第二節 軟件控制模型

車輛行駛過程時變性強，受外界條件影響大及非線性明顯，要求車輛穩控系統對各種路面具有廣泛適應性，并要求其反應速度要快。除硬件的因素，控制軟件是穩控系統滿足車輛性能要求的關鍵?？刂栖浖饕侵阜€控系統算法，即控制邏輯和方法，包含路面附著特性識別、瞬時車速辨識。

控制算法模型

穩控系統控制算法包括控制邏輯和控制方法，采用耗散功率和邏輯門限值相結合的控制方法；實際路面情況是比較復雜的，控制邏輯須能及時識別出路面狀況，并采取相應的措施。實際路面可大致粗略地分為高附著系數路面和低附著系數路面，這兩種路面又可分為平坦和顛簸路面。它們的峰值、滑動附著系數及對應滑移率均有很大區別。開發的穩控系統控制軟件可以很好地識別各種不同附著系數的單一路面和變工況的路面，主要包括高附著系數路面、低附著系數路面、對開路面、對接路面和顛簸路面。滑移率作為穩控系統控制中的門限值，在控制邏輯中起著重要的作用。為了計算滑移率，就必須知道瞬時車速的大小，而在實際上，瞬時車速是很難測到的。雖然可以用非接觸速度傳感器或加速度傳感器測出車輛減速度，然后計算出車速，但是采用非接觸速度傳感器成本高、技術復雜，采用加速度傳感器會受到道路坡度的影響，誤差較大，這兩種方法都缺乏實用性。因此，通過從輪速傳感器得到車輪的角速度和角減速度信息，通過G傳感器得到車輛的加速度信息，采用相應算法，得到參考車速，進而得到參考滑移率，在軟件中進行平滑處理。主CPU擔負著全部的穩控系統控制工作和一部分系統監測功能，同從CPU進行通信。將單片機控制軟件中處理底層基本操作的部分劃分出來，按照實時操作系統的要求單獨進行設計，這樣可以簡化工作且方便修改，有利于軟件的復用。

現有的實時操作系統分成兩類：第一類為小且專用的核，這類RTOS的體積輕巧，適合于嵌入式的實時系統，它可以實現多任務及任務間的通信。第二類為對商業操作系統進行擴充所形成的RTOS，這類RTOS是對已有的商業操作系統進行實時部分的擴充所形成的，由于它們是以一些人們已熟悉的用戶接口為基礎建立起來的，這便加速了應用開發過程，并且增加了可移植性，所以，它們的功能比較強大而且提供了較好的軟件開發環境。但是，與第一類RTOS相比，這類RTOS的響應速度比較慢，適合于軟實時系統及簡單的硬實時系統。顯然對于在單片機上實現的穩控系統控制軟件應該選用第一類內核，操作系統需要解決的問題主要是資源分配。由于所設計的單片機控制系統處理的問題比較單一，內存和端口等資源不必由操作系統動態分配，也不需要設計文件系統，故此核心的問題是進程的管理和調度，即CPU時間的分配。

主CPU需要執行的任務分為三類：實時級任務的特點是隨機發生，而一旦發生就要求立即得到系統的響應。這類任務包括輪速信號中斷的處理、定時中斷處理、系統調度。定時級任務的特點是有規律地定時發生，而且一定要保證準時執行任務。這類任務有穩控系統控制主程序。及時級任務的特點是對定時要求不高，可以在系統空閑的時候進行。它只要求在某一時間段內完成即可。這類任務包括在線自檢、與從CPU的通信等。以上三類任務的優先級依次降低。優先級最高的實時級任務由中斷實現。為了保證系統效率，對實時級的程序進行了細致的優化，只有必須實時完成的工作才容許放在實時級。在實時級任務執行中，一律禁止中斷發生，從而避免了實時級任務的復雜嵌套和同步互斥關系的處理；由于實時級的任務執行時間極短，主CPU有類似中斷隊列的硬件機構，而且在輪速處理電路中設置濾波截止頻率，實時級進程相互爭奪CPU時間不會構成問題。進程調度程序放在定時中斷中，當預定時間到達時，進程調度程序調入需要執行的定時級任務，從而保證了定時級任務的準時啟動。根據穩控系統控制的特點，所有的定時級任務都要求在一個穩控系統控制循環中完成。

當系統啟動時，CPU首先進行自檢。自檢的內容分CPU子系統的自檢和外圍設備的檢查兩部分。CPU子系統的檢查主要是對ROM和RAM的檢查。對ROM的檢查采用校驗和檢驗的方式。對RAM的檢驗可以采用寫入某數再讀出比較的方式。對外圍設備的檢驗也是自檢過程的重點。

在系統的運行過程中還需要進行在線自檢以進一步提高可靠性，在在線自檢中，對穩控系統的各個部件進行非常全面的檢測，如電磁閥的短路、斷路，輪速傳感器的短路、斷路、虛接，齒圈缺損等。如果發現該類錯誤則停止穩控系統工作，并保存故障碼。根據前面對進程管理的介紹，可知如果定時中斷不能發生，則定時級和及時級的任務都無法被啟動。為此，設計了一個軟件定時器來解決這一問題。當所有的及時級的任務都完成后，開始執行定時器程序，它是一個循環延時程序。如果定時中斷能夠正常發生，則定時器程序被中斷，不會發生作用；如果定時中斷不能正常發生，定時器程序在完成延時過程后強行進行熱啟動。以上這些防錯措施顯著提高了控制軟件的可靠性，從而也就提高了整個穩控系統的可靠性。輪速信號傳感回路是弱電系統，容易受外界強電磁的干擾；而且車輛運行過程中輪速檢測裝置也容易發生振動。這些都有可能導致輪速虛假信號的產生，這種虛假信號與正常信號疊加在一起，由于它們頻率相近，使用硬件的手段很難濾掉，在算法設計上用傳統的巴特沃斯、貝塞爾等數字濾波技術也無法消除虛假信號造成的影響。在軟件編制過程中，根據虛假信號的特點設計了輪速信號異點剔除的預處理方法，這種異點剔除的預處理方法能有效地消除虛假信號，并且有計算量小，易于實現的優點。在軟件編制過程中，對計算速度進行了優化，對軟件的復用性做了認真的考慮等。圖2-13、圖2-14所示是軟件簡要流程圖。

圖2-13 主CPU控制流程圖

圖2-14 從CPU控制流程圖