基于OSEK/VDX的電動助力系統(tǒng)設計

　　3 EPS軟件設計

　　隨著嵌入式應用進一步復雜化和對實時性、可靠性要求的提高，為了合理調度多種任務并利用系統(tǒng)資源，基于嵌入式實時操作系統(tǒng)進行嵌入式軟件設計逐漸成為了嵌入式系統(tǒng)設計開發(fā)的主流。當前嵌入式實時操作系統(tǒng)有數(shù)百種，它們各具特色。開放源碼的嵌入式實時操作系統(tǒng)在成本和技術上具有獨特的優(yōu)勢，并占有越來越重要的地位。本文選擇開源的嵌入式實時操作系統(tǒng)PICOS18作為EPS的軟件開發(fā)平臺。PICOS18是按照OSEK/VDX標準實現(xiàn)的實時操作系統(tǒng)。PICOS18是一個多任務可剝奪型微實時內核，非常小巧，占程序空間（ROM）小于1KB，占數(shù)據空間（RAM）僅為7B，系統(tǒng)代碼容量及運行所需的ROM和RAM也非常少；提供了任務管理、定時器管理、事件管理、中斷管理等功能；基于優(yōu)先級進行任務調度，具有16個優(yōu)先級，系統(tǒng)占用1個，用戶可創(chuàng)建15個任務，每個任務最多還可以擁有8個事件[4].

　　3.1 應用軟件開發(fā)

　　嵌入式實時操作系統(tǒng)將面向功能的應用開發(fā)轉化為面向任務的應用開發(fā)，因此軟件開發(fā)的過程就是將應用系統(tǒng)按照功能細分為多個任務，然后實現(xiàn)每個任務，并為任務確定合適的優(yōu)先級；對于實時性要求高的操作，需要編寫相關的中斷服務程序。

　　根據EPS的工作原理，可分為8個任務。

　　（1） Task1——車速信號采集

　　擴展任務，用于計算車速。上電運行后Task1處于等待狀態(tài)， 等待車速計算事件EventSpeed.利用定時器/計數(shù)器TMR0模塊當計數(shù)器溢出時（數(shù)量的轉速信號脈沖后）產生中斷，進入轉速中斷服務程序，記錄脈沖周期總時間，然后設置事件EventSpeed，激活Task1.這時Task1處于就緒狀態(tài)，在操作系統(tǒng)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的任務都運行完成時，Task1運行，根據所記錄的脈沖時間和脈沖個數(shù)，計算出車速，并進行濾波。執(zhí)行完后，激活Task2，清除事件EventSpeed，Task1又處于等待狀態(tài)。

　?。?） Task2——扭矩信號采集

　　基本任務，用于采集扭矩信號。該任務由Task1激活，執(zhí)行頻率與Task1相同。因為車速信號和扭矩信號是EPS系統(tǒng)最重要的兩個參數(shù)，所以必須使這兩個參數(shù)及時地更新，以保證助力模式的選擇和助力大小的確定得到及時準確的控制。

　?。?） Task3——電流反饋信號采集

　　基本任務，用于采集電機反饋電流。該任務由Task5激活，系統(tǒng)只有在助力控制時才會激活此任務。該參數(shù)與目標電流的差值，通過PID調節(jié)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，用于故障的監(jiān)測和診斷。上電運行后，等待消息MsgSpeedErr，確定車速正常；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，該任務將立即斷開繼電器，使轉向系統(tǒng)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，用于選擇助力方式以及確定助力控制方式下的目標電流。此任務由Task2激活，通過車速和扭矩的大小，判斷助力模式，在助力控制下通過助力特性曲線得到目標電流。此任務的執(zhí)行次數(shù)與Task1和Task2相同，以保證助力方式和助力大小實時準確。

　　（6） Task6——助力控制

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

　?。?） Task7——回正控制

　　基本任務，回正控制，由Task5激活。當汽車車速很高時，使電機兩端短路，產生回正阻尼，減小回正超調；當汽車處于低速時，使電機兩端迅速斷路，減小電機阻力，使轉向迅速回正。

　　（8） Task8——阻尼控制

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

　　3.2 任務優(yōu)先級

　　PICOS18采用占先式調度方式，即所有任務都是可占先的，每個任務都有一個確定的唯一的優(yōu)先級，任務越重要優(yōu)先級越高。由于助力控制（Task6）任務必須在合適的時刻運行，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（Task4），其余任務優(yōu)先級按其激活的執(zhí)行順序確定。Task4在開始運行時處于等待狀態(tài)如未監(jiān)測到不正常信號則不再執(zhí)行。Task1、Task2和Task5在按順序執(zhí)行完一個循環(huán)后，繼續(xù)響應轉速中斷，重新執(zhí)行。這種調度方式不僅能采集到最新的車速信號和扭矩信號，使EPS系統(tǒng)實時準確地提供助力，還能提高CPU利用率，充分利用硬件資源。

　　3.3 任務配置（OIL）

　　PICOS18通過taskdesc.c定義任務的各個參數(shù)，并且是用OSEK/VDX規(guī)范中的OIL（OSEK/VDX的實現(xiàn)語言，類似于一個C結構定義）編寫的[5].由于PICOS18沒有提供GUI用于任務的配置，因此只能逐句編寫。任務的參數(shù)定義結構如下：

　　4 結論

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

　　OSEK/VDX是汽車電子開發(fā)的國際性標準，采用OSEK/VDX規(guī)范開發(fā)的實時系統(tǒng)能夠提高軟件模塊的移植效率、實現(xiàn)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進行汽車電控單元開發(fā)已成為發(fā)展趨勢。

　　參考文獻

　　[1] 胡建軍，李彤，龔為倫，等。汽車轉向技術進展分析[J].液壓與氣動，2006（12）：17-20.

　　[2] 陳卓，熊忠陽，李銀國。基于OSEK/VDX操作系統(tǒng)的任務管理機制設計[J].計算機工程。2006，12（36）：82-84.

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

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

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