液壓制動(dòng)能量再生系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：基于時(shí)間觸發(fā)模式的混合調(diào)度器理論，設(shè)計(jì)了液壓式制動(dòng)能量再生系統(tǒng)(HBRS)的電子控制系統(tǒng)。建立功能模塊模型，在對(duì)各功能模塊的瞬時(shí)特征和互聯(lián)特征分析的基礎(chǔ)上劃分了系統(tǒng)任務(wù)，并設(shè)計(jì)了調(diào)度器任務(wù)運(yùn)行時(shí)序。最后通過仿真驗(yàn)證了調(diào)度器的正確性。
關(guān)鍵詞：時(shí)間觸發(fā)模式；液壓式制動(dòng)能量再生系統(tǒng)；電子控制單元；調(diào)度器

引言
一種液壓式制動(dòng)能量再生系統(tǒng)(HBRS)應(yīng)用于對(duì)公交車動(dòng)力系統(tǒng)的改造。由電磁離合器、液壓泵馬達(dá)和液壓蓄能器以及相關(guān)的機(jī)械裝置和油路構(gòu)成的車輛制動(dòng)能量回收再生裝置，通過分動(dòng)箱與公交車動(dòng)力傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)并行聯(lián)接。該系統(tǒng)將公交車制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為蓄能器的液壓能儲(chǔ)存，并在車輛加速起步時(shí)將液壓能轉(zhuǎn)換為車輛的動(dòng)能，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。
HBRS采用液壓蓄能器作為能量存儲(chǔ)元件。由于液壓蓄能器自身能量存儲(chǔ)的特點(diǎn)決定了系統(tǒng)工作特性的非線性，采用電子控制單元實(shí)時(shí)調(diào)整變量液壓泵馬達(dá)的有效排量可以優(yōu)化系統(tǒng)的操作性能。HBRS控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)系統(tǒng)。本文針對(duì)HBRS控制系統(tǒng)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(shè)計(jì)了基于時(shí)間觸發(fā)模式的混合式任務(wù)調(diào)度器。

1 系統(tǒng)方案概述
在液壓式制動(dòng)能量再生控制系統(tǒng)中，駕駛員通過操縱加速踏板和制動(dòng)踏板來表達(dá)加速或減速意圖。而液壓系統(tǒng)中電磁方向閥的通斷、電磁離合器的結(jié)合／分離以及變量泵馬達(dá)的有效排量的調(diào)節(jié)都是由電子控制器集中控制自動(dòng)完成的。控制系統(tǒng)方案如圖1所示。

HBRS控制系統(tǒng)電子控制器完成3大功能：狀態(tài)檢測(cè)、有效排量決策和有效排量執(zhí)行邏輯控制。狀態(tài)檢測(cè)模塊根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算當(dāng)前車速、制動(dòng)踏板行程、加速踏板行程、蓄能器壓力，并根據(jù)車速進(jìn)行微分得到車輛加速度，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(jù)制動(dòng)踏板開關(guān)、加速踏板開關(guān)和系統(tǒng)使能開關(guān)及檔位開關(guān)判斷駕駛員操縱意圖，從而決定系統(tǒng)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(qiáng)制泄壓模式)。有效排量執(zhí)行邏輯控制模塊根據(jù)車速、車輛加速度和制動(dòng)踏板位置或加速踏板位置查詢最佳有效排量驅(qū)動(dòng)電流匹配表，得到目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流參數(shù)，并根據(jù)車輛加速度對(duì)驅(qū)動(dòng)電流做微調(diào)。如果當(dāng)前系統(tǒng)工作模式與目標(biāo)工作模式不符，則發(fā)出控制指令驅(qū)動(dòng)相應(yīng)開關(guān)電磁閥，使系統(tǒng)進(jìn)人相應(yīng)的工作模式，驅(qū)動(dòng)電磁離合器電磁閥實(shí)現(xiàn)電磁離合器的結(jié)合或分離；若當(dāng)前系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電流與目標(biāo)驅(qū)動(dòng)電流不符，則有效排量執(zhí)行邏輯控制模塊調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流以驅(qū)動(dòng)液壓泵馬達(dá)排量調(diào)整機(jī)構(gòu)，完成系統(tǒng)工作模式各個(gè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)和液壓泵馬達(dá)有效排量調(diào)整電流的控制。