新能源最給力：實時內核的電動車電子差速仿真

引言

伴隨著日益嚴重的大氣污染和能源危機，傳統(tǒng)的交通工具——汽車的發(fā)展面臨著一系列的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的內燃機汽車消耗大量的石油資源，嚴重污染環(huán)境。這些無法避免的缺點使人們意識到，以清潔能源為動力的新一代汽車替代傳統(tǒng)汽車的重要性，其中的電動汽車技術已經成為當今汽車領域的前沿課題之一。電動汽車具有零排放，低噪聲，輕便，操控性能好等特點。此外隨著電動輪技術和現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，在電動車上更容易實現(xiàn)四輪獨立驅動控制，進而為剎車防抱死系統(tǒng)(ABS)、電子穩(wěn)定系統(tǒng)(ESP)等主動安全系統(tǒng)的實現(xiàn)提供便利。本文介紹一種基于嵌入式實時內核ARTXl66的電子差速算法。

1 基于Ackermann轉向模型的四輪速度關系

根據汽車動力學分析可知，車輛轉彎行駛時，汽車外側車輪的行程要比內側的長。如果通過一根整軸將左右車輪連接在一起，則會由于左右車輪轉速雖相等但行程不同而引起一側車輪產生滑轉或滑移，不僅使輪胎過早磨損，無益地消耗功率，并且易使汽車在轉向時失去抗側滑的能力而使穩(wěn)定性變壞，操控性變差。為避免上述情況的出現(xiàn)，實現(xiàn)車輛的平順轉向，一般要求所有車輪在轉向過程中都做純滾動。對四輪獨立驅動電動車而言，即要求四個車輪在轉向過程中具有各自不同的轉速，并且各車輪的轉速應滿足一定的關系。該關系為設計汽車差速系統(tǒng)的主要依據。低速情況下，這一特定關系可由Ackermann模型推導得出。

使用Ackermann轉向模型進行轉向時，分析四輪速度關系的假設前提條件為：

①剛性車體;

②車輪作純滾動，即不考慮已發(fā)生滑移、滑轉;

③行駛時所有輪胎都未離開地面;

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和兩側軸線距離D是常數值，δ是方向盤的轉角，ω0為車繞轉向瞬心的角速度，V1、V2、V3、V4是4個轉動輪的速度。由圖1可得：

需要注意的是，對于4個執(zhí)行機構BLDC來說，所需要的輸入信號是角速度值ωx。它與V的關系是：

r是輪子的半徑。

在本實驗系統(tǒng)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，右前輪角速度為ωr;右轉時，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，運算時間也會很長;但可以看出，只要方向盤的轉角δ定，則4個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。到最大轉向角問分成若干等份，再將不同的δ值對應的4個速度比率列成表格，用查表與內插值的方法簡化運算的過程。

值得一提的是，上述的算法可以在Matlab/Simulink中搭建模型，它將使表格的查詢與線性內插值的處理變得十分方便。整個算法模型完成之后，還可以利用Matlab的自動代碼生成功能，直接生成C語言代碼，嵌入到控制系統(tǒng)當中去，這極大地縮短了系統(tǒng)開發(fā)的時間。2 XCl64CS微處理器

對于四輪驅動電動車的控制應用，要求微處理器提供系統(tǒng)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(wěn)定性能，同時保證系統(tǒng)具有足夠用于整車系統(tǒng)進一步改進與升級所需的資源。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，這種強大的計算和控制能力通過MAC單元的DSP功能實現(xiàn)。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，在XCl64上應用的LXBus是眾多總線中的一條，是外部總線接口的內部代表。這個總線為XCl64的衍生產品集成附加的特殊應用外設提供標準途徑。