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

由于電子差速器只是中央控制系統功能的一部分，為了提高整車(chē)控制系統的實(shí)時(shí)性與可靠性，同時(shí)便于系統進(jìn)一步的擴展(例如電池管理系統、車(chē)燈管理系統)，在控制器中采用了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統。

實(shí)時(shí)操作是基于并行任務(wù)(進(jìn)程)的思想，將應用分解成若干個(gè)獨立的任務(wù)，并將各任務(wù)要做的事、任務(wù)問(wèn)的關(guān)系向實(shí)時(shí)多任務(wù)內核交代清楚，讓實(shí)時(shí)多任務(wù)內核去管理這些任務(wù)。

實(shí)驗系統中采用的ARTXl66實(shí)時(shí)內核是由Keil公司發(fā)布的，一個(gè)易于在英飛凌XCl6x系列微處理器上使用的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統。它允許建立最多達 255個(gè)任務(wù)，任務(wù)間的切換主要通過(guò)Round-Robin循環(huán)的模式進(jìn)行。這是一種準并行的方式，將CPU時(shí)間劃分成時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片內運行一個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)內核按照任務(wù)號依次將控制權傳遞給準備好的任務(wù)。由于時(shí)間片很短，所以看起來(lái)任務(wù)像是同時(shí)在運行。

如果Round-Robin循環(huán)模式被用戶(hù)禁用，則任務(wù)與任務(wù)間的切換必須通過(guò)調用os-tsK-pass()函數來(lái)完成，它將立刻切換到下一個(gè)準備好的任務(wù)。除此之外，還可以通過(guò)給任務(wù)分配不同的優(yōu)先級，按優(yōu)先級搶占調度的時(shí)序運行。

在A(yíng)RTXl66實(shí)時(shí)內核中，任務(wù)或進(jìn)程間的通信主要采用了以下4種方法：

①事件標記。它主要用于任務(wù)間的同步，每個(gè)任務(wù)分配有多達16個(gè)事件標記，任務(wù)的繼續(或喚醒)可以選擇等待所有的事件標記或是只等待其中的一個(gè)或幾個(gè)。事件標記也可以通過(guò)外部中斷程序進(jìn)行設定，從而與外部事件進(jìn)行同步。

②信號量。它是載有虛擬令牌的二進(jìn)制信號量，用于解決多個(gè)任務(wù)占用公共資源的情況。在同一時(shí)間內，該令牌只能交給一個(gè)任務(wù)，避免了任務(wù)間的干擾。沒(méi)有令牌的任務(wù)將處于睡眠狀態(tài)，只有在得到令牌之后，該任務(wù)才會(huì )被喚醒。另外，為了防止進(jìn)入錯誤狀態(tài)，可以為等待令牌設置一個(gè)時(shí)限。

③互斥鎖。它用于鎖定共同資源，只允許一個(gè)任務(wù)占用，其他任務(wù)是封鎖的，直到互斥鎖被釋放。

④郵箱。它主要用于任務(wù)之間信息的交換。

4 電子差速系統及其控制流程

電子差速系統是一種基于CAN總線(xiàn)的分布式四輪電子差速系統。它由1個(gè)中央控制器、4個(gè)電動(dòng)輪控制器及CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )3個(gè)部分組成。

該分布式系統的電子差速實(shí)時(shí)控制過(guò)程為：中央控制器通過(guò)A/D采樣獲得來(lái)自轉向傳感器的車(chē)輛轉向角度信號以及來(lái)自手柄轉把中的車(chē)速設定信號，經(jīng)過(guò)整車(chē)差速算法，分別獲得4個(gè)車(chē)輪當前各自應有的轉速，并將這一結果作為當前時(shí)刻對應車(chē)輪的轉速控制設定值，通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給相應的電動(dòng)輪控制器；4個(gè)車(chē)輪控制器以從CAN總線(xiàn)收到的轉速設定值為控制目標，使用電動(dòng)轉速控制算法對各自的電動(dòng)輪進(jìn)行控制，使各個(gè)電動(dòng)輪的實(shí)際轉速實(shí)時(shí)滿(mǎn)足整車(chē)差速算法的要求，進(jìn)而實(shí)現電動(dòng)車(chē)輛的平順轉向。

5 電子差速算法仿真平臺及實(shí)驗平臺設計

5.1 電子差速算法本體的仿真模型

圖2中，速度基準值模塊通過(guò)加速信號等確定Vref(Vref=ωr×r)。Vref為速度基準值，即轉向時(shí)前軸外側輪的轉速值。此輪為4個(gè)輪子中轉速最大的輪。比例模塊通過(guò)查表確定各個(gè)輪速與Vref的比例值，轉向模塊確定轉彎的方向。

5.2 電子差速算法仿真結果

在轉向、加速、剎車(chē)3種信號作用下，4個(gè)輪子的轉速如圖3所示，從中可以清楚地看出電子差速的效果。在時(shí)間為1時(shí)，由于減速，V1、V2、V3、V4同時(shí)減小，同時(shí)由于轉向發(fā)生變化，在電子差速作用下，V1、V3瞬時(shí)增大，而V2和V4瞬時(shí)減小，且變化數值不同。在3和4之間，4和5之間，8和9之間轉向也發(fā)生變化，電子差速起作用，V1、V3瞬時(shí)增大或減小，而V2和V4瞬時(shí)減小或增大，且變化數值不同。在5和7之間由于剎車(chē)，各輪速度為O。

5.3 電子差速算法實(shí)驗平臺的設計

該實(shí)物實(shí)驗系統的結構主要包括：1臺作為監控設備的PC機及1輛自行構建的具有4個(gè)電動(dòng)輪的低成本電動(dòng)車(chē)實(shí)物模型。這兩個(gè)部分通過(guò)一個(gè)自制的簡(jiǎn)易 CAN/USB網(wǎng)關(guān)相連，構成了整個(gè)系統的主體。