液壓制動(dòng)能量再生系統的電子控制系統設計

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。

該模型中，有效排量決策模塊J8運行的前提條件是J1～J5先運行，即獲得各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)、車(chē)速和蓄能器壓力，缺一不可。經(jīng)過(guò)邏輯判斷后決定HBRS的工作模式。J8有分支，J8判斷系統工作模式State為能量保持工作模式時(shí)，J10直接發(fā)出默認的驅動(dòng)命令即可，不觸發(fā)J9。J10控制各電磁換向閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制電磁離合器的結合／分離狀態(tài)。J9在制動(dòng)能量回收工作模式時(shí)，需要獲得車(chē)速、制動(dòng)踏板行程，查詢(xún)最佳排量對應的控制電流，在制動(dòng)能量再生工作模式時(shí)，需要獲得車(chē)速、加速踏板行程，查詢(xún)最佳有效排量對應的控制電流。J10根據當前車(chē)輛制動(dòng)加速度以及反饋電流的大小，對控制電流值進(jìn)行修正，并發(fā)出驅動(dòng)命令到驅動(dòng)模塊。J9和J10均在不同工作模式下，需要不同的傳感器信號或狀態(tài)變量，因此需要添加判斷程序，從而實(shí)現在不同工作模式下觸發(fā)不同控制程序的目的。
2．3 任務(wù)劃分
根據任務(wù)劃分原則為I／O依賴(lài)性、功能內聚、任務(wù)內斂，將13功能模塊劃分為6個(gè)任務(wù)，如表2所列。9個(gè)任務(wù)中R1～R6由系統控制處理器芯片調度實(shí)現，R7～R9由微控制器集成外設控制。J10和J11由芯片TLE6230GP實(shí)現驅動(dòng)，J12則由控制芯片的PCA及擴展芯片33486A實(shí)現，并由單片機PCA模塊實(shí)現PWM信號輸出。

3 調度算法設計
當HBRS使能開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，系統共有4種工作模式：制動(dòng)能量回收模式、制動(dòng)能量再生模式、制動(dòng)能量保壓模式和制動(dòng)能量強制泄壓模式。HBRS進(jìn)入何種工作模式由控制系統進(jìn)行邏輯判斷，因此任務(wù)R1工作模式?jīng)Q策組合是周期性運行的任務(wù)。若判斷系統進(jìn)入制動(dòng)能量保壓工作模式或強制泄壓工作模式，則直接任務(wù)R6驅動(dòng)組合；R6發(fā)出控制外設的驅動(dòng)命令，通過(guò)任務(wù)R7、R8運行，控制電磁換向閥的通斷實(shí)現油路的變換，控制電磁離合器的結合／分離實(shí)現HBRS與車(chē)輛原動(dòng)力傳動(dòng)系統的分離；若R1判斷系統進(jìn)入制動(dòng)能量回收工作模式或者制動(dòng)能量釋放工作模式，則觸發(fā)任務(wù)R4查詢(xún)目標驅動(dòng)電流值，并觸發(fā)任務(wù)R5計算車(chē)輛加速度和任務(wù)R6計算反饋電流值提供給任務(wù)R10以修正目標驅動(dòng)電流值；最后，通過(guò)任務(wù)R9實(shí)現對HBRS系統有效排量的調整。
確定所需的時(shí)標間隔的過(guò)程是：為了把開(kāi)銷(xiāo)和功耗降低到最小值，調度器的時(shí)標間隔應該設置為所有任務(wù)的運行間隔的“最大公因數”，并且滿(mǎn)足所有任務(wù)的運行時(shí)間都應小于調度時(shí)標間隔，以保證調度程序總是能夠在任何任務(wù)需要運行的時(shí)候調用它，還要求盡可能地避免任務(wù)的抖動(dòng)。
于是，在不同的工作模式中控制系統的任務(wù)都在確定性時(shí)間段內完成檢測和驅動(dòng)任務(wù)，簡(jiǎn)化了系統設計的復雜性，更可靠，更安全。