基于時(shí)間觸發(fā)模式的HBRS控制系統混合調度器的設計

引言

　　一種液壓式制動(dòng)能量再生系統(HBRS)應用于對公交車(chē)動(dòng)力系統的改造。由電磁離合器、液壓泵馬達和液壓蓄能器以及相關(guān)的機械裝置和油路構成的車(chē)輛制動(dòng)能量回收再生裝置，通過(guò)分動(dòng)箱與公交車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)裝置實(shí)現并行聯(lián)接。該系統將公交車(chē)制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉換為蓄能器的液壓能儲存，并在車(chē)輛加速起步時(shí)將液壓能轉換為車(chē)輛的動(dòng)能，從而達到節能減排的目的。

　　HBRS采用液壓蓄能器作為能量存儲元件。由于液壓蓄能器自身能量存儲的特點(diǎn)決定了系統工作特性的非線(xiàn)性，采用電子控制單元實(shí)時(shí)調整變量液壓泵馬達的有效排量可以?xún)?yōu)化系統的操作性能。HBRS控制系統包括周期性任務(wù)和1個(gè)事件觸發(fā)任務(wù)，可以采用時(shí)間觸發(fā)模式設計系統。本文針對HBRS控制系統建立了實(shí)時(shí)性分析模型，分析周期性任務(wù)和觸發(fā)任務(wù)的特點(diǎn)，設計了基于時(shí)間觸發(fā)模式的混合式任務(wù)調度器。

　　1 系統方案概述

　　在液壓式制動(dòng)能量再生控制系統中，駕駛員通過(guò)操縱加速踏板和制動(dòng)踏板來(lái)表達加速或減速意圖。而液壓系統中電磁方向閥的通斷、電磁離合器的結合/分離以及變量泵馬達的有效排量的調節都是由電子控制器集中控制自動(dòng)完成的?？刂葡到y方案如圖1所示。

　　HBRS控制系統電子控制器完成3大功能：狀態(tài)檢測、有效排量決策和有效排量執行邏輯控制。狀態(tài)檢測模塊根據傳感器數據計算當前車(chē)速、制動(dòng)踏板行程、加速踏板行程、蓄能器壓力，并根據車(chē)速進(jìn)行微分得到車(chē)輛加速度，然后將這些狀態(tài)信息傳遞給有效排量決策模塊。有效排量決策模塊根據制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)、加速踏板開(kāi)關(guān)和系統使能開(kāi)關(guān)及檔位開(kāi)關(guān)判斷駕駛員操縱意圖，從而決定系統工作模式(制動(dòng)能量回收模式、制動(dòng)能量再生模式、制動(dòng)能量保持模式或強制泄壓模式)。有效排量執行邏輯控制模塊根據車(chē)速、車(chē)輛加速度和制動(dòng)踏板位置或加速踏板位置查詢(xún)最佳有效排量驅動(dòng)電流匹配表，得到目標驅動(dòng)電流參數，并根據車(chē)輛加速度對驅動(dòng)電流做微調。如果當前系統工作模式與目標工作模式不符，則發(fā)出控制指令驅動(dòng)相應開(kāi)關(guān)電磁閥，使系統進(jìn)人相應的工作模式，驅動(dòng)電磁離合器電磁閥實(shí)現電磁離合器的結合或分離;若當前系統驅動(dòng)電流與目標驅動(dòng)電流不符，則有效排量執行邏輯控制模塊調整驅動(dòng)電流以驅動(dòng)液壓泵馬達排量調整機構，完成系統工作模式各個(gè)電磁閥的驅動(dòng)和液壓泵馬達有效排量調整電流的控制。

　　2 實(shí)時(shí)系統建模

　　2.1 功能模塊劃分

　　功能模塊是實(shí)時(shí)系統的基礎研究對象，并且相關(guān)聯(lián)的功能模塊組成1個(gè)系統任務(wù)。在本文研究的液壓式制動(dòng)能量再生控制系統中，共有13個(gè)功能模塊，如表1所列。表中周期功能模塊相對時(shí)間軸周期性運行，觸發(fā)模塊只有在制動(dòng)能量再生和制動(dòng)能量回收工作模式中運行。

　　2.2 功能模塊間的互連特征

　　HBRS控制系統中各功能模塊的互連特征由圖2所示，圖中箭頭表示功能模塊之間的關(guān)系(有時(shí)序關(guān)系和資源共享關(guān)系2種)，箭頭的方向表示時(shí)序，圓圈和方塊表示功能塊。圓圈的功能塊的前提條件互為與關(guān)系，方塊功能塊的前提條件是或關(guān)系，空心表示功能塊的后續操作沒(méi)有分支，實(shí)心表示功能塊具有分支，其后續功能塊的執行由分支邏輯決定：I(x，y，z)為關(guān)系，x為前提條件，y為后續任務(wù)，z為共享資源名稱(chēng)。ua為車(chē)速，Iacc為加速踏板行程，lbra為制動(dòng)踏板行程Pac為蓄能器壓力，a為車(chē)輛加速度，Ivg為反饋電流。C1為電磁換向閥驅動(dòng)指令，C2為電磁離合器結合/分離驅動(dòng)指令，C3為變量泵馬達有效排量驅動(dòng)電流指令，本系統使用脈寬調制方式控制調節電流。

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