液壓制動能量再生系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)設(shè)計

2 實時系統(tǒng)建模
2．1 功能模塊劃分
功能模塊是實時系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究對象，并且相關(guān)聯(lián)的功能模塊組成1個系統(tǒng)任務(wù)。在本文研究的液壓式制動能量再生控制系統(tǒng)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(yùn)行，觸發(fā)模塊只有在制動能量再生和制動能量回收工作模式中運(yùn)行。

2．2 功能模塊間的互連特征
HBRS控制系統(tǒng)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(有時序關(guān)系和資源共享關(guān)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(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(xù)操作沒有分支，實心表示功能塊具有分支，其后續(xù)功能塊的執(zhí)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(xù)任務(wù)，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(qū)動指令，C2為電磁離合器結(jié)合／分離驅(qū)動指令，C3為變量泵馬達(dá)有效排量驅(qū)動電流指令，本系統(tǒng)使用脈寬調(diào)制方式控制調(diào)節(jié)電流。

該模型中，有效排量決策模塊J8運(yùn)行的前提條件是J1～J5先運(yùn)行，即獲得各種開關(guān)狀態(tài)、車速和蓄能器壓力，缺一不可。經(jīng)過邏輯判斷后決定HBRS的工作模式。J8有分支，J8判斷系統(tǒng)工作模式State為能量保持工作模式時，J10直接發(fā)出默認(rèn)的驅(qū)動命令即可，不觸發(fā)J9。J10控制各電磁換向閥的開關(guān)狀態(tài)，控制電磁離合器的結(jié)合／分離狀態(tài)。J9在制動能量回收工作模式時，需要獲得車速、制動踏板行程，查詢最佳排量對應(yīng)的控制電流，在制動能量再生工作模式時，需要獲得車速、加速踏板行程，查詢最佳有效排量對應(yīng)的控制電流。J10根據(jù)當(dāng)前車輛制動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(qū)動命令到驅(qū)動模塊。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，從而實現(xiàn)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(jù)任務(wù)劃分原則為I／O依賴性、功能內(nèi)聚、任務(wù)內(nèi)斂，將13功能模塊劃分為6個任務(wù)，如表2所列。9個任務(wù)中R1～R6由系統(tǒng)控制處理器芯片調(diào)度實現(xiàn)，R7～R9由微控制器集成外設(shè)控制。J10和J11由芯片TLE6230GP實現(xiàn)驅(qū)動，J12則由控制芯片的PCA及擴(kuò)展芯片33486A實現(xiàn)，并由單片機(jī)PCA模塊實現(xiàn)PWM信號輸出。

3 調(diào)度算法設(shè)計
當(dāng)HBRS使能開關(guān)打開時，系統(tǒng)共有4種工作模式：制動能量回收模式、制動能量再生模式、制動能量保壓模式和制動能量強(qiáng)制泄壓模式。HBRS進(jìn)入何種工作模式由控制系統(tǒng)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(yùn)行的任務(wù)。若判斷系統(tǒng)進(jìn)入制動能量保壓工作模式或強(qiáng)制泄壓工作模式，則直接任務(wù)R6驅(qū)動組合；R6發(fā)出控制外設(shè)的驅(qū)動命令，通過任務(wù)R7、R8運(yùn)行，控制電磁換向閥的通斷實現(xiàn)油路的變換，控制電磁離合器的結(jié)合／分離實現(xiàn)HBRS與車輛原動力傳動系統(tǒng)的分離；若R1判斷系統(tǒng)進(jìn)入制動能量回收工作模式或者制動能量釋放工作模式，則觸發(fā)任務(wù)R4查詢目標(biāo)驅(qū)動電流值，并觸發(fā)任務(wù)R5計算車輛加速度和任務(wù)R6計算反饋電流值提供給任務(wù)R10以修正目標(biāo)驅(qū)動電流值；最后，通過任務(wù)R9實現(xiàn)對HBRS系統(tǒng)有效排量的調(diào)整。
確定所需的時標(biāo)間隔的過程是：為了把開銷和功耗降低到最小值，調(diào)度器的時標(biāo)間隔應(yīng)該設(shè)置為所有任務(wù)的運(yùn)行間隔的“最大公因數(shù)”，并且滿足所有任務(wù)的運(yùn)行時間都應(yīng)小于調(diào)度時標(biāo)間隔，以保證調(diào)度程序總是能夠在任何任務(wù)需要運(yùn)行的時候調(diào)用它，還要求盡可能地避免任務(wù)的抖動。
于是，在不同的工作模式中控制系統(tǒng)的任務(wù)都在確定性時間段內(nèi)完成檢測和驅(qū)動任務(wù)，簡化了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性，更可靠，更安全。