新能源最給力：實(shí)時(shí)內核的電動(dòng)車(chē)電子差速仿真

引言

伴隨著(zhù)日益嚴重的大氣污染和能源危機，傳統的交通工具——汽車(chē)的發(fā)展面臨著(zhù)一系列的挑戰。傳統的內燃機汽車(chē)消耗大量的石油資源，嚴重污染環(huán)境。這些無(wú)法避免的缺點(diǎn)使人們意識到，以清潔能源為動(dòng)力的新一代汽車(chē)替代傳統汽車(chē)的重要性，其中的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)成為當今汽車(chē)領(lǐng)域的前沿課題之一。電動(dòng)汽車(chē)具有零排放，低噪聲，輕便，操控性能好等特點(diǎn)。此外隨著(zhù)電動(dòng)輪技術(shù)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，在電動(dòng)車(chē)上更容易實(shí)現四輪獨立驅動(dòng)控制，進(jìn)而為剎車(chē)防抱死系統(ABS)、電子穩定系統(ESP)等主動(dòng)安全系統的實(shí)現提供便利。本文介紹一種基于嵌入式實(shí)時(shí)內核ARTXl66的電子差速算法。

1 基于A(yíng)ckermann轉向模型的四輪速度關(guān)系

根據汽車(chē)動(dòng)力學(xué)分析可知，車(chē)輛轉彎行駛時(shí)，汽車(chē)外側車(chē)輪的行程要比內側的長(cháng)。如果通過(guò)一根整軸將左右車(chē)輪連接在一起，則會(huì )由于左右車(chē)輪轉速雖相等但行程不同而引起一側車(chē)輪產(chǎn)生滑轉或滑移，不僅使輪胎過(guò)早磨損，無(wú)益地消耗功率，并且易使汽車(chē)在轉向時(shí)失去抗側滑的能力而使穩定性變壞，操控性變差。為避免上述情況的出現，實(shí)現車(chē)輛的平順轉向，一般要求所有車(chē)輪在轉向過(guò)程中都做純滾動(dòng)。對四輪獨立驅動(dòng)電動(dòng)車(chē)而言，即要求四個(gè)車(chē)輪在轉向過(guò)程中具有各自不同的轉速，并且各車(chē)輪的轉速應滿(mǎn)足一定的關(guān)系。該關(guān)系為設計汽車(chē)差速系統的主要依據。低速情況下，這一特定關(guān)系可由Ackermann模型推導得出。

使用Ackermann轉向模型進(jìn)行轉向時(shí)，分析四輪速度關(guān)系的假設前提條件為：

①剛性車(chē)體;

②車(chē)輪作純滾動(dòng)，即不考慮已發(fā)生滑移、滑轉;

③行駛時(shí)所有輪胎都未離開(kāi)地面;

④輪胎側向變形與側向力成正比。

該轉向模型如圖1所示。

其中，軸距L和兩側軸線(xiàn)距離D是常數值，δ是方向盤(pán)的轉角，ω0為車(chē)繞轉向瞬心的角速度，V1、V2、V3、V4是4個(gè)轉動(dòng)輪的速度。由圖1可得：

需要注意的是，對于4個(gè)執行機構BLDC來(lái)說(shuō)，所需要的輸入信號是角速度值ωx。它與V的關(guān)系是：

r是輪子的半徑。

在本實(shí)驗系統中，將加速手把的轉速設定值ωr(參考角速度)定義為與最大速輪的轉速，即左轉時(shí)，右前輪角速度為ωr;右轉時(shí)，左前輪角速度為ωr(也可另行定義)。

很顯然，如果在程序中直接套用上面的公式，則運算量將非常大，運算時(shí)間也會(huì )很長(cháng);但可以看出，只要方向盤(pán)的轉角δ定，則4個(gè)輪子的轉速與參考角速度的比值 ω1/ωr、ω2/ωr、ω3/ωr、ω4/ωr是唯一確定的。所以在程序運行當中，完全可以預先將0。到最大轉向角問(wèn)分成若干等份，再將不同的δ值對應的4個(gè)速度比率列成表格，用查表與內插值的方法簡(jiǎn)化運算的過(guò)程。

值得一提的是，上述的算法可以在Matlab/Simulink中搭建模型，它將使表格的查詢(xún)與線(xiàn)性?xún)炔逯档奶幚碜兊檬址奖?。整個(gè)算法模型完成之后，還可以利用Matlab的自動(dòng)代碼生成功能，直接生成C語(yǔ)言代碼，嵌入到控制系統當中去，這極大地縮短了系統開(kāi)發(fā)的時(shí)間。2 XCl64CS微處理器

對于四輪驅動(dòng)電動(dòng)車(chē)的控制應用，要求微處理器提供系統安全和故障保險機制，以及有效的措施以降低器件的功耗，并且具有強大的運算能力與穩定性能，同時(shí)保證系統具有足夠用于整車(chē)系統進(jìn)一步改進(jìn)與升級所需的資源。為此，選用了Infineon公司的高性能16位微控制器XCl64CS。

XCl64內核結構結合了RISC和CISC處理器的優(yōu)點(diǎn)，這種強大的計算和控制能力通過(guò)MAC單元的DSP功能實(shí)現。XCl64把功能強勁的CPU內核和一整套強大的外設單元集成于一塊芯片上，并有效連接。同時(shí)，在XCl64上應用的LXBus是眾多總線(xiàn)中的一條，是外部總線(xiàn)接口的內部代表。這個(gè)總線(xiàn)為XCl64的衍生產(chǎn)品集成附加的特殊應用外設提供標準途徑。