系统的采样周期设置为T/4；将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每个基本周期的时长为T/8；
飞行域可重构调度库将调度命令发送到飞行域综合模块，在调度命令下，飞行域综合模块以基本周期T/8为周期运行；
在基本周期1的起始时刻，飞行域综合模块向飞行域内的网络发送广播形式的传感器同步启发信号；传感器同步启发信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息；只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答；
目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向飞行域控制器发送其采样信息；接收到传感器采样信息后，飞行域传感器融合算法对采样信息综合处理，然后将处理后的采样信息发送至控制算法，控制算法决策出独立飞行器形态自主运行所需的控制命令；飞行域综合模块对来自控制算法的控制命令和飞行域可重构调度库的调度命令综合处理，形成飞行域控制调度命令；
在基本周期2的起始时刻，飞行域综合模块先向飞行域内网络发送飞行域控制调度命令，接着再向飞行域内网络发送一条广播形式的执行器同步启发信号，执行器同步启发信号的优先级仅次于传感器同步启发信号；飞行域内执行器接收到飞行域控制调度命令后，不会立即做出响应，而是在接收到执行器同步启发信号后做出响应；
在独立飞行器形态下，多形态电动飞行汽车自主运行的控制回路总延时在T/8至T/4之间。
9.根据权利要求3所述的多形态电动飞行汽车的可重构调度方法，其特征在于：中央形态感知模块检测到底盘域和飞行域均未接入到中央控制单元时，判断出多形态电动飞行汽车处于独立座舱形态；
中央形态感知模块将形态信息发送至中央可重构调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送选择命令至中央可重构调度库，中央可重构调度库启动中央可重构调度方法4，该调度方法下，独立座舱形态的网络系统的采样周期设置为T/4；将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每个基本周期的时长为T/8；
中央可重构调度库向中央综合模块发送命令，中央综合模块对该命令进行处理并忽略来自控制算法的命令，形成中央控制调度命令后向座舱域控制器发送；
座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后，座舱域综合模块以基本周期T/8为周期运行；
当人机界面在基本周期1起始时刻和基本周期2起始时刻之间的某时刻被触发，则人机界面立即向座舱域控制器发送命令；座舱域控制器中的控制算法接收到命令后决策出控制命令后发送给座舱域综合模块，座舱域综合模块在基本周期2的起始时刻向座舱域内网络发送该控制命令，座舱域内的执行器接收到控制命令后，立即做出响应；
在独立座舱形态下，多形态电动飞行汽车自主运行的控制回路总延时在0至T/4之间。
说明书 :
多形态电动飞行汽车的可重构网络系统及可重构调度方法
技术领域
背景技术
响，因此减小地面交通压力成为亟待解决的难题。作为具有陆空两栖功能的交通工具，电动
飞行汽车不仅可以在道路上行驶，也可以在空中飞行，这种特性使其可以充分利用空中交
通资源，进而有效地缓解地面交通压力，电动飞行汽车因此被视为是未来交通电气化的一
种重大革新。多形态电动飞行汽车是飞行汽车的一种，其底盘、座舱和飞行器可以进行组合
和分离，进而转化为不同的运行形态如陆地汽车形态、飞行汽车形态、独立底盘形态、独立
飞行器形态、飞行底盘形态和综合体形态，多种类的运行形态进一步拓宽了电动飞行汽车
的应用场景。
在不同的形态下，底盘、座舱和飞行器内的网络系统需要相互分离和相互组合，因此上述网
络系统既需要具备独立运行的能力，也需要具备和其他系统组合成整体一起运行的能力，
这对网络系统的设计而言是一项巨大的挑战。
座舱和飞行器内的网络系统组成，因而网络系统中的信息数量最大且种类最多；多形态电
动汽车在独立底盘形态下，其网络系统仅包括底盘内的网络系统，因而网络系统中信息数
量相对较小且信息种类较少。
变化时，这种调度方法将会失效，进而危害网络信息的实时性、网络带宽的有效利用和控制
系统的稳定性。如果多形态电动飞行汽车的网络系统采用传统的调度方法，那么，为避免在
信息传输量最大的综合体形态下发生信息拥塞现象，多形态电动飞行汽车网络系统的采样
周期需要采取较大的值，但是当多形态电动飞行汽车处于独立底盘形态时，过大的采样周
期不仅不利于充分利用网络带宽资源，也会降低信息传输的实时性，影响控制系统的稳定
性与灵敏性。相反地，如果网络系统采取较小的采样周期以保证独立底盘形态下信息传输
的实时性，那么在综合体形态下信息拥塞现象将难以避免。因此，传统的网络调度方法不适
用于多形态电动飞行汽车，针对多形态电动飞行汽车不同形态的特性设计合适的调度方法
非常必要。
发明内容
组合和分离的需求，使得底盘和飞行器既可以独立运行，又可以与座舱组合成整体运行。同
时，本发明充分考虑了多形态电动飞行汽车不同形态下网络系统的特性，设计了能够适应
多形态电动飞行汽车不同形态的可重构调度方法，该调度方法可以保证多形态电动飞行汽
车不同形态下网络信息传输的实时性和网络带宽资源的充分利用。本发明为多形态电动飞
行汽车在各个形态下的稳定运行提供了良好的网络基础。
CAN与底盘域控制器连接。
态电动飞行汽车处于综合体形态，其网络系统由中央控制单元、底盘域、座舱域和飞行域组
成。当多形态电动飞行汽车处于陆地汽车形态，其网络系统由中央控制单元、底盘域和座舱
域组成。当多形态电动飞行汽车处于飞行汽车形态，其网络系统由中央控制单元、飞行域和
座舱域组成。独立底盘形态的网络系统由底盘域构成。独立飞行器形态的网络系统由飞行
域构成。独立座舱形态的网络系统由中央控制单元和座舱域构成。
库，该中央可重构调度库内预置有多种中央可重构调度方法。中央控制单元集成有中央可
重构调度选择模块，该中央可重构调度选择模块可根据中央形态感知模块传来的信息，选
择相应的中央可重构调度方法。中央控制单元集成有多域传感器融合算法，该多域传感器
融合算法可实现对来自底盘域、座舱域和飞行域的传感器采样数据的综合处理。中央控制
单元集成有综合体形态、陆地汽车形态和飞行汽车形态自主运行所需的控制算法。中央控
制单元集成有中央综合模块，该中央综合模块可综合处理来自控制算法的命令和来自中央
可重构调度库的命令，形成中央控制调度命令。
度库内预置有多种底盘域可重构调度方法，并且该底盘域可重构调度库可以接收来自中央
控制单元的中央控制调度命令。底盘域控制器集成有底盘域可重构调度选择模块，该底盘
域可重构调度选择模块可根据底盘域形态感知模块传来的信息，选择相应的底盘域可重构
调度方法或中央控制调度命令。底盘域控制器集成有底盘域传感器融合算法，该底盘域传
感器融合算法可对来自底盘域的传感器采样数据的综合处理。底盘域控制器集成有独立底
盘形态自主运行所需的控制算法。底盘域控制器集成有底盘域综合模块，该底盘域综合模
块可综合处理来自控制算法的命令、来自底盘域可重构调度库的命令和来自底盘域内的传
感器采样信息。
舱域控制器的控制算法的命令和来自座舱域内的传感器采样信息。
度库内预置有多种飞行域可重构调度方法，并且该飞行域可重构调度库可以接收来自中央
控制单元的中央控制调度命令。飞行域控制器集成有飞行域可重构调度选择模块，该飞行
域可重构调度选择模块可根据飞行域形态感知模块传来的信息，选择相应的飞行域可重构
调度方法或中央控制调度命令。飞行域控制器集成有飞行域传感器融合算法，该飞行域传
感器融合算法可对来自飞行域的传感器采样数据的综合处理。飞行域控制器集成有独立飞
行器形态自主运行所需的控制算法。飞行域控制器集成有飞行域综合模块，该飞行域综合
模块可综合处理来自控制算法的命令、来自飞行域可重构调度库的命令和来自飞行域内的
传感器采样信息。
控制器和飞行域控制器中的形态感知模块对插拔接口的接入情况进行检测，并以此判断多
形态电动飞行汽车的运行形态，根据多形态电动飞行汽车的运行形态，可重构调度选择模
块选择相对应的可重构调度方法。
期，网络信息的传输在各个基本周期内进行。
模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构调度方法
1，在该调度方法下，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T。将T平分为三份，分别为基
本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/3。
舱域综合模块和飞行域可重构调度库对此命令进行接收。
库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，
该底盘域综合模块忽略底盘域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/3为周期运行。
库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，
底盘域综合模块忽略飞行域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/3为周期运行。
信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息。只有目标传感器在
收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答。目标传感器接收到传感器同步
启发信号后立即向底盘域综合模块、座舱域综合模块和飞行域综合模块发送其采样信息。
信息综合处理，基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出综合体形态自主运
行所需的控制命令，中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控制算法的
命令，形成中央控制调度命令，并立即向底盘域控制器、座舱域控制器和飞行域控制器发
送。
进行处理，座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理。
果接收到控制算法的命令，则座舱域综合模块综合处理中央控制调度命令和控制算法的命
令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否则该座舱域综合模块不发送任何命
令。在基本周期3内，飞行域综合模块不发送任何命令。
调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构
调度方法2，在该调度方法下，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T/2。将T平分为三
份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/6。
对此命令进行接收。
库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，
该底盘域综合模块忽略底盘域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/6为周期运行。
有最高的优先级，并且内含目标传感器信息。只有目标传感器在收到传感器同步启发信号
后做出应答，其他传感器不应答。目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向底盘域
综合模块和座舱域综合模块发送其采样信息。
基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出陆地汽车形态自主运行所需的控制
命令，中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控制算法的命令，形成中
央控制调度命令，并立即向底盘域控制器和座舱域控制器发送。底盘域可重构调度库将接
收到的中央控制调度命令发送至底盘域综合模块，随后该底盘域综合模块对命令进行处
理。座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理。
果接收到控制算法的命令，则座舱域综合模块综合处理中央控制调度命令和控制算法的命
令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否则该座舱域综合模块不发送任何命
令。
调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构
调度方法3，在该调度方法下，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T/2。将T平分为三
份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/6。
对此命令进行接收。
库，接着中央控制调度命令被飞行域可重构调度库发送至飞行域综合模块，在调度命令下，
该飞行域综合模块忽略飞行域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/6为周期运行。
有最高的优先级，并且内含目标传感器信息。只有目标传感器在收到传感器同步启发信号
后做出应答，其他传感器不应答。目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向飞行域
综合模块和座舱域综合模块发送其采样信息。
基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出飞行汽车形态自主运行所需的控制
命令，中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控制算法的命令，形成中
央控制调度命令，并立即向飞行域控制器和座舱域控制器发送。飞行域可重构调度库将接
收到的中央控制调度命令发送至飞行域综合模块，随后该飞行域综合模块对命令进行处
理。座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理。
发信号的优先级仅次于传感器同步启发信号。飞行域内执行器接收到飞行域控制调度命令
后，不会立即做出响应，而是在接收到执行器同步启发信号后做出响应。在基本周期3内，座
舱域综合模块如果接收到控制算法的命令，则该座舱域综合模块综合处理中央控制调度命
令和控制算法的命令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否则该座舱域综合
模块不发送任何命令。
域可重构调度选择模块，随后底盘域可重构调度选择模块发送选择命令至底盘域可重构调
度库选择底盘域可重构调度方法1，在该调度方法下，独立底盘形态的网络系统的采样周期
设置为T/4。将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每个基本周期的时长为T/
8。
目标传感器信息。只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不
应答。由此，传感器同步启发信号保证目标传感器采样的同步。目标传感器接收到传感器同
步启发信号后立即向底盘域控制器发送其采样信息。接收到传感器采样信息后，底盘域传
感器融合算法对采样信息综合处理，然后将处理后的采样信息发送至控制算法，控制算法
决策出独立底盘形态自主运行所需的控制命令。底盘域综合模块对来自控制算法的控制命
令和底盘域可重构调度库的调度命令综合处理，形成底盘域控制调度命令。
行域可重构调度选择模块，随后飞行域可重构调度选择模块发送选择命令至飞行域可重构
调度库选择飞行域可重构调度方法1，在该调度方法下，独立飞行器形态的网络系统的采样
周期设置为T/4。将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每个基本周期的时长
为T/8。
目标传感器信息。只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不
应答。由此，传感器同步启发信号保证目标传感器采样的同步。目标传感器接收到传感器同
步启发信号后立即向飞行域控制器发送其采样信息。接收到传感器采样信息后，飞行域传
感器融合算法对采样信息综合处理，然后将处理后的采样信息发送至控制算法，控制算法
决策出独立飞行器形态自主运行所需的控制命令。飞行域综合模块对来自控制算法的控制
命令和飞行域可重构调度库的调度命令综合处理，形成飞行域控制调度命令。
发信号的优先级仅次于传感器同步启发信号。飞行域内执行器接收到飞行域控制调度命令
后，不会立即做出响应，而是在接收到执行器同步启发信号后做出响应。
度选择模块，中央可重构调度选择模块发送选择命令至中央可重构调度库，中央可重构调
度库启动中央可重构调度方法4，该调度方法下，独立座舱形态的网络系统的采样周期设置
为T/4。将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每个基本周期的时长为T/8。中
央可重构调度库向中央综合模块发送命令，中央综合模块对该命令进行处理并忽略来自控
制算法的命令，形成中央控制调度命令后向座舱域控制器发送。
控制命令后发送给座舱域综合模块，座舱域综合模块在基本周期2的起始时刻向座舱域内
网络发送该控制命令，座舱域内的执行器接收到控制命令后，立即做出响应。
整体运行，可重构网络系统满足了多形态电动飞行汽车在不同形态下自由切换的功能需
求。此外，本发明提供的可重构调度方法充分考虑了多形态电动飞行汽车在不同形态下的
网络系统特性：在综合体形态下，网络系统中信息数量最大且信息种类最多，可重构调度方
法设置了最大的采样周期，可以避免信息拥塞和提高网络系统的稳定性；在陆地汽车形态、
飞行汽车形态下，网络系统中信息数量较大且信息种类较多，可重构调度方法设置较大的
采样周期，可以避免信息拥塞和降低信息延时；在独立底盘、独立飞行器和独立座舱形态
下，网络系统中信息数量最小且信息种类最少，可重构调度方法设置最小的采样周期，可以
最大限度地降低信息延时和提高网络带宽的利用效率。另外，可重构调度方法通过设置高
优先级的传感器同步启发信号，可以实现传感器的同步采样，这有利于提高控制命令的准
确性。考虑到飞行器各个旋翼对控制命令执行的不同步直接威胁飞行器的运动稳定性，可
重构调度方法设置了执行器同步启发信号，可以保证各个旋翼对控制命令执行的同步性。
综上所述，本发明提供的可重构网络系统及可重构调度方法为多形态电动飞行汽车在各个
形态下的稳定运行提供了良好的网络基础。
附图说明
具体实施方式
图。
和飞行器可以组合形成飞行汽车形态；底盘自身可以形成独立底盘形态；飞行器自身可以
形成独立飞行器形态；座舱自身可以形成独立座舱形态；底盘和飞行器可以形成飞行底盘
形态；底盘、飞行器和充电桩可以组合形成充电形态，且底盘和飞行器支持多种充电方式如
有线充电和无线充电。
构成。在底盘域内，驱动电机转速传感器、转向角传感器、驱动电机控制器、制动器和转向器
通过CAN与底盘域控制器连接；雷达、相机、GPS和惯性测量单元IMU通过以太网与底盘域控
制器连接。在飞行域内，旋翼转速传感器1、旋翼转速传感器2、旋翼转速传感器3、旋翼转速
传感器4、旋翼控制器1、旋翼控制器2、旋翼控制器3和旋翼控制器4通过CAN与飞行域控制器
连接；雷达、相机、GPS和IMU通过以太网与飞行域控制器连接。在座舱域内，车窗控制器、空
调控制器和座椅控制器通过LIN与座舱域控制器连接；雷达、相机和人机界面通过以太网和
座舱域控制器连接。由于座舱域和中央控制单元均位于座舱之中，因此座舱域控制器和中
央控制单元通过以太网固定连接。而底盘、飞行器与座舱既可以相互组合又可以相互分离，
因此底盘域控制器、飞行域控制器与中央控制单元之间的以太网连接具有自由插拔接口，
以实现底盘域、座舱域和中央控制单元的自由连接和断开。
讲，网络系统上电后，中央控制单元、底盘域控制器和飞行域控制器中的形态感知模块对插
拔接口的接入情况进行检测，并以此判断多形态电动飞行汽车的运行形态，根据运行形态，
可重构调度选择模块选择与运行形态相对应的可重构调度方法。
模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构调度方法
1，该调度方法下网络信息时序图如图5所示，综合体形态的网络系统的采样周期设置为T。
将T平分为三份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的时长为T/3。
舱域综合模块和飞行域可重构调度库对此命令进行接收。
库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，
该底盘域综合模块忽略底盘域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/3为周期运行。
库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，
底盘域综合模块忽略飞行域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/3为周期运行。
信号在其所在的网络内具有最高的优先级，并且内含目标传感器信息。在综合体形态下，底
盘域内目标传感器包括驱动电机转速传感器、转向角传感器、雷达、相机、GPS与惯性测量单
元IMU；座舱域内目标传感器包括雷达和相机；飞行域内目标传感器包括雷达和相机。只有
目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答。目标传感器接收
到传感器同步启发信号后立即向底盘域综合模块、座舱域综合模块和飞行域综合模块发送
其采样信息，采样信息有驱动电机转速、转向角、汽车周围环境信息、定位信息、加速度与姿
态信息等。
信息综合处理，基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出综合体形态自主运
行所需的控制命令(驱动电机力矩、制动压力和转向角度)，中央综合模块综合处理来自中
央可重构调度库中的命令和控制算法的命令，形成中央控制调度命令，并立即向底盘域控
制器、座舱域控制器和飞行域控制器发送。
进行处理，座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理。
应，实现对汽车运动的准确控制。在基本周期3内，座舱域综合模块如果接收到控制算法的
命令，则该座舱域综合模块综合处理中央控制调度命令和控制算法的命令，形成座舱域控
制调度命令向座舱域内网络发送，否则座舱域综合模块不发送任何命令。在基本周期3内，
飞行域综合模块不发送任何命令。
系统的稳定性和汽车行驶安全性。
调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构
调度方法2，该调度方法下网络信息时序图如图6所示，综合体形态的网络系统的采样周期
设置为T/2。将T平分为三份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的
时长为T/6。
对此命令进行接收。
库，接着中央控制调度命令被底盘域可重构调度库发送至底盘域综合模块，在调度命令下，
该底盘域综合模块忽略底盘域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/6为周期运行。
有最高的优先级，并且内含目标传感器信息。在陆地汽车形态下，底盘域内目标传感器包括
驱动电机转速传感器、转向角传感器、雷达、相机、GPS与惯性测量单元IMU；座舱域内目标传
感器包括雷达和相机。只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感
器不应答。目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向底盘域综合模块和座舱域综合
模块发送其采样信息，采样信息有驱动电机转速、转向角、汽车周围环境信息、定位信息、加
速度与姿态信息等。
理，基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出陆地汽车形态自主运行所需的
控制命令(驱动电机力矩、制动压力和转向角度)，中央综合模块综合处理来自中央可重构
调度库中的命令和控制算法的命令，形成中央控制调度命令，并立即向底盘域控制器和座
舱域控制器发送。底盘域可重构调度库将接收到的中央控制调度命令发送至底盘域综合模
块，随后该底盘域综合模块对命令进行处理。座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后
也对命令进行处理。
应，实现对汽车运动的准确控制。在基本周期3内，座舱域综合模块如果接收到控制算法的
命令，则座舱域综合模块综合处理中央控制调度命令和控制算法的命令，形成座舱域控制
调度命令向座舱域内网络发送，否则座舱域综合模块不发送任何命令。
系统采用了更小的采样周期，系统内控制器运算频率也更高。这不仅有利于提高汽车对复
杂交通情况的应变能力，也有利于减小控制回路延时和提高系统的稳定性。
调度选择模块，中央可重构调度选择模块发送命令至中央可重构调度库，启动中央可重构
调度方法3，该调度方法下网络信息时序图如图7所示，综合体形态的网络系统的采样周期
设置为T/2。将T平分为三份，分别为基本周期1、基本周期2和基本周期3，则每个基本周期的
时长为T/6。
对此命令进行接收。
库，接着中央控制调度命令被飞行域可重构调度库发送至飞行域综合模块，在调度命令下，
该飞行域综合模块忽略飞行域控制器中的控制算法的命令，并以基本周期T/6为周期运行。
有最高的优先级，并且内含目标传感器信息。飞行汽车形态下，飞行域内目标传感器包括飞
行器的旋翼转速传感器1、旋翼转速传感器2、旋翼转速传感器3、旋翼转速传感器4、雷达、相
机、GPS与惯性测量单元IMU；座舱域的目标传感器包括雷达和相机。只有目标传感器在收到
传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答。目标传感器接收到传感器同步启发
信号后立即向飞行域综合模块和座舱域综合模块发送其采样信息，采样信息有飞行器四个
旋翼的转速、飞行汽车周围环境信息、定位信息和姿态信息等。
基于处理后的信息，中央控制单元利用控制算法决策出陆地汽车形态自主运行所需的控制
命令(四个旋翼的电机力矩)，中央综合模块综合处理来自中央可重构调度库中的命令和控
制算法的命令，形成中央控制调度命令，并立即向飞行域控制器和座舱域控制器发送。飞行
域可重构调度库将接收到的中央控制调度命令发送至飞行域综合模块，随后该飞行域综合
模块对命令进行处理。座舱域综合模块接收到中央控制调度命令后也对命令进行处理。
发信号的优先级仅次于传感器同步启发信号。飞行域内执行器(4个旋翼控制器)接收到飞
行域控制调度命令后，不会立即做出响应，而是在接收到执行器同步启发信号后做出响应。
在基本周期3内，座舱域综合模块如果接收到控制算法的命令，则座舱域综合模块综合处理
中央控制调度命令和控制算法的命令，形成座舱域控制调度命令向座舱域内网络发送，否
则座舱域综合模块不发送任何命令。
系统采用了更小的采样周期，系统内控制器运算频率也更高。这不仅有利于提高汽车对复
杂交通情况的应变能力，也有利于减小控制回路延时和提高系统的稳定性。
域可重构调度选择模块，随后底盘域可重构调度选择模块发送选择命令至底盘域可重构调
度库选择底盘域可重构调度方法1，该调度方法下网络信息时序图如图8所示，独立底盘形
态的网络系统的采样周期设置为T/4。将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则
每个基本周期的时长为T/8。
目标传感器信息。在独立底盘形态下，底盘域内目标传感器包括驱动电机转速传感器、转向
角传感器、雷达、相机、GPS与惯性测量单元IMU。只有目标传感器在收到传感器同步启发信
号后做出应答，其他传感器不应答。由此，传感器同步启发信号保证目标传感器采样的同
步。目标传感器接收到传感器同步启发信号后立即向底盘域控制器发送其采样信息，采样
信息有驱动电机转速、转向角、汽车周围环境信息、定位信息、加速度与姿态信息等。接收到
传感器采样信息后，底盘域传感器融合算法对采样信息综合处理，然后将处理后的采样信
息发送至控制算法，控制算法决策出独立底盘形态自主运行所需的控制命令(驱动电机力
矩、制动压力和转向角度)。底盘域综合模块对来自控制算法的控制命令和底盘域可重构调
度库的调度命令综合处理，形成底盘域控制调度命令。
响应。
车形态，独立底盘形态的自主运行控制回路总延时更小，信息传输的实时性更好。同时网络
系统的采样周期也更小，即采样频率更高，这也意味着系统内控制器运算频率更高。独立底
盘形态相对于陆地汽车形态，其雷达和相机数量相对较少，而且底盘上雷达和相机的安装
位置也相对座舱较低，这使得独立底盘形态下，传感器采集到周围环境信息的数据量较少，
对控制算法决策的准确性产生不利的影响。高采样频率和高运算频率可以在一定程度上弥
补传感数据量相对不充足的缺陷，提高底盘对复杂交通情况的应变能力。
行域可重构调度选择模块，随后飞行域可重构调度选择模块发送选择命令至飞行域可重构
调度库选择飞行域可重构调度方法1，该调度方法下网络信息时序图如图9所示，独立飞行
器形态的网络系统的采样周期设置为T/4。将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期
2，则每个基本周期的时长为T/8。
目标传感器信息。独立飞行器形态下，飞行域内目标传感器包括飞行器的旋翼转速传感器
1、旋翼转速传感器2、旋翼转速传感器3、旋翼转速传感器4、雷达、相机、GPS与惯性测量单元
IMU。只有目标传感器在收到传感器同步启发信号后做出应答，其他传感器不应答。由此，传
感器同步启发信号保证目标传感器采样的同步。目标传感器接收到传感器同步启发信号后
立即向飞行域控制器发送其采样信息，采样信息有四个旋翼的转速、飞行器周围环境信息、
定位信息和姿态信息等。接收到传感器采样信息后，飞行域传感器融合算法对采样信息综
合处理，然后将处理后的采样信息发送至控制算法，控制算法决策出独立飞行器形态自主
运行所需的控制命令(四个旋翼的电机力矩)。飞行域综合模块对来自控制算法的控制命令
和飞行域可重构调度库的调度命令综合处理，形成飞行域控制调度命令。
发信号的优先级仅次于传感器同步启发信号。飞行域内执行器(4个旋翼控制器)接收到飞
行域控制调度命令后，不会立即做出响应，而是在接收到执行器同步启发信号后做出响应。
汽车形态，独立飞行器形态的自主运行控制回路总延时更小，信息传输的实时性更好。同时
网络系统的采样周期更小，即采样频率更高，这也意味着系统内控制器运算频率更高。独立
飞行器形态相对于飞行汽车形态，其雷达和相机数量相对较少，这使得独立飞行器形态下，
传感器采集到周围环境信息的数据量较少，这会对控制算法决策的准确性产生不利的影
响。高采样频率和高运算频率可以在一定程度上弥补传感数据量相对不充足的缺陷，提高
飞行器对复杂交通情况的应变能力。
度选择模块，中央可重构调度选择模块发送选择命令至中央可重构调度库，中央可重构调
度库启动中央可重构调度方法4，该调度方法下网络信息时序图如图10所示，独立座舱形态
的网络系统的采样周期设置为T/4。将T/4平分为两份，分别为基本周期1和基本周期2，则每
个基本周期的时长为T/8。中央可重构调度库向中央综合模块发送命令，中央综合模块对该
命令进行处理并忽略来自控制算法的命令，形成中央控制调度命令后向座舱域控制器发
送。
中的控制算法接收到命令后决策出控制命令后发送给座舱域综合模块，座舱域综合模块在
基本周期2的起始时刻向座舱域内网络发送该控制命令，座舱域内的执行器(如车窗控制器
和座椅控制器)接收到控制命令后，立即做出响应。
度，也有利于减小控制回路延时和提高系统的稳定性。