液压制动能量再生系统的电子控制系统设计

摘要：基于时间触发模式的混合调度器理论，设计了液压式制动能量再生系统(HBRS)的电子控制系统。建立功能模块模型，在对各功能模块的瞬时特征和互联特征分析的基础上划分了系统任务，并设计了调度器任务运行时序。最后通过仿真验证了调度器的正确性。
关键词：时间触发模式；液压式制动能量再生系统；电子控制单元；调度器

引言
一种液压式制动能量再生系统(HBRS)应用于对公交车动力系统的改造。由电磁离合器、液压泵马达和液压蓄能器以及相关的机械装置和油路构成的车辆制动能量回收再生装置，通过分动箱与公交车动力传动装置实现并行联接。该系统将公交车制动时的动能转换为蓄能器的液压能储存，并在车辆加速起步时将液压能转换为车辆的动能，从而达到节能减排的目的。
HBRS采用液压蓄能器作为能量存储元件。由于液压蓄能器自身能量存储的特点决定了系统工作特性的非线性，采用电子控制单元实时调整变量液压泵马达的有效排量可以优化系统的操作性能。HBRS控制系统包括周期性任务和1个事件触发任务，可以采用时间触发模式设计系统。本文针对HBRS控制系统建立了实时性分析模型，分析周期性任务和触发任务的特点，设计了基于时间触发模式的混合式任务调度器。

1 系统方案概述
在液压式制动能量再生控制系统中，驾驶员通过操纵加速踏板和制动踏板来表达加速或减速意图。而液压系统中电磁方向阀的通断、电磁离合器的结合／分离以及变量泵马达的有效排量的调节都是由电子控制器集中控制自动完成的。控制系统方案如图1所示。

HBRS控制系统电子控制器完成3大功能：状态检测、有效排量决策和有效排量执行逻辑控制。状态检测模块根据传感器数据计算当前车速、制动踏板行程、加速踏板行程、蓄能器压力，并根据车速进行微分得到车辆加速度，然后将这些状态信息传递给有效排量决策模块。有效排量决策模块根据制动踏板开关、加速踏板开关和系统使能开关及档位开关判断驾驶员操纵意图，从而决定系统工作模式(制动能量回收模式、制动能量再生模式、制动能量保持模式或强制泄压模式)。有效排量执行逻辑控制模块根据车速、车辆加速度和制动踏板位置或加速踏板位置查询最佳有效排量驱动电流匹配表，得到目标驱动电流参数，并根据车辆加速度对驱动电流做微调。如果当前系统工作模式与目标工作模式不符，则发出控制指令驱动相应开关电磁阀，使系统进人相应的工作模式，驱动电磁离合器电磁阀实现电磁离合器的结合或分离；若当前系统驱动电流与目标驱动电流不符，则有效排量执行逻辑控制模块调整驱动电流以驱动液压泵马达排量调整机构，完成系统工作模式各个电磁阀的驱动和液压泵马达有效排量调整电流的控制。