基于實時內核的電動車電子差速算法仿真

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。

3 實時操作系統(tǒng)內核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)的實時性與可靠性，同時便于系統(tǒng)進一步的擴展(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(進程)的思想，將應用分解成若干個獨立的任務，并將各任務要做的事、任務問的關系向實時多任務內核交代清楚，讓實時多任務內核去管理這些任務。
實驗系統(tǒng)中采用的ARTXl66實時內核是由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實時操作系統(tǒng)。它允許建立最多達255個任務，任務間的切換主要通過Round-Robin循環(huán)的模式進行。這是一種準并行的方式，將CPU時間劃分成時間片，每個時間片內運行一個任務，由實時內核按照任務號依次將控制權傳遞給準備好的任務。由于時間片很短，所以看起來任務像是同時在運行。
如果Round-Robin循環(huán)模式被用戶禁用，則任務與任務間的切換必須通過調用os-tsK-pass()函數(shù)來完成，它將立刻切換到下一個準備好的任務。除此之外，還可以通過給任務分配不同的優(yōu)先級，按優(yōu)先級搶占調度的時序運行。
在ARTXl66實時內核中，任務或進程間的通信主要采用了以下4種方法：
①事件標記。它主要用于任務間的同步，每個任務分配有多達16個事件標記，任務的繼續(xù)(或喚醒)可以選擇等待所有的事件標記或是只等待其中的一個或幾個。事件標記也可以通過外部中斷程序進行設定，從而與外部事件進行同步。
②信號量。它是載有虛擬令牌的二進制信號量，用于解決多個任務占用公共資源的情況。在同一時間內，該令牌只能交給一個任務，避免了任務間的干擾。沒有令牌的任務將處于睡眠狀態(tài)，只有在得到令牌之后，該任務才會被喚醒。另外，為了防止進入錯誤狀態(tài)，可以為等待令牌設置一個時限。
③互斥鎖。它用于鎖定共同資源，只允許一個任務占用，其他任務是封鎖的，直到互斥鎖被釋放。
④郵箱。它主要用于任務之間信息的交換。

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采樣獲得來自轉向傳感器的車輛轉向角度信號以及來自手柄轉把中的車速設定信號，經(jīng)過整車差速算法，分別獲得4個車輪當前各自應有的轉速，并將這一結果作為當前時刻對應車輪的轉速控制設定值，通過CAN總線發(fā)送給相應的電動輪控制器；4個車輪控制器以從CAN總線收到的轉速設定值為控制目標，使用電動轉速控制算法對各自的電動輪進行控制，使各個電動輪的實際轉速實時滿足整車差速算法的要求，進而實現(xiàn)電動車輛的平順轉向。