新能源最给力：实时内核的电动车电子差速仿真

由于电子差速器只是中央控制系统功能的一部分，为了提高整车控制系统的实时性与可靠性，同时便于系统进一步的扩展(例如电池管理系统、车灯管理系统)，在控制器中采用了嵌入式实时操作系统。

实时操作是基于并行任务(进程)的思想，将应用分解成若干个独立的任务，并将各任务要做的事、任务问的关系向实时多任务内核交代清楚，让实时多任务内核去管理这些任务。

实验系统中采用的ARTXl66实时内核是由Keil公司发布的，一个易于在英飞凌XCl6x系列微处理器上使用的多任务实时操作系统。它允许建立最多达 255个任务，任务间的切换主要通过Round-Robin循环的模式进行。这是一种准并行的方式，将CPU时间划分成时间片，每个时间片内运行一个任务，由实时内核按照任务号依次将控制权传递给准备好的任务。由于时间片很短，所以看起来任务像是同时在运行。

如果Round-Robin循环模式被用户禁用，则任务与任务间的切换必须通过调用os-tsK-pass()函数来完成，它将立刻切换到下一个准备好的任务。除此之外，还可以通过给任务分配不同的优先级，按优先级抢占调度的时序运行。

在ARTXl66实时内核中，任务或进程间的通信主要采用了以下4种方法：

①事件标记。它主要用于任务间的同步，每个任务分配有多达16个事件标记，任务的继续(或唤醒)可以选择等待所有的事件标记或是只等待其中的一个或几个。事件标记也可以通过外部中断程序进行设定，从而与外部事件进行同步。

②信号量。它是载有虚拟令牌的二进制信号量，用于解决多个任务占用公共资源的情况。在同一时间内，该令牌只能交给一个任务，避免了任务间的干扰。没有令牌的任务将处于睡眠状态，只有在得到令牌之后，该任务才会被唤醒。另外，为了防止进入错误状态，可以为等待令牌设置一个时限。

③互斥锁。它用于锁定共同资源，只允许一个任务占用，其他任务是封锁的，直到互斥锁被释放。

④邮箱。它主要用于任务之间信息的交换。

4 电子差速系统及其控制流程

电子差速系统是一种基于CAN总线的分布式四轮电子差速系统。它由1个中央控制器、4个电动轮控制器及CAN总线网络3个部分组成。

该分布式系统的电子差速实时控制过程为：中央控制器通过A/D采样获得来自转向传感器的车辆转向角度信号以及来自手柄转把中的车速设定信号，经过整车差速算法，分别获得4个车轮当前各自应有的转速，并将这一结果作为当前时刻对应车轮的转速控制设定值，通过CAN总线发送给相应的电动轮控制器；4个车轮控制器以从CAN总线收到的转速设定值为控制目标，使用电动转速控制算法对各自的电动轮进行控制，使各个电动轮的实际转速实时满足整车差速算法的要求，进而实现电动车辆的平顺转向。

5 电子差速算法仿真平台及实验平台设计

5.1 电子差速算法本体的仿真模型

图2中，速度基准值模块通过加速信号等确定Vref(Vref=ωr×r)。Vref为速度基准值，即转向时前轴外侧轮的转速值。此轮为4个轮子中转速最大的轮。比例模块通过查表确定各个轮速与Vref的比例值，转向模块确定转弯的方向。

5.2 电子差速算法仿真结果

在转向、加速、刹车3种信号作用下，4个轮子的转速如图3所示，从中可以清楚地看出电子差速的效果。在时间为1时，由于减速，V1、V2、V3、V4同时减小，同时由于转向发生变化，在电子差速作用下，V1、V3瞬时增大，而V2和V4瞬时减小，且变化数值不同。在3和4之间，4和5之间，8和9之间转向也发生变化，电子差速起作用，V1、V3瞬时增大或减小，而V2和V4瞬时减小或增大，且变化数值不同。在5和7之间由于刹车，各轮速度为O。

5.3 电子差速算法实验平台的设计

该实物实验系统的结构主要包括：1台作为监控设备的PC机及1辆自行构建的具有4个电动轮的低成本电动车实物模型。这两个部分通过一个自制的简易 CAN/USB网关相连，构成了整个系统的主体。