新能源最給力：實時內(nèi)核的電動車電子差速仿真

由于電子差速器只是中央控制系統(tǒng)功能的一部分，為了提高整車控制系統(tǒng)的實時性與可靠性，同時便于系統(tǒng)進(jìn)一步的擴(kuò)展(例如電池管理系統(tǒng)、車燈管理系統(tǒng))，在控制器中采用了嵌入式實時操作系統(tǒng)。

實時操作是基于并行任務(wù)(進(jìn)程)的思想，將應(yīng)用分解成若干個獨立的任務(wù)，并將各任務(wù)要做的事、任務(wù)問的關(guān)系向?qū)崟r多任務(wù)內(nèi)核交代清楚，讓實時多任務(wù)內(nèi)核去管理這些任務(wù)。

實驗系統(tǒng)中采用的ARTXl66實時內(nèi)核是由Keil公司發(fā)布的，一個易于在英飛凌XCl6x系列微處理器上使用的多任務(wù)實時操作系統(tǒng)。它允許建立最多達(dá) 255個任務(wù)，任務(wù)間的切換主要通過Round-Robin循環(huán)的模式進(jìn)行。這是一種準(zhǔn)并行的方式，將CPU時間劃分成時間片，每個時間片內(nèi)運行一個任務(wù)，由實時內(nèi)核按照任務(wù)號依次將控制權(quán)傳遞給準(zhǔn)備好的任務(wù)。由于時間片很短，所以看起來任務(wù)像是同時在運行。

如果Round-Robin循環(huán)模式被用戶禁用，則任務(wù)與任務(wù)間的切換必須通過調(diào)用os-tsK-pass()函數(shù)來完成，它將立刻切換到下一個準(zhǔn)備好的任務(wù)。除此之外，還可以通過給任務(wù)分配不同的優(yōu)先級，按優(yōu)先級搶占調(diào)度的時序運行。

在ARTXl66實時內(nèi)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(biāo)記。它主要用于任務(wù)間的同步，每個任務(wù)分配有多達(dá)16個事件標(biāo)記，任務(wù)的繼續(xù)(或喚醒)可以選擇等待所有的事件標(biāo)記或是只等待其中的一個或幾個。事件標(biāo)記也可以通過外部中斷程序進(jìn)行設(shè)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，用于解決多個任務(wù)占用公共資源的情況。在同一時間內(nèi)，該令牌只能交給一個任務(wù)，避免了任務(wù)間的干擾。沒有令牌的任務(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(shè)置一個時限。

③互斥鎖。它用于鎖定共同資源，只允許一個任務(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(tǒng)及其控制流程

電子差速系統(tǒng)是一種基于CAN總線的分布式四輪電子差速系統(tǒng)。它由1個中央控制器、4個電動輪控制器及CAN總線網(wǎng)絡(luò)3個部分組成。

該分布式系統(tǒng)的電子差速實時控制過程為：中央控制器通過A/D采樣獲得來自轉(zhuǎn)向傳感器的車輛轉(zhuǎn)向角度信號以及來自手柄轉(zhuǎn)把中的車速設(shè)定信號，經(jīng)過整車差速算法，分別獲得4個車輪當(dāng)前各自應(yīng)有的轉(zhuǎn)速，并將這一結(jié)果作為當(dāng)前時刻對應(yīng)車輪的轉(zhuǎn)速控制設(shè)定值，通過CAN總線發(fā)送給相應(yīng)的電動輪控制器；4個車輪控制器以從CAN總線收到的轉(zhuǎn)速設(shè)定值為控制目標(biāo)，使用電動轉(zhuǎn)速控制算法對各自的電動輪進(jìn)行控制，使各個電動輪的實際轉(zhuǎn)速實時滿足整車差速算法的要求，進(jìn)而實現(xiàn)電動車輛的平順轉(zhuǎn)向。

5 電子差速算法仿真平臺及實驗平臺設(shè)計

5.1 電子差速算法本體的仿真模型

圖2中，速度基準(zhǔn)值模塊通過加速信號等確定Vref(Vref=ωr×r)。Vref為速度基準(zhǔn)值，即轉(zhuǎn)向時前軸外側(cè)輪的轉(zhuǎn)速值。此輪為4個輪子中轉(zhuǎn)速最大的輪。比例模塊通過查表確定各個輪速與Vref的比例值，轉(zhuǎn)向模塊確定轉(zhuǎn)彎的方向。

5.2 電子差速算法仿真結(jié)果

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

5.3 電子差速算法實驗平臺的設(shè)計

該實物實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括：1臺作為監(jiān)控設(shè)備的PC機(jī)及1輛自行構(gòu)建的具有4個電動輪的低成本電動車實物模型。這兩個部分通過一個自制的簡易 CAN/USB網(wǎng)關(guān)相連，構(gòu)成了整個系統(tǒng)的主體。