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1液压制动能量再生系统的电子控制系统设计.doc

1液压制动能量再生系统的电子控制系统设计

平凡的程序员小强
2018-09-04 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《1液压制动能量再生系统的电子控制系统设计doc》,可适用于工程科技领域

资料来源电子下载网下载时间::本文地址http:ujjcomshejiqianrushihtml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中图分类号:U文献标识码:AElectronicControlUnitforHBRSZhangXiaodong,QuJinyu,ZhangYirui,LiangLiyan(SchoolofTrafficandVehicleEngineering,ShandongUniversityofTechnology,Zibo,China)Abstract:Anelectroniccontrolunitforhydraulicbrakingregenerativesystem(HBRS)isdesignedbasedontime�triggeredpatternsFunctionmodelsareestablished,andthetemporalandinterconnectionbehaviorsaredescribedThetasksaredivided,andtheschedulerforthetasksisdesignedTheschedulerisproventobecorrectbysimulationKeywords:time�triggeredpatternshydraulicbrakingregenerativesystemelectroniccontrolunitscheduler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。 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。控制系统方案如图所示。图 HBRS控制系统框图  HBRS控制系统电子控制器完成大功能: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入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。 实时系统建模 功能模块划分  功能模块是实时系统的基础研究对象并且相关联的功能模块组成个系统任务。在本文研究的液压式制动能量再生控制系统中共有个功能模块如表所列。表中周期功能模块相对时间轴周期性运行触发模块只有在制动能量再生和制动能量回收工作模式中运行。表 HBRS系统功能模块划分 功能模块间的互连特征  HBRS控制系统中各功能模块的互连特征由图所示图中箭头表示功能模块之间的关系(有时序关系和资源共享关系种)箭头的方向表示时序圆圈和方块表示功能块。圆圈的功能块的前提条件互为与关系方块功能块的前提条件是或关系空心表示功能块的后续操作没有分支实心表示功能块具有分支其后续功能块的执行由分支逻辑决定:I(x,yz)为关系x为前提条件y为后续任务z为共享资源名称。ua为车速lacc为加速踏板行程lbra为制动踏板行程Pac为蓄能器压力a为车辆加速度Ivg为反馈电流。C为电磁换向阀驱动指令C为电磁离合器结合分离驱动指令C为变量泵马达有效排量驱动电流指令本系统使用脉宽调制方式控制调节电流。图 互连特征  该模型中有效排量决策模块J运行的前提条件是J~J先运行即获得各种开关状态、车速和蓄能器压力缺一不可。经过逻辑判断后决定HBRS的工作模式。J有分支J判断系统工作模式State为能量保持工作模式时J直接发出默认的驱动命令即可不触发J。J控制各电磁换向阀的开关状态控制电磁离合器的结合分离状态。J在制动能量回收工作模式时需要获得车速、制动踏板行程查询最佳排量对应的控制电流在制动能量再生工作模式时需要获得车速、加速踏板行程查询最佳有效排量对应的控制电流。J根据当前车辆制动加速度以及反馈电流的大小对控制电流值进行修正并发出驱动命令到驱动模块。J和J均在不同工作模式下需要不同的传感器信号或状态变量因此需要添加判断程序从而实现在不同工作模式下触发不同控制程序的目的。 任务划分  根据任务划分原则为IO依赖性、功能内聚、任务内敛将功能模块划分为个任务如表所列。表 HBRS任务划分  个任务中R~R由系统控制处理器芯片调度实现R~R由微控制器集成外设控制。J和J由芯片TLEGP实现驱动J则由控制芯片的PCA及扩展芯片A实现并由单片机PCA模块实现PWM信号输出。 调度算法设计  当HBRS使能开关打开时系统共有种工作模式:制动能量回收模式、制动能量再生模式、制动能量保压模式和制动能量强制泄压模式。HBRS进入何种工作模式由控制系统进行逻辑判断因此任务R工作模式决策组合是周期性运行的任务。若判断系统进入制动能量保压工作模式或强制泄压工作模式则直接任务R驱动组合R发出控制外设的驱动命令通过任务R、R运行控制电磁换向阀的通断实现油路的变换控制电磁离合器的结合分离实现HBRS与车辆原动力传动系统的分离若R判断系统进入制动能量回收工作模式或者制动能量释放工作模式则触发任务R查询目标驱动电流值并触发任务R计算车辆加速度和任务R计算反馈电流值提供给任务R以修正目标驱动电流值最后通过任务R实现对HBRS系统有效排量的调整。  确定所需的时标间隔的过程是:为了把开销和功耗降低到最小值调度器的时标间隔应该设置为所有任务的运行间隔的“最大公因数”并且满足所有任务的运行时间都应小于调度时标间隔以保证调度程序总是能够在任何任务需要运行的时候调用它还要求尽可能地避免任务的抖动。  于是在不同的工作模式中控制系统的任务都在确定性时间段内完成检测和驱动任务简化了系统设计的复杂性更可靠更安全。  控制系统处理器执行任务的时序如图所示。图 处理器执行任务时序图 仿真  某控制系统基于采用新华龙公司CF最小系统板。首先统计该系统下单个任务运行的瞬时特征建立实时系统分析模型实施混合定时调度算法并统计CPU利用率和任务延时进行验证。  控制系统瞬时特征数据如表所列其中任务运行周期T根据系统性能的需要提出而且在开发平台上是可行的最大执行时间tE为开发平台上反复运行并求取最大值的结果。  按照混合调度算法该个任务、个处理器的实时控制系统在各个工作模式下的时序仿真结果如图所示表 仿真任务运行时间  仿真忽略任务上下文切换消耗的处理器资源。根据表任务的最大公约数为ms因此时间轴被划分为周期为ms的时间片。  令时标间隔为ms开发平台下的HBRS混合定时调度时序如图所示其中空白时间段中处理器处于休眠状态。图 混合调度器仿真时序图  图(a)说明了当HBRS电子控制系统在强制泄压和保压工作模式时处理器执行任务的时序。此时处理器根据任务R和R采集的车辆工作状态信息经任务R判断系统的工作模式若为强制泄压或保压工作模式则执行任务R发出控制命令。  图(b)和图(c)说明了当HBRS电子控制系统在制动能量再生工作模式和制动能量回收工作模式时处理器执行任务的时序。个模式的区别在于任务R中分别触发的子任务为J和J。任务R判断系统工作于制动能量再生工作模式触发任务R查询计算液压泵马达有效排量的驱动电流值并触发任务R采集车辆的负荷状况对驱动电流值修正通过任务R发送HBRS系统各电磁方向阀、电磁离合器和液压泵马达的驱动命令。结语  本文应用时间触发模式设计了液压式制动能量再生系统的电子控制系统混合调度器实现了HBRS的基本功能。通过功能模块划分、任务划分和时间序列的设计可以方便地设计时间触发模式调度器。时间触发模式设计的电子控制系统具有安全、成本低和程序简单的特点。参考文献[]PontMichaelJ时间触发嵌入式系统设计模式[M]周敏,译北京:中国电力出版社,[]陈俐,殷承良基于混合定时调度的车辆AMT控制系统的实时性分析[J]上海交通大学学报,,():[]黄瑞龙,廖晓文基于时间触发模式的电子控制系统设计[J]单片机与嵌入式系统应用,():[]闫石,马潮时间触发模式下的Protothreads设计应用[J]单片机与嵌入式系统应用,():张小东(硕士生),研究方向为车辆计算机测控技术曲金玉(副教授),主要从事车辆节能技术的研究。推荐阅读:(按住Ctrl鼠标左键点击标题可以打开详细内容)、IC检测方法、什么是遥感技术、什么是无线网址、制冷设备维修技巧、什么是色温、手机RF设计问答、微波简史、微波小知识、卫星导航知识、卫星与遥感技术

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