基于時間觸發模式的HBRS控制系統混合調度器的設計

引言

　　一種液壓式制動能量再生系統(HBRS)應用于對公交車動力系統的改造。由電磁離合器、液壓泵馬達和液壓蓄能器以及相關的機械裝置和油路構成的車輛制動能量回收再生裝置，通過分動箱與公交車動力傳動裝置實現并行聯接。該系統將公交車制動時的動能轉換為蓄能器的液壓能儲存，并在車輛加速起步時將液壓能轉換為車輛的動能，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決定了系統工作特性的非線性，采用電子控制單元實時調整變量液壓泵馬達的有效排量可以優化系統的操作性能。HBRS控制系統包括周期性任務和1個事件觸發任務，可以采用時間觸發模式設計系統。本文針對HBRS控制系統建立了實時性分析模型，分析周期性任務和觸發任務的特點，設計了基于時間觸發模式的混合式任務調度器。

　　1 系統方案概述

　　在液壓式制動能量再生控制系統中，駕駛員通過操縱加速踏板和制動踏板來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完成的。控制系統方案如圖1所示。

　　HBRS控制系統電子控制器完成3大功能：狀態檢測、有效排量決策和有效排量執行邏輯控制。狀態檢測模塊根據傳感器數據計算當前車速、制動踏板行程、加速踏板行程、蓄能器壓力，并根據車速進行微分得到車輛加速度，然后將這些狀態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踏板開關、加速踏板開關和系統使能開關及檔位開關判斷駕駛員操縱意圖，從而決定系統工作模式(制動能量回收模式、制動能量再生模式、制動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速、車輛加速度和制動踏板位置或加速踏板位置查詢最佳有效排量驅動電流匹配表，得到目標驅動電流參數，并根據車輛加速度對驅動電流做微調。如果當前系統工作模式與目標工作模式不符，則發出控制指令驅動相應開關電磁閥，使系統進人相應的工作模式，驅動電磁離合器電磁閥實現電磁離合器的結合或分離;若當前系統驅動電流與目標驅動電流不符，則有效排量執行邏輯控制模塊調整驅動電流以驅動液壓泵馬達排量調整機構，完成系統工作模式各個電磁閥的驅動和液壓泵馬達有效排量調整電流的控制。

　　2 實時系統建模

　　2.1 功能模塊劃分

　　功能模塊是實時系統的基礎研究對象，并且相關聯的功能模塊組成1個系統任務。在本文研究的液壓式制動能量再生控制系統中，共有13個功能模塊，如表1所列。表中周期功能模塊相對時間軸周期性運行，觸發模塊只有在制動能量再生和制動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系(有時序關系和資源共享關系2種)，箭頭的方向表示時序，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系，方塊功能塊的前提條件是或關系，空心表示功能塊的后續操作沒有分支，實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)為關系，x為前提條件，y為后續任務，z為共享資源名稱。ua為車速，Iacc為加速踏板行程，lbra為制動踏板行程Pac為蓄能器壓力，a為車輛加速度，Ivg為反饋電流。C1為電磁換向閥驅動指令，C2為電磁離合器結合/分離驅動指令，C3為變量泵馬達有效排量驅動電流指令，本系統使用脈寬調制方式控制調節電流。

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