基于實(shí)時(shí)內(nèi)核的電動(dòng)車電子差速算法仿真

r是輪子的半徑。
在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，將加速手把的轉(zhuǎn)速設(shè)定值ωr(參考角速度)定義為與最大速輪的轉(zhuǎn)速，即左轉(zhuǎn)時(shí)，右前輪角速度為ωr；右轉(zhuǎn)時(shí)，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(yùn)算量將非常大，運(yùn)算時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng)；但可以看出，只要方向盤的轉(zhuǎn)角δ定，則4個(gè)輪子的轉(zhuǎn)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(yùn)行當(dāng)中，完全可以預(yù)先將0。到最大轉(zhuǎn)向角問(wèn)分成若干等份，再將不同的δ值對(duì)應(yīng)的4個(gè)速度比率列成表格，用查表與內(nèi)插值的方法簡(jiǎn)化運(yùn)算的過(guò)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(nèi)插值的處理變得十分方便。整個(gè)算法模型完成之后，還可以利用Matlab的自動(dòng)代碼生成功能，直接生成C語(yǔ)言代碼，嵌入到控制系統(tǒng)當(dāng)中去，這極大地縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

2 XCl64CS微處理器
對(duì)于四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車的控制應(yīng)用，要求微處理器提供系統(tǒng)安全和故障保險(xiǎn)機(jī)制，以及有效的措施以降低器件的功耗，并且具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力與穩(wěn)定性能，同時(shí)保證系統(tǒng)具有足夠用于整車系統(tǒng)進(jìn)一步改進(jìn)與升級(jí)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(nèi)核結(jié)構(gòu)結(jié)合了RISC和CISC處理器的優(yōu)點(diǎn)，這種強(qiáng)大的計(jì)算和控制能力通過(guò)MAC單元的DSP功能實(shí)現(xiàn)。XCl64把功能強(qiáng)勁的CPU內(nèi)核和一整套強(qiáng)大的外設(shè)單元集成于一塊芯片上，并有效連接。同時(shí)，在XCl64上應(yīng)用的LXBus是眾多總線中的一條，是外部總線接口的內(nèi)部代表。這個(gè)總線為XCl64的衍生產(chǎn)品集成附加的特殊應(yīng)用外設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)途徑。

3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核ARTXl66
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(shí)時(shí)性與可靠性，同時(shí)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(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。
實(shí)時(shí)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(gè)獨(dú)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?qū)崟r(shí)多任務(wù)內(nèi)核交代清楚，讓實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核去管理這些任務(wù)。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中采用的ARTXl66實(shí)時(shí)內(nèi)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(tǒng)。它允許建立最多達(dá)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(zhǔn)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(nèi)運(yùn)行一個(gè)任務(wù)，由實(shí)時(shí)內(nèi)核按照任務(wù)號(hào)依次將控制權(quán)傳遞給準(zhǔn)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(yùn)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(guò)調(diào)用os-tsK-pass()函數(shù)來(lái)完成，它將立刻切換到下一個(gè)準(zhǔn)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(jí)，按優(yōu)先級(jí)搶占調(diào)度的時(shí)序運(yùn)行。
在ARTXl66實(shí)時(shí)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(gè)任務(wù)分配有多達(dá)16個(gè)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(gè)或幾個(gè)。事件標(biāo)記也可以通過(guò)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(hào)量。它是載有虛擬令牌的二進(jìn)制信號(hào)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(nèi)，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(cuò)誤狀態(tài)，可以為等待令牌設(shè)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(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(gè)中央控制器、4個(gè)電動(dòng)輪控制器及CAN總線網(wǎng)絡(luò)3個(gè)部分組成。
該分布式系統(tǒng)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(zhuǎn)向傳感器的車輛轉(zhuǎn)向角度信號(hào)以及來(lái)自手柄轉(zhuǎn)把中的車速設(shè)定信號(hào)，經(jīng)過(guò)整車差速算法，分別獲得4個(gè)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(shí)刻對(duì)應(yīng)車輪的轉(zhuǎn)速控制設(shè)定值，通過(guò)CAN總線發(fā)送給相應(yīng)的電動(dòng)輪控制器；4個(gè)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(dòng)轉(zhuǎn)速控制算法對(duì)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(zhuǎn)速實(shí)時(shí)滿足整車差速算法的要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛的平順轉(zhuǎn)向。