CN101244700B - 一种码头牵引车用嵌入式操作系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码头牵引车用嵌入式操作系统的控制方法，其通过在嵌入式操作系统的平台软件层基础上建立多个子任务，如电机供电子任务、电池监控子任务、驱动电机子任务、车头输入子任务等，来根据获取的驾驶员输入信息以及各个子任务上报的信息，设定当前车辆系统的运行模式。本发明在保证车辆正常运行的情况下，实时对电池和发动机进行监控，使发动机始终处于最佳油耗状态，并最大限度地延长动力电池的使用寿命，大幅度降低油耗、减少污气排放、提高燃油经济性。

Description

一种码头牵引车用嵌入式操作系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种串联式码头牵引车混合动力系统的控制策略及其实现方式。

背景技术

在全世界日益增加的石油使用量和汽车保有量的条件下，人们急迫的需要降低石油的使用量，提高使用效率，混合动力技术应用而生。我国对外贸易逐年增加，码头承担了绝大部分的进出口业务。由于特定运行工况的限制，码头车的油耗大，污染大，效率低。这不仅对码头运营商造成了巨大的经济压力，而且对码头的环境造成了巨大的污染。串联式混合动力能使发动机始终运行在高效区，提高了发动机的运行效率，减小了尾气的排放，降低了污染。

混合动力控制策略是混合动力的核心部分，策略制定的好坏很大程度上决定了车辆的性能以及安全性。传统的编程方式编写出来的程序不论在实时性、可靠性、可扩展性上均有明显的不足。因此目前汽车行业都在积极开发开放式嵌入式操作系统的规范，力图解决以上难题，以提高了汽车软件的开发效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种码头牵引车用嵌入式操作系统的控制方法，其通过在嵌入式操作系统上建立发电机供电子任务、电池监控子任务、驱动电机子任务、车头输入子任务等各个单独的任务程序对车辆系统的运行状态进行实时控制。

本发明为达到上述目的采用如下技术方案：

本发明应用于码头牵引车上的采用嵌入式操作系统的控制方法按照如下技术方案实现，此码头牵引车采用由发动机及其驱动装置、发电机、驱动电机系统、电池管理系统和整车控制器构成的混合动力系统。其控制方法按以下步骤进行：

A、在嵌入式操作系统的平台软件层基础上建立多个子任务，其中包括用于控制发电机供电和设定发电功率的发电机供电子任务、用于监控和控制电池工作状态的电池监控子任务、用于监控驱动电机工作的驱动电机子任务、用于获取驾驶员输入信息的车头输入子任务；

B、车辆系统上电初始化，并对电池进行预充电；其中，所述步骤B中，预充电过程按照以下步骤进行：

B1、控制电池管理系统内部电池接触器吸合；

B2、延迟一段预设时间后，使安装在动力电池正极输出端和驱动电机控制器正极输入端之间的预充电接触器吸合；

B3、判断驱动电机控制器电压是否大于标准工作电压；若是则执行步骤B4，若否则返回步骤B3；

B4、使安装在动力电池正极输出端和驱动电机控制器正极输入端之间的主接触器吸合，并在延迟一段预设时间后断开所述预充电接触器；

C、设置各个子任务允许运行的标志，并根据设置的运行标志调用加载存储介质中的各个子任务程序；

D、根据获取的驾驶员输入信息以及各个子任务上报的信息，设定当前车辆系统的运行模式。

其中，所述步骤B中还包括：调用故障监控程序的步骤，该故障监控程序在嵌入式操作系统的平台软件层上执行单独循环操作，并通过实时接收各个子任务上报的请求保护信息，执行相应的保护措施。

其中，所述车头输入子任务包括以下步骤：

A11、判断是否接收到驾驶员的刹车信号，若是则执行步骤A18，若否则执行步骤A12；

A12、读取变速箱档位数据，并上报档位信息；

A13、判断是否接收到油门开关信号，若是则执行步骤A14，若否则返回步骤A11；

A14、读取驾驶员输入的油门信号，并通过数字滤波后上报相关信息；

A15、判断是否接收来自车辆工作模式设定按钮的信息，若否则执行步骤A16；若是则执行步骤A17；

A16、根据油门输入信息设置驱动油门，并设定当前车辆系统的运行模式，同时返回步骤A11；

A17、根据按钮所对应的车辆工作模式设定当前车辆系统的运行模式，同时返回步骤A11；

A18、设置刹车标志，并上报刹车标志，同时返回步骤A11。

其中，所述电池监控子任务包括以下步骤：

A21、实时接收来自电池管理系统的电池数据，其中包括电池SOC值、电压值、电流值；

A22、判断电池的工作状态是否在保护范围内，若否，则执行步骤A23；若是，则执行步骤A24；

A23、向所述故障监控程序上报请求电池保护的指令，并返回步骤A21；

A24、判断电池的SOC值是否大于一预设充电阈值，若是则执行步骤A25，若否则执行步骤A26；

A25、设置禁止充电标志，并上报给所述故障监控程序用以切断电池接触器，同时返回步骤A21；

A26、根据当前电池的SOC值，设置期望充电功率并上报相关数据，同时返回步骤A21。

其中，所述步骤A22中，判断电池的工作状态是否在保护范围内按以下过程进行：

判断电池的电压值、电流值、温度是否超出阈值以及电池的SOC值是否低于一预设阈值；若上述任一判断的结果为是，则说明电池的工作状态不在保护范围内；若上述判断的结果均为否，则说明电池的工作状态在保护范围内。

其中，所述驱动电机子任务包括以下步骤：

A31、判断驱动电机系统是否存在硬件故障，若是则执行步骤A32，若否则执行步骤A33；

A32、发送驱动系统保护指令，并上报给所述故障监控程序用以切断驱动控制器，同时返回步骤A31；

A33、判断是否存在来自所述车头输入子任务的刹车标志，若是则执行步骤A34；若否则执行步骤A35；

A34、更改电机工作方式，并设定回馈功率，且上报相关数据，返回步骤A31；

A35、读取变速箱档位数据，设定驱动电机工作状态；

A36、读取油门输入信息并设定驱动电机转矩；

A37、根据驱动电机转矩计算驱动电机系统所消耗的功率，并上报此计算数据，同时返回步骤A31。

其中，所述发电机供电子任务包括以下步骤：

A41、判断是否允许发电，若是则执行步骤A42，若否则执行步骤A50；

A42、根据上报的驱动电机系统所消耗的功率及当前电池的SOC值，计算期望发电功率，并根据此计算结果和来自电池监控子任务的期望充电功率设置现行发电功率；

A43、判断现行的发电功率是否为零，若是则执行步骤A44，若否则执行步骤A45；

A44、清空油门信息，并在一设定时间段后发出发动机熄火指令，同时返回步骤A41；

A45、判断发动机是否启动，若否则执行步骤A46；若是则执行步骤A47；

A46、启动发动机并返回步骤A41；

A47、判断发动机是否存在硬件故障，若是则执行步骤A48，若否则执行步骤A49；

A48、向故障监控程序发出请求退出发电的消息，并进入将车辆调整进入纯电动工作状态，同时返回步骤A41；

A49、设定发动机油门信息和发电机驱动转矩，并返回步骤A41；

A50、将发动机功率减小至零；

A51、发动机熄火；

A52、判断当前电池的工作状态是否在保护范围内，若是则执行步骤A54，若否则执行步骤A53；

A53、报警，并向故障监控程序发出请求停车消息，同时返回步骤A41；

A54、进入正常电驱动，同时返回步骤A41。

其中，所述步骤A52中判断当前电池的工作状态是否在保护范围内的过程包括以下步骤：

判断当前电池的SOC值是否小于一保护阈值，以及判断当前电池的温度是否在预设保护范围内，若上述任一判断的结果为是，则说明当前电池的工作状态不在保护范围内；若上述两个判断的结果均为否，则说明当前电池的工作状态在保护范围内。

其中，所述各个子任务通过互相发送消息来完成各个任务之间的通讯。

本发明根据串联式码头牵引车的特殊工况需求，即速度低、码头内的速度小于30km/h、码头之间的运行速度小于40km/h、码头之间几乎不需要爬坡、以及怠速时间长(其总怠速时间超过总运行时间的一半)等特点，本发明提供了相应地控制策略。本发明基于嵌入式系统的平台软件层上，将车辆系统的控制分成了多个单独的子任务，并使多个子任务单独循环同时运行，然后通过嵌入式操作系统的主任务根据各个子系统上报的消息对各个子系统进行调度和分配，从而在保证车辆正常运行的情况下，实时对电池和发动机进行监控，使发动机始终处于最佳油耗状态，并最大限度地延长动力电池的使用寿命，大幅度降低油耗、减少污气排放、提高燃油经济性。另外，本发明还采用一强制性的预充电过程，为了对电机控制器的电压进行实时监控，以保证输入的电流冲击达到最小，从而起到保护电池的作用。

附图说明

图1为本发明软件设计的架构示意图；

图2是本发明操作系统主任务的流程图；

图3是本发明车头输入子任务的流程图；

图4是本发明通讯任务的流程图；

图5是本发明电池监控子任务的流程图；

图6是本发明驱动电机子任务的流程图；

图7是本发明发电机供电子任务的流程图；

图8是本发明故障监控程序的流程图；

图9是本发明预充电任务的流程图；

图10是采用本发明控制策略的码头牵引车的运行状态转移图；

图11是本发明混合动力系统的结构示意图，图中，模块之间的细实线表示控制信号线，粗实线表示动力能量连接，虚线箭头表示燃油走线；

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的技术方案。

基于码头牵引车串联式混合动力系统，本发明对其控制策略进行了设计，如图11所示，该混合动力系统主要由发动机110及其驱动装置、发电机120、驱动电机系统(包括两个驱动电机130、140和两个驱动电机控制器170、180)、电池管理系统190和整车控制器200构成，发电机120与发动机110同轴连接，由发动机110带动发电机120发电；发电机120输出的电能通过发电机控制器160和驱动电机控制器(130、140)逆变后提供给驱动电机装置，直接驱动第一驱动电机130和第二驱动电机140，并且发电机120输出的电能还通过发电机控制器160逆变后通过电池管理系统190送入电池210中，用以存储；电池210与电池管理系统190相连，电池管理系统190的多个电源端分别连接发电机控制器160和驱动电机控制器170和180，用于将电池210输出的电能根据整车控制器200的指令信息，分配给混合动力系统的各个部件，用以提供工作电压；而整车控制器200实时接收来自各个控制器的关于发电机、发动机和驱动电机装置的通讯信号，并向发动机110的控制器、发电机控制器160、驱动电机控制器(170、180)、电池管理系统190发出指令信号，用于设定发动机110或驱动电机装置的工作模式，并控制能量的分配，如控制电池管理系统190将电池210输出的电能通过驱动电机控制器(170、180)提供给驱动电机装置、或控制驱动电机控制器(170、180)将驱动电机装置(130、140)刹车制动的能量反馈给电池210、或控制发电机控制器160将发电机120输出的电能通过驱动电机控制器(170、180)提供给驱动电机装置。其中，由发动机110带动发电机120发电，其电能直接提供给驱动电机(130和/或140)，当其发电的能量有富裕时，可以在电池210的SOC值过低的情况下，将富裕电量充入电池210中。当驱动电机(130和/或140)需求小功率时，由发电机120单独供电，当驱动电机(130和/或140)需求大功率时，由发电机120和电池210联合供电，这就是串联驱动工作模式；而纯电动驱动是指由电池210为驱动电机(130和/或140)提供动力。而驱动电机系统可能包括两档电控变速箱及至少两个驱动电机(130、140)，此两个驱动电机通过变速箱连接后为车辆提供动力源。

如图1和2所示，本发明基于上述硬件的基础上，利用嵌入式操作系统为上述混合动力系统设计了一种新的控制策略，其在嵌入式操作系统的平台软件层基础上建立多个单独的子任务，并且还建了操作系统主任务程序，用以负责整个车辆的预充电、故障监控和设置车辆运行状态的设置以及其他各个子任务的创建和调度，并为各个子任务提供了关于上报消息的共享空间，从而保证了各个子任务能实时获取自己的相关数据，使整个控制策略能正确执行。上述主任务的控制方法主要如下：

首先，在嵌入式操作系统的平台软件层基础上建立多个单独的子任务，其中包括用于控制发电机供电和设定发电功率的发电机供电子任务、用于监控和控制电池工作状态的电池监控子任务、用于监控驱动电机工作的驱动电机子任务、以及用于获取驾驶员输入信息的车头输入子任务，这些子任务在启动后能独立运行，并通过从其它子任务上报的信息中获得与自己相关的数据，从而改变车辆当前的运行模式；

然后，车辆系统在上电后进行程序初始化，并对电池进行预充电；

其次，设置各个子任务允许运行的标志，并根据设置的运行标志调用加载存储介质中的各个子任务程序；

最后，根据获取的驾驶员输入信息以及各个子任务上报的信息，设定当前车辆系统的运行模式。

上述过程中涉及到预充电过程，其主要完成车辆的强电加载管理。如图9所示，其具体可以按照以下步骤进行：

400、控制电池管理系统内部电池接触器吸合；

410、延迟一段预设时间后，预充电接触器吸合，这一预设时间可以为2秒左右，由程序设计人员根据需求设定，而这里的预充电接触器安装在动力电池正极输出端和驱动电机控制器正极输入端之间；

420、判断驱动电机控制器电压是否大于标准工作电压；若是则执行步骤420，若否则返回步骤430；

430、主接触器吸合，并在延迟一段预设时间(如2秒)后断开所述预充电接触器，这里的主接触器与预充电接触器的安装位置相同，但执行的功能不同，主接触器可以彻底断开动力电池与驱动电机控制器的连接；

440、设置并上报预充电完成标志，用以向操作系统及其他子任务回报预充电已完成的情况。这一预充电过程属于强制性的，是为了对电机控制器的电压进行实时监控，以保证输入的电流冲击达到最小，从而起到保护电池的作用。

如图8所示，操作系统主任务在建立各个子任务的同时，还建立了故障监控程序，并在程序初始化之后由主任务调用，用以完成主任务中的车辆故障监控，其在嵌入式操作系统的平台软件层上执行单独循环操作，并通过实时接收各个子任务上报的请求保护信息，执行相应的保护措施。如图8所示，这里所说的请求保护指令可以包括来自电池监控子任务的请求电池保护消息或禁止充电标志、来自驱动电机子任务的请求驱动系统保护的消息、来自发电机供电子任务的报警并请求停车的消息或请求退出发电并进入纯电动运行模式的消息，这些消息被设置较高的优先级，并被故障监控程序优先进行处理；其请求保护的指令也可以是包括各个硬件系统通过CAN总线(如图4所示的通讯方式)向整车控制器上报的硬件故障信息，并由故障监控程序通过解析相应的故障信息发送相应的执行指令。图8中只记录了一部分指令的及时处理流程，如图8所示，根据报警并请求停车消息，故障监控程序将发出断开主接触器使发动机熄火的指令；根据请求退出发电并进入纯电动运行模式的消息，故障监控程序将设置禁止发电标志，用以指导发电机供电子任务的运行；根据请求电池保护消息或禁止充电标志，故障监控程序将发出电池接触器断开指令并设置相应标志，用以指导其他子任务的运行；根据请求驱动系统保护的消息，故障监控程序对驱动控制器进行使能控制。如图2中，故障监控程序检测到故障并设置故障标志后，主任务程序会决定是否停车处理。

如图3所示，上述车头输入子任务主要负责接收驾驶员的输入(包括加速油门、刹车油门、档位和车辆工作模式设定按钮)，并设置相应的档位标志、刹车标志和油门输入量，以及车辆的工作模式(包括纯电动和串联两种工作模式)，其中，油门输入量采用数字滤波去抖动，以消除抖动带来的驱动功率以及发电功率的跳变，保证车辆运行的平稳，并且保证发动机转速平稳。其具体按照以下过程进行：

310、判断是否接收到驾驶员的刹车信号，若是则执行步骤318，若否则执行步骤311；

311、读取变速箱档位数据，并上报档位信息；

312、判断是否接收到油门开关信号，若是则执行步骤313，若否则返回步骤310；

313、读取驾驶员输入的油门信号；

314、通过数字滤波后上报相关信息；

315、判断是否接收来自车辆工作模式设定按钮的信息，若否则执行步骤316；若是则执行步骤317；

316、根据油门输入信息设置驱动油门，并设定当前车辆系统的运行模式，同时返回步骤310；

317、根据按钮所对应的车辆工作模式设定当前车辆系统的运行模式，同时返回步骤310，在这里如果驾驶员通过按钮设置车辆运行在纯电动状态，则系统设置相应的驱动指令。

318、设置刹车标志，并上报刹车标志，同时返回步骤310。

当然在上述过程中，几个判断的先后顺序不限于上过程所限定的先后顺序，可以根据设计人员需要进行调整。

如图5所示，上述电池监控子任务主要根据电池实时传递的数据(包括SOC、电压、电流)来设置电池的期望充电功率(期望充电功率由SOC值决定，并保证每个循环工况下SOC值波动小于10％)以及对电池的错误信息(包括SOC过低、电池温度过高)及时地请求主任务中的故障处理程序给与及时处理；

321、实时接收来自电池管理系统的电池数据，其中包括电池SOC值、电压值、电流值；

322、判断电池的电压值、电流值、温度是否超出阈值以及电池的SOC值是否低于一预设阈值(如判断电池的SOC值是否小于30％)，若上述任一判断的结果为是，则报警，执行步骤323；若上述判断的结果均为否，则执行步骤324；

323、向故障监控程序上报请求电池保护的指令，并返回步骤321；

324、判断电池的SOC值是否大于一充电阈值的范围(如判断电池的SOC值是否大于90％或95％)，若是则执行步骤325，若否则执行步骤326；

325、设置禁止充电标志，并上报给故障监控程序用以切断电池接触器，同时返回步骤321；

326、根据当前电池的SOC值，设置期望充电功率并上报相关数据，同时返回步骤321。从这一过程可以看出，当驾驶员输入外接充电开关信号时，仅接合动力电池内部接触器，进行充电，当电池SOC值＞95％时，给出充电完成标志，并自动断开电池内部接触器，避免电池过充。

如图6所示，上述驱动电机子任务主要根据驾驶员的输入以及车辆的实际情况(即来自各个子任务所回报的相关数据)来确定驱动电机和变速箱的工作方式，其具体工作流程如下：

331、判断驱动电机系统是否存在硬件故障，这个可以通过解析硬件监测装置通过CAN总线向整车控制器汇报的相关数据包，来获得相关故障信息，用于判断是否存在硬件故障监，若存在硬件故障，则执行步骤332，若不存在硬件故障，则执行步骤333；

332、发送请求驱动系统保护指令，并上报给所述故障监控程序用以切断驱动控制器，同时返回步骤331；

333、判断是否存在来自车头输入子任务的刹车标志，若是则执行步骤334；若否则执行步骤335；

334、更改电机工作方式，并设定回馈功率，且上报相关数据，返回步骤331；

335、读取变速箱档位数据，设定驱动电机工作状态；

336、读取油门输入信息并设定驱动电机转矩；

337、根据驱动电机转矩计算驱动电机系统所消耗的功率，并上报此计算数据，同时返回步骤331。这里的如何计算驱动系统所消耗的功率属于现有技术，可采用现有技术中的常规方法来计算。从上述过程可以看出，当车辆处于刹车的情况时，根据刹车信号的大小和当前车辆的速度，选择适当的驱动电机的回馈发电功率，对车辆的动能加以回收储存到电池内，这就要求上述驱动电机即可以工作在电动机状态，也可以工作在发电机状态。

如图7所示，上述发电机供电子任务主要根据目前车辆情况(包括驾驶员的输入和驱动系统的功率消耗)，来确定工作在纯电动还是串联驱动方式下。当驾驶员设定车辆为纯电动驱动模式，或者驱动系统功率消耗小于10KW，则车辆工作在纯电动驱动状态，否则工作在串联驱动状态。在纯电动驱动状态下发电子系统任务根据电池信息(包括SOC、温度)对电池进行保护，在串联驱动方式下，对发动机带动发电机发电的系统工作进行控制，并为驱动电机系统提供驱动功率，同时对电池进行补充，必要情况下，将发动机熄火降低油耗。其具体过程如下：

341、判断是否允许发电(即只要系统没有获取到故障监控程序设置的禁止发电标志，则表示可以允许发电)，若是则执行步骤342，若否则执行步骤350；

342、根据上报的驱动电机系统所消耗的功率及当前电池的SOC值，计算期望发电功率，并根据此计算结果和来自电池监控子任务的期望充电功率设置现行发电功率，这里期望发电功率的计算属于现有技术，电池充电的倍率＝0.75×电池电压×(85-当前SOC值)；

343、判断现行的发电功率是否为零，若是则执行步骤344，若否则执行步骤345；

344、清空油门信息，计时达一段时间(可以是30秒钟)后，发出发动机熄火指令，同时返回步骤341；

345、判断发动机是否启动，若否则执行步骤346；若是则执行步骤347；

346、启动发动机并返回步骤341；

347、判断发动机是否存在硬件故障，需要报警，若是则执行步骤348，若否则执行步骤349；

348、向故障监控程序发出请求退出发电的消息，并进入将车辆调整进入纯电动工作状态，同时返回步骤341；

349、设定发动机油门信息和发电机驱动转矩，并返回步骤341；

350、将发动机功率减小至零；

351、发动机熄火；

352、判断当前电池的SOC值是否在预设保护范围内(即可以是判断电池的SOC值是否小于30％，这里的预设保护范围是指大于或等于SOC值的最低限值的范围)，若是则执行步骤353，若否则执行步骤354；

353、判断当前电池的温度是否在预设保护范围内，若是则执行步骤355，若否则执行步骤354；

354、报警，并向故障监控程序发出请求停车消息，并设置请求停车标志，同时返回步骤341；

355、进入正常电驱动，同时返回步骤341。

从上述过程可以看出，当驾驶员输入纯电动开关信号时，发动机不启动，此时如果电池SOC＞30％，则以10C以内的放电倍率运行在纯电动状态，如果SOC＜30％，则发出报警信号，并禁止电池继续放电，车辆进入停车状态。发电供电子任务的每个工作点均保证发动机在相应功率的最佳油耗区域工作，并且均处于全局最优工作区域附近。当车辆处于串联运行状态时，发电子系统根据目前情况下驱动系统消耗的功率以及当前SOC的值，计算出期望的发电功率，此发电功率不仅满足目前的驱动系统的需求，而且对电池也可以进行适当比率的充电，此时电池的充电倍率根据码头车的具体循环工况计算而得，从而保证每个循环工况下，电池始终处于SOC较为恒定的状态，有效延长了电池的工作寿命。

上述串联运行时的期望发电功率的设置采取逐渐增加或逐渐减少的方式，以使发动机能够逐渐变化负载，始终运行在平稳转速下，消除发动机熄火的危险。此逐渐增加或逐渐减少的过程在程序中能够很简单的实现，位于设置现行发电功率和判断发电功率是否等于零两个过程之间，当供电子任务进行独立循环时，通过其他子任务上报的信息可以判断当前发电功率是应该增加还是减少。当车辆处于排队等候时，发电子系统根据当前的电池SOC量对电池进行小电流充电，当电池充至90％后，发动机怠速运行，不再对电池充电。而当发动机怠速运行时间超过30秒后(如图7中的步骤344)，则将发动机熄火，减少因怠速运行的不必要的油耗。

本发明根据码头牵引车的特殊工况需求，制定了相应的控制策略，既保证了车辆在最佳性能下行驶，又保证了良好的操纵性，并保证各个子系统的安全运行，并有效地保护了电池，延长了电池的工作寿命、减少了系统油耗。其采用了多任务的控制形式，简洁明了的实现了预期的控制策略，并具有良好的可扩展性和可移植性。

本发明的电池监控子任务能独立的运行，并实时监控电池的各个工作情况，当出现故障或超标时即立刻执行相应的保护措施，保护了动力电池系统、对严重故障能予以及时处理。本发明的发电供电子任务能实时根据获取的数据计算期望发电效率以及设定现行工作发电效率，从而能控制发动机处于最佳工作区域，并将富裕的电量冲入电池储存而又不会对电池造成损害。

总之，本发明设计的串联式码头牵引车混合动力系统的控制策略采用嵌入式操作系统来实现，以子任务的形式来编写不同子系统的服务程序，并且各个子任务可以通过互相发送消息的形式来进行通讯，通过信号量完成控制状态的转移，具有良好的实时性，并具有良好的可扩展性和可移植性，如图10所示，通过上述流程的控制，可以使车辆在各个工作状态下进行转换跳变，使其发电机、电动机、电池及驱动电机能工作在最优状态，保证发动机始终处于最佳油耗区，最大限度延长了动力电池的使用寿命，使整套动力匹配方案的优势得以充分的体现，大幅度降低油耗，减少排放，提高了燃油经济性。

当然，本发明的控制策略还可以应用在相同工作环境下的车辆控制上，并不一定必须是码头牵引车。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种码头牵引车用嵌入式操作系统的控制方法，此码头牵引车采用由发动机及其驱动装置、发电机、驱动电机系统、电池管理系统和整车控制器构成的混合动力系统，其特征在于，所述控制方法按以下步骤进行：

A、在嵌入式操作系统的平台软件层基础上建立多个子任务，其中包括用于控制发电机供电和设定发电功率的发电机供电子任务、用于监控和控制电池工作状态的电池监控子任务、用于监控驱动电机工作的驱动电机子任务、用于获取驾驶员输入信息的车头输入子任务；

B、车辆系统上电初始化，并对电池进行预充电；其中，所述预充电过程按照以下步骤进行：

B1、控制电池管理系统内部电池接触器吸合；

B2、延迟一段预设时间后，使安装在动力电池正极输出端和驱动电机控制器正极输入端之间的预充电接触器吸合；

B3、判断驱动电机控制器电压是否大于标准工作电压；若是则执行步骤B4，若否则返回步骤B3；

B4、使安装在动力电池正极输出端和驱动电机控制器正极输入端之间的主接触器吸合，并在延迟一段预设时间后断开所述预充电接触器；

C、设置各个子任务允许运行的标志，并根据设置的运行标志调用加载存储介质中的各个子任务程序；

D、根据获取的驾驶员输入信息以及各个子任务上报的信息，设定当前车辆系统的运行模式。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B中还包括：调用故障监控程序的步骤，该故障监控程序在嵌入式操作系统的平台软件层上执行单独循环操作，并通过实时接收各个子任务上报的请求保护信息，执行相应的保护措施。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述车头输入子任务包括以下步骤：

A11、判断是否接收到驾驶员的刹车信号，若是则执行步骤A18，若否则执行步骤A12；

A12、读取变速箱档位数据，并上报档位信息；

A13、判断是否接收到油门开关信号，若是则执行步骤A14，若否则返回步骤A11；

A14、读取驾驶员输入的油门信号，并通过数字滤波后上报相关信息；

A15、判断是否接收来自车辆工作模式设定按钮的信息，若否则执行步骤A16；若是则执行步骤A17；

A16、根据油门输入信息设置驱动油门，并设定当前车辆系统的运行模式，同时返回步骤A11；

A17、根据按钮所对应的车辆工作模式设定当前车辆系统的运行模式，同时返回步骤A11；

A18、设置刹车标志，并上报刹车标志，同时返回步骤A11。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述电池监控子任务包括以下步骤：

A21、实时接收来自电池管理系统的电池数据，其中包括电池SOC值、电压值、电流值；

A22、判断电池的工作状态是否在保护范围内，若否，则执行步骤A23；若是，则执行步骤A24；

A23、向所述故障监控程序上报请求电池保护的指令，并返回步骤A21；

A24、判断电池的SOC值是否大于一预设充电阈值，若是则执行步骤A25，若否则执行步骤A26；

A25、设置禁止充电标志，并上报给所述故障监控程序用以切断电池接触器，同时返回步骤A21；

A26、根据当前电池的SOC值，设置期望充电功率并上报相关数据，同时返回步骤A21。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述步骤A22中，判断电池的工作状态是否在保护范围内按以下过程进行：

判断电池的电压值、电流值、温度是否超出阈值以及电池的SOC值是否低于一预设阈值；若上述任一判断的结果为是，则说明电池的工作状态不在保护范围内；若上述判断的结果均为否，则说明电池的工作状态在保护范围内。

6.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述驱动电机子任务包括以下步骤：

A31、判断驱动电机系统是否存在硬件故障，若是则执行步骤A32，若否则执行步骤A33；

A32、发送驱动系统保护指令，并上报给所述故障监控程序用以切断驱动控制器，同时返回步骤A31；

A33、判断是否存在来自所述车头输入子任务的刹车标志，若是则执行步骤A34；若否则执行步骤A35；

A34、更改电机工作方式，并设定回馈功率，且上报相关数据，返回步骤A31；

A35、读取变速箱档位数据，设定驱动电机工作状态；

A36、读取油门输入信息并设定驱动电机转矩；

A37、根据驱动电机转矩计算驱动电机系统所消耗的功率，并上报此计算数据，同时返回步骤A31。

7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述发电机供电子任务包括以下步骤：

A41、判断是否允许发电，若是则执行步骤A42，若否则执行步骤A50；

A42、根据上报的驱动电机系统所消耗的功率及当前电池的SOC值，计算期望发电功率，并根据此计算结果和来自电池监控子任务的期望充电功率设置现行发电功率；

A43、判断现行的发电功率是否为零，若是则执行步骤A44，若否则执行步骤A45；

A44、清空油门信息，并在一设定时间段后发出发动机熄火指令，同时返回步骤A41；

A45、判断发动机是否启动，若否则执行步骤A46；若是则执行步骤A47；

A46、启动发动机并返回步骤A41；

A47、判断发动机是否存在硬件故障，若是则执行步骤A48，若否则执行步骤A49；

A48、向故障监控程序发出请求退出发电的消息，并进入将车辆调整进入纯电动工作状态，同时返回步骤A41；

A49、设定发动机油门信息和发电机驱动转矩，并返回步骤A41；

A50、将发动机功率减小至零；

A51、发动机熄火；

A52、判断当前电池的工作状态是否在保护范围内，若是则执行步骤A54，若否则执行步骤A53；

A53、报警，并向故障监控程序发出请求停车消息，同时返回步骤A41；

A54、进入正常电驱动，同时返回步骤A41。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤A52中判断当前电池的工作状态是否在保护范围内的过程包括以下步骤：

判断当前电池的SOC值是否小于一保护阈值，以及判断当前电池的温度是否在预设保护范围内，若上述任一判断的结果为是，则说明当前电池的工作状态不在保护范围内；若上述两个判断的结果均为否，则说明当前电池的工作状态在保护范围内。

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述各个子任务通过互相发送消息来完成各个任务之间的通讯。

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