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。

5 電子差速算法仿真平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

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(guò)加速信號(hào)等確定Vref(Vref=ωr×r)。Vref為速度基準(zhǔn)值，即轉(zhuǎn)向時(shí)前軸外側(cè)輪的轉(zhuǎn)速值。此輪為4個(gè)輪子中轉(zhuǎn)速最大的輪。比例模塊通過(guò)查表確定各個(gè)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(hào)作用下，4個(gè)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(shí)間為1時(shí)，由于減速，V1、V2、V3、V4同時(shí)減小，同時(shí)由于轉(zhuǎn)向發(fā)生變化，在電子差速作用下，V1、V3瞬時(shí)增大，而V2和V4瞬時(shí)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(shí)增大或減小，而V2和V4瞬時(shí)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

該實(shí)物實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括：1臺(tái)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(gè)電動(dòng)輪的低成本電動(dòng)車實(shí)物模型。這兩個(gè)部分通過(guò)一個(gè)自制的簡(jiǎn)易 CAN/USB網(wǎng)關(guān)相連，構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的主體。