基于OSEK/VDX的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3 EPS軟件設(shè)計(jì)

　　隨著嵌入式應(yīng)用進(jìn)一步復(fù)雜化和對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性要求的提高，為了合理調(diào)度多種任務(wù)并利用系統(tǒng)資源，基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行嵌入式軟件設(shè)計(jì)逐漸成為了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的主流。當(dāng)前嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)有數(shù)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(tǒng)在成本和技術(shù)上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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(tǒng)PICOS18作為EPS的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。PICOS18是按照OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。PICOS18是一個(gè)多任務(wù)可剝奪型微實(shí)時(shí)內(nèi)核，非常小巧，占程序空間(ROM)小于1KB，占數(shù)據(jù)空間(RAM)僅為7B，系統(tǒng)代碼容量及運(yùn)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(jí)進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，具有16個(gè)優(yōu)先級(jí)，系統(tǒng)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(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)

　　嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)將面向功能的應(yīng)用開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)化為面向任務(wù)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，因此軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程就是將應(yīng)用系統(tǒng)按照功能細(xì)分為多個(gè)任務(wù)，然后實(shí)現(xiàn)每個(gè)任務(wù)，并為任務(wù)確定合適的優(yōu)先級(jí)；對(duì)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(jù)EPS的工作原理，可分為8個(gè)任務(wù)。

　?。?） Task1——車(chē)速信號(hào)采集

　　擴(kuò)展任務(wù)，用于計(jì)算車(chē)速。上電運(yùn)行后Task1處于等待狀態(tài), 等待車(chē)速計(jì)算事件EventSpeed。利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TMR0模塊當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)（數(shù)量的轉(zhuǎn)速信號(hào)脈沖后）產(chǎn)生中斷，進(jìn)入轉(zhuǎn)速中斷服務(wù)程序，記錄脈沖周期總時(shí)間,然后設(shè)置事件EventSpeed，激活Task1。這時(shí)Task1處于就緒狀態(tài),在操作系統(tǒng)調(diào)度機(jī)制（完全搶占式）的管理下，等到就緒隊(duì)列中優(yōu)先級(jí)高于Task1的任務(wù)都運(yùn)行完成時(shí)，Task1運(yùn)行，根據(jù)所記錄的脈沖時(shí)間和脈沖個(gè)數(shù),計(jì)算出車(chē)速，并進(jìn)行濾波。執(zhí)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(hào)采集

　　基本任務(wù)，用于采集扭矩信號(hào)。該任務(wù)由Task1激活，執(zhí)行頻率與Task1相同。因?yàn)檐?chē)速信號(hào)和扭矩信號(hào)是EPS系統(tǒng)最重要的兩個(gè)參數(shù)，所以必須使這兩個(gè)參數(shù)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(zhǔn)確的控制。

　?。?） Task3——電流反饋信號(hào)采集

　　基本任務(wù)，用于采集電機(jī)反饋電流。該任務(wù)由Task5激活，系統(tǒng)只有在助力控制時(shí)才會(huì)激活此任務(wù)。該參數(shù)與目標(biāo)電流的差值，通過(guò)PID調(diào)節(jié)器的控制，使電機(jī)迅速提供相應(yīng)的扭矩，達(dá)到助力的目的。

　?。?） Task4——故障診斷

　　擴(kuò)展任務(wù)，用于故障的監(jiān)測(cè)和診斷。上電運(yùn)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(zhuǎn)向系統(tǒng)處于機(jī)械轉(zhuǎn)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(biāo)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)助力特性曲線得到目標(biāo)電流。此任務(wù)的執(zhí)行次數(shù)與Task1和Task2相同，以保證助力方式和助力大小實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(biāo)電流，以及Task3電機(jī)反饋電流，采用PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行閉環(huán)控制，最后通過(guò)PWM脈寬調(diào)制控制助力電機(jī)。

　?。?） Task7——回正控制

　　基本任務(wù)，回正控制，由Task5激活。當(dāng)汽車(chē)車(chē)速很高時(shí)，使電機(jī)兩端短路，產(chǎn)生回正阻尼，減小回正超調(diào)；當(dāng)汽車(chē)處于低速時(shí)，使電機(jī)兩端迅速斷路，減小電機(jī)阻力，使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向和直線行駛）。回正時(shí)，阻尼控制可減小系統(tǒng)超調(diào)；轉(zhuǎn)向時(shí)，可增加阻力，使駕駛員得到較好的路感；直線行駛時(shí)，可減小路面對(duì)方向盤(pán)的沖擊。