基于OSEK/VDX的電動(dòng)助力系統設計

　　3 EPS軟件設計

　　隨著(zhù)嵌入式應用進(jìn)一步復雜化和對實(shí)時(shí)性、可靠性要求的提高，為了合理調度多種任務(wù)并利用系統資源，基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統進(jìn)行嵌入式軟件設計逐漸成為了嵌入式系統設計開(kāi)發(fā)的主流。當前嵌入式實(shí)時(shí)操作系統有數百種，它們各具特色。開(kāi)放源碼的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統在成本和技術(shù)上具有獨特的優(yōu)勢，并占有越來(lái)越重要的地位。本文選擇開(kāi)源的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統PICOS18作為EPS的軟件開(kāi)發(fā)平臺。PICOS18是按照OSEK/VDX標準實(shí)現的實(shí)時(shí)操作系統。PICOS18是一個(gè)多任務(wù)可剝奪型微實(shí)時(shí)內核，非常小巧，占程序空間（ROM）小于1KB，占數據空間（RAM）僅為7B，系統代碼容量及運行所需的ROM和RAM也非常少；提供了任務(wù)管理、定時(shí)器管理、事件管理、中斷管理等功能；基于優(yōu)先級進(jìn)行任務(wù)調度，具有16個(gè)優(yōu)先級，系統占用1個(gè)，用戶(hù)可創(chuàng )建15個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)最多還可以擁有8個(gè)事件[4].

　　3.1 應用軟件開(kāi)發(fā)

　　嵌入式實(shí)時(shí)操作系統將面向功能的應用開(kāi)發(fā)轉化為面向任務(wù)的應用開(kāi)發(fā)，因此軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程就是將應用系統按照功能細分為多個(gè)任務(wù)，然后實(shí)現每個(gè)任務(wù)，并為任務(wù)確定合適的優(yōu)先級；對于實(shí)時(shí)性要求高的操作，需要編寫(xiě)相關(guān)的中斷服務(wù)程序。

　　根據EPS的工作原理，可分為8個(gè)任務(wù)。

　?。?） Task1——車(chē)速信號采集

　　擴展任務(wù)，用于計算車(chē)速。上電運行后Task1處于等待狀態(tài)， 等待車(chē)速計算事件EventSpeed.利用定時(shí)器/計數器TMR0模塊當計數器溢出時(shí)（數量的轉速信號脈沖后）產(chǎn)生中斷，進(jìn)入轉速中斷服務(wù)程序，記錄脈沖周期總時(shí)間，然后設置事件EventSpeed，激活Task1.這時(shí)Task1處于就緒狀態(tài)，在操作系統調度機制（完全搶占式）的管理下，等到就緒隊列中優(yōu)先級高于Task1的任務(wù)都運行完成時(shí)，Task1運行，根據所記錄的脈沖時(shí)間和脈沖個(gè)數，計算出車(chē)速，并進(jìn)行濾波。執行完后，激活Task2，清除事件EventSpeed，Task1又處于等待狀態(tài)。

　?。?） Task2——扭矩信號采集

　　基本任務(wù)，用于采集扭矩信號。該任務(wù)由Task1激活，執行頻率與Task1相同。因為車(chē)速信號和扭矩信號是EPS系統最重要的兩個(gè)參數，所以必須使這兩個(gè)參數及時(shí)地更新，以保證助力模式的選擇和助力大小的確定得到及時(shí)準確的控制。

　?。?） Task3——電流反饋信號采集

　　基本任務(wù)，用于采集電機反饋電流。該任務(wù)由Task5激活，系統只有在助力控制時(shí)才會(huì )激活此任務(wù)。該參數與目標電流的差值，通過(guò)PID調節器的控制，使電機迅速提供相應的扭矩，達到助力的目的。

　?。?） Task4——故障診斷

　　擴展任務(wù)，用于故障的監測和診斷。上電運行后，等待消息MsgSpeedErr，確定車(chē)速正常；等待消息MsgVoltErr，確定電壓正常；等待消息MsgTorqueErr，確定扭矩正常。一旦發(fā)生故障，該任務(wù)將立即斷開(kāi)繼電器，使轉向系統處于機械轉向狀態(tài)，避免事故發(fā)生。

　?。?） Task5——助力模式選擇

　　基本任務(wù)，用于選擇助力方式以及確定助力控制方式下的目標電流。此任務(wù)由Task2激活，通過(guò)車(chē)速和扭矩的大小，判斷助力模式，在助力控制下通過(guò)助力特性曲線(xiàn)得到目標電流。此任務(wù)的執行次數與Task1和Task2相同，以保證助力方式和助力大小實(shí)時(shí)準確。

　?。?） Task6——助力控制

　　基本任務(wù)，助力控制，由Task3激活。通過(guò)Task5得到的目標電流，以及Task3電機反饋電流，采用PID調節器進(jìn)行閉環(huán)控制，最后通過(guò)PWM脈寬調制控制助力電機。

　?。?） Task7——回正控制

　　基本任務(wù)，回正控制，由Task5激活。當汽車(chē)車(chē)速很高時(shí)，使電機兩端短路，產(chǎn)生回正阻尼，減小回正超調；當汽車(chē)處于低速時(shí)，使電機兩端迅速斷路，減小電機阻力，使轉向迅速回正。

　?。?） Task8——阻尼控制

　　基本任務(wù)，阻尼控制，由Task5激活。阻尼控制用于高速時(shí)的各種狀態(tài)（回正、轉向和直線(xiàn)行駛）?；卣龝r(shí)，阻尼控制可減小系統超調；轉向時(shí)，可增加阻力，使駕駛員得到較好的路感；直線(xiàn)行駛時(shí)，可減小路面對方向盤(pán)的沖擊。

　　3.2 任務(wù)優(yōu)先級

　　PICOS18采用占先式調度方式，即所有任務(wù)都是可占先的，每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)確定的唯一的優(yōu)先級，任務(wù)越重要優(yōu)先級越高。由于助力控制（Task6）任務(wù)必須在合適的時(shí)刻運行，所以Task6優(yōu)先級最高，回正控制（Task7）、阻尼控制（Task8）次之，其次是故障診斷任務(wù)（Task4），其余任務(wù)優(yōu)先級按其激活的執行順序確定。Task4在開(kāi)始運行時(shí)處于等待狀態(tài)如未監測到不正常信號則不再執行。Task1、Task2和Task5在按順序執行完一個(gè)循環(huán)后，繼續響應轉速中斷，重新執行。這種調度方式不僅能采集到最新的車(chē)速信號和扭矩信號，使EPS系統實(shí)時(shí)準確地提供助力，還能提高CPU利用率，充分利用硬件資源。

　　3.3 任務(wù)配置（OIL）

　　PICOS18通過(guò)taskdesc.c定義任務(wù)的各個(gè)參數，并且是用OSEK/VDX規范中的OIL（OSEK/VDX的實(shí)現語(yǔ)言，類(lèi)似于一個(gè)C結構定義）編寫(xiě)的[5].由于PICOS18沒(méi)有提供GUI用于任務(wù)的配置，因此只能逐句編寫(xiě)。任務(wù)的參數定義結構如下：

　　4 結論

　　本文分析了EPS系統的結構、工作原理和3種控制方式。通過(guò)PIC18F458單片機的ECCP模塊控制電機，實(shí)現了EPS系統在各種情況下的助力方式。采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，不僅提高了CPU的利用率，確保了EPS系統的實(shí)時(shí)性要求，還提高了系統運行的穩定性、可靠性以及移植性。

　　OSEK/VDX是汽車(chē)電子開(kāi)發(fā)的國際性標準，采用OSEK/VDX規范開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)系統能夠提高軟件模塊的移植效率、實(shí)現軟件模塊的重復利用及在不同電子控制單元之間的通信。采用OSEK/VDX進(jìn)行汽車(chē)電控單元開(kāi)發(fā)已成為發(fā)展趨勢。

　　參考文獻

　　[1] 胡建軍，李彤，龔為倫，等。汽車(chē)轉向技術(shù)進(jìn)展分析[J].液壓與氣動(dòng)，2006（12）：17-20.

　　[2] 陳卓，熊忠陽(yáng)，李銀國?；贠SEK/VDX操作系統的任務(wù)管理機制設計[J].計算機工程。2006，12（36）：82-84.

　　[3] 羅玉濤?，F代汽車(chē)電子控制技術(shù)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006：174-202.

　　[4] 龔黎明，辜承林?；贠SEK/VDX標準的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統PICOS18[J].電子技術(shù)。 2004（5）：10-13.

　　[5] OSEK/VDX.OSEK Implementation Language Version 2.5. 2004[OL].http://www.osekvdx.org.