專利名稱：一種自動變速器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種自動變速器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺，更具體地說是一種應(yīng)用在 車輛自動變速器控制器開發(fā)流程過程中的實(shí)驗(yàn)臺，用于縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少人力物 力的投入。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的自動變速器控制單元TCU設(shè)計(jì)方法是首先設(shè)計(jì)自動變速器控制單元TCU， 接著對原機(jī)型進(jìn)行改造，然后通過臺架進(jìn)行匹配試驗(yàn)，由測試結(jié)果修正TCU的控制策略，再 進(jìn)行臺架試驗(yàn)。這一系列過程中，每次TCU的測試必須要在汽車樣機(jī)開發(fā)之后才能進(jìn)行，這 樣的過程存在周期長、效率低、成本高，還可能由于控制算法的缺欠和錯誤造成設(shè)備損壞甚 至發(fā)生危險工況，而且，許多總成部件及其控制器都是并行開發(fā)的，因此無法調(diào)試整車的控 制策略及驗(yàn)證其可行性，給自動變速器控制單元TCU的開發(fā)帶來了困難。已有的仿真器實(shí)時仿真系統(tǒng)是一種基于仿真軟件的控制系統(tǒng)開發(fā)及測試的工作 平臺。仿真器實(shí)時仿真系統(tǒng)具有高速計(jì)算能力的硬件系統(tǒng)，包括處理器、I/O等，還擁有方 便易用的代碼生成/下載和實(shí)驗(yàn)/調(diào)試的軟件環(huán)境，可以處理以下問題1、在控制系統(tǒng)開發(fā)的初期，仿真器實(shí)時仿真系統(tǒng)用作為控制算法及控制邏輯代碼 的硬件運(yùn)行環(huán)境。仿真器提供的各種I/O板，用于連接控制模型和控制對象。2、當(dāng)產(chǎn)品型控制器制造完以后，可以用來仿真控制對象或外部環(huán)境，從而允許對 控制器進(jìn)行全面、詳細(xì)的測試，甚至連極限條件下的應(yīng)用也可以進(jìn)行反復(fù)測試。但是目前還沒有將仿真器應(yīng)用到車輛自動變速器控制器開發(fā)流程過程中。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種自動變速器硬件 在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺，以使自動變速器控制器開發(fā)設(shè)計(jì)過程更加快捷、方便、高效。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型自動變速器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由PC機(jī)、仿真器、自動 變速器控制單元TCU和實(shí)驗(yàn)臺架組成閉環(huán)系統(tǒng)；所述PC機(jī)用于人機(jī)交互，通過PC機(jī)將模擬汽車整車的數(shù)據(jù)模型存儲在仿真器中， 通過PC機(jī)實(shí)時監(jiān)控和記錄整個閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過程及結(jié)果，所述PC機(jī)與仿真器通過CAN數(shù) 據(jù)總線進(jìn)行實(shí)時、雙向數(shù)據(jù)交流；所述仿真器用于實(shí)時仿真模擬的汽車整車模型，同時通過I/O接口分別與PC機(jī)和 自動變速器試驗(yàn)臺架進(jìn)行雙向通訊，所述仿真器通過I/O接口向TCU發(fā)出用于模擬包括有 油門開度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的電信號；所述TCU包括有單片機(jī)和相應(yīng)的外圍I/O接口電路，以所述TCU作為自動變速器 的控制器，所述TCU中單片機(jī)接受從仿真器發(fā)出的用于模擬包括油門開度、車速和發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)速的電信號，經(jīng)過TCU中單片機(jī)處理后將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗(yàn)臺架上的自動變速器；所述自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架包括有電機(jī)控制器、自動變速器電機(jī)、自動變速器、電渦 流測功機(jī)和相應(yīng)的傳感器，自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架接收TCU發(fā)出的電磁閥控制信號并響應(yīng)作 相應(yīng)的換擋動作；同時自動變速器試驗(yàn)臺架的電機(jī)控制器接收從仿真器發(fā)出的自動變速器 電機(jī)控制信號，對自動變速器電機(jī)做相應(yīng)的實(shí)時控制；自動變速器試驗(yàn)臺架的負(fù)載端的轉(zhuǎn) 矩傳感器將負(fù)載的信息實(shí)時傳送到仿真器中，通過PC機(jī)的監(jiān)控界面監(jiān)控負(fù)載端轉(zhuǎn)矩的變 化，以轉(zhuǎn)矩變化率的大小表征換擋沖擊度的大小。本實(shí)用新型自動變速器控制單元TCU與PC機(jī)、仿真器中模擬的整車模型和自動變 速器實(shí)驗(yàn)臺架三者之間通過相應(yīng)的I/O接口進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)通信，構(gòu)成用于模擬真實(shí)車輛運(yùn) 行狀態(tài)的自動變速器汽車閉環(huán)系統(tǒng)。模擬的自動變速器汽車閉環(huán)系統(tǒng)通過I/O接口向TCU 輸入油門、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，經(jīng)過TCU的控制算法運(yùn)算處理后將輸出信號送到自動 變速器實(shí)驗(yàn)臺架上的自動變速器中，實(shí)現(xiàn)自動換擋，通過對自動變速器汽車系統(tǒng)中發(fā)動機(jī) 模型進(jìn)行實(shí)時控制而達(dá)到對變速器實(shí)驗(yàn)臺架中電機(jī)的控制和測試，最后利用仿真監(jiān)視軟件 對臺架輸出轉(zhuǎn)矩和整個仿真過程進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和監(jiān)控。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在由于采用了基于仿真器、仿真軟 件和自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架組成的硬件在環(huán)試驗(yàn)臺，可以在進(jìn)行整車臺架或道路試驗(yàn)之前完 成對控制算法的調(diào)試和驗(yàn)證，這種方法可以在短時間內(nèi)完成對TCU的測試與調(diào)整。
圖1為本實(shí)用新型硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺實(shí)物圖；圖2為本實(shí)用新型基于仿真器和自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架的TCU硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)臺 圖；圖3為本實(shí)用新型PC機(jī)中基于仿真軟件和接口的整車系統(tǒng)模型和轉(zhuǎn)矩采集模塊。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2，由PC機(jī)、仿真器、自動變速器控制單元TCU和實(shí)驗(yàn)臺架組成閉環(huán)系 統(tǒng)；其中，PC機(jī)用于人機(jī)交互，通過PC機(jī)將模擬汽車整車的數(shù)據(jù)模型存儲在仿真器中，通過 PC機(jī)實(shí)時監(jiān)控和記錄整個閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過程及結(jié)果，所述PC機(jī)與仿真器通過CAN數(shù)據(jù)總線 進(jìn)行實(shí)時、雙向數(shù)據(jù)交流；采用dSPACE實(shí)時仿真器，是由dSPACE公司開發(fā)的一套基于MATLAB/Simulink的 控制系統(tǒng)開發(fā)及測試的工作平臺，實(shí)現(xiàn)了和MATLAB/Simulink的完全無縫連接。dSPACE實(shí) 時系統(tǒng)擁有具有高速計(jì)算能力的硬件系統(tǒng)，包括處理器、I/O等，還擁有方便易用的實(shí)現(xiàn)代 碼生成/下載和試驗(yàn)/調(diào)試的軟件環(huán)境。dSPACE軟件系統(tǒng)包括代碼生成及下載軟件(包括 matlab/simulink/stateflow 和 matlab 的 RTW)、實(shí)驗(yàn)監(jiān)控管理軟件(主要有 ControlDesk 綜合實(shí)驗(yàn)環(huán)境)、產(chǎn)品級代碼的生成軟件(TargetLink)。dSPACE硬件系統(tǒng)包括智能化的單 板系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)組件系統(tǒng)。仿真器用于實(shí)時仿真模擬的汽車整車模型，同時通過I/O接口分別與PC機(jī)和自動 變速器試驗(yàn)臺架進(jìn)行雙向通訊，所述仿真器通過I/O接口向TCU發(fā)出用于模擬包括有油門開度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的電信號；TCU包括有單片機(jī)和相應(yīng)的外圍I/O接口電路，以所述TCU作為自動變速器的控制 器，所述TCU中單片機(jī)接受從仿真器發(fā)出的用于模擬包括油門開度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的 電信號，經(jīng)過TCU中單片機(jī)處理后將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗(yàn)臺架上的自動 變速器；自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架包括有電機(jī)控制器、自動變速器電機(jī)、自動變速器、電渦流測 功機(jī)和相應(yīng)的傳感器，自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架接收TCU發(fā)出的電磁閥控制信號并響應(yīng)作相應(yīng) 的換擋動作；同時自動變速器試驗(yàn)臺架的電機(jī)控制器接收從仿真器發(fā)出的自動變速器電機(jī) 控制信號，對自動變速器電機(jī)做相應(yīng)的實(shí)時控制；自動變速器試驗(yàn)臺架的負(fù)載端的轉(zhuǎn)矩傳 感器將負(fù)載的信息實(shí)時傳送到仿真器中，通過PC機(jī)的監(jiān)控界面監(jiān)控負(fù)載端轉(zhuǎn)矩的變化，以 轉(zhuǎn)矩變化率的大小表征換擋沖擊度的大小。參見圖3，首先在PC機(jī)中建立由路況模型(基于UDDS路況)、駕駛員模型、發(fā)動機(jī) 模型、自動變速器模型和車輛模型組成的模擬整車工況的模型，同時建立起負(fù)載轉(zhuǎn)矩接收 模塊的模型，經(jīng)過離線仿真后，加上仿真軟件中相應(yīng)的I/O接口模塊，通過實(shí)時仿真器的I/ 0接口實(shí)現(xiàn)與外部實(shí)時通訊，將整車系統(tǒng)模型進(jìn)行編譯、鏈接后并自動下載到仿真器中，形 成虛擬的實(shí)時運(yùn)行的整車模型，然后通過PC機(jī)與仿真器的交互通訊可以在仿真監(jiān)視界面 中進(jìn)行相應(yīng)的交互式實(shí)時監(jiān)控和測試。整個仿真試驗(yàn)臺運(yùn)行后，從仿真器中運(yùn)行的駕駛員模型輸出油門信號，經(jīng)過D/A 處理后輸入到TCU ；從車輛模型輸出的車速信號經(jīng)過放大、濾波處理后也輸入到TCU中；而 從發(fā)動機(jī)模型輸出的控制自動變速器電機(jī)控制信號，能夠根據(jù)整車實(shí)時的工況改變電機(jī)的 輸出轉(zhuǎn)速；同時仿真器中運(yùn)行的負(fù)載轉(zhuǎn)矩接收模型接收來在于自動變速器試驗(yàn)臺架的轉(zhuǎn)矩 變化信號，依此為根據(jù)判斷換擋沖擊度的大小。TCU接收來在于仿真器的油門和車速信號，經(jīng)過內(nèi)部控制算法的運(yùn)算處理后將相 應(yīng)檔位的電磁閥控制信號給自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架上的自動變速器，從而控制自動變速器換 擋；自動變速器試驗(yàn)臺架作為驗(yàn)證TCU的實(shí)物，能夠反映控制策略的可信度。自動變速器實(shí) 驗(yàn)臺架上的自動變速器電機(jī)控制器接收來自于仿真器的電機(jī)控制信號，從而控制臺架自動 變速器電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)對自動變速器的輸入負(fù)荷的改變；試驗(yàn)臺架上的自動變速器 能夠接收并執(zhí)行來自于TCU的電磁閥控制信號，實(shí)現(xiàn)檔位的保持或是改變。臺架的負(fù)載兩 端裝有扭矩傳感器，通過I/O接口將其變化的頻率信號連接到仿真器中的相應(yīng)接口上，通 過監(jiān)視負(fù)載兩端的轉(zhuǎn)矩的變化率，可以客觀的分析出換擋品質(zhì)的好壞，另外也可以通過人 為主觀的感受來評價換擋品質(zhì)的好壞。
權(quán)利要求1. 一種自動變速器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺，其特征是由PC機(jī)、仿真器、自動變速器控制 單元TCU和實(shí)驗(yàn)臺架組成閉環(huán)系統(tǒng)；所述PC機(jī)用于人機(jī)交互，通過PC機(jī)將模擬汽車整車的數(shù)據(jù)模型存儲在仿真器中，通過 PC機(jī)實(shí)時監(jiān)控和記錄整個閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行過程及結(jié)果，所述PC機(jī)與仿真器通過CAN數(shù)據(jù)總線 進(jìn)行實(shí)時、雙向數(shù)據(jù)交流；所述仿真器用于實(shí)時仿真模擬的汽車整車模型，同時通過I/O接口分別與PC機(jī)和自動 變速器試驗(yàn)臺架進(jìn)行雙向通訊，所述仿真器通過I/O接口向TCU發(fā)出用于模擬包括有油門 開度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的電信號；所述TCU包括有單片機(jī)和相應(yīng)的外圍I/O接口電路，以所述TCU作為自動變速器的控 制器，所述TCU中單片機(jī)接受從仿真器發(fā)出的用于模擬包括油門開度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 的電信號，經(jīng)過TCU中單片機(jī)處理后將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗(yàn)臺架上的自 動變速器；所述自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架包括有電機(jī)控制器、自動變速器電機(jī)、自動變速器、電渦流測 功機(jī)和相應(yīng)的傳感器，自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架接收TCU發(fā)出的電磁閥控制信號并響應(yīng)作相應(yīng) 的換擋動作；同時自動變速器試驗(yàn)臺架的電機(jī)控制器接收從仿真器發(fā)出的自動變速器電機(jī) 控制信號，對自動變速器電機(jī)做相應(yīng)的實(shí)時控制；自動變速器試驗(yàn)臺架的負(fù)載端的轉(zhuǎn)矩傳 感器將負(fù)載的信息實(shí)時傳送到仿真器中，通過PC機(jī)的監(jiān)控界面監(jiān)控負(fù)載端轉(zhuǎn)矩的變化，以 轉(zhuǎn)矩變化率的大小表征換擋沖擊度的大小。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種自動變速器硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)臺，其特征是通過PC機(jī)將模擬汽車整車的數(shù)據(jù)模型存儲在仿真器中，PC機(jī)與仿真器通過CAN數(shù)據(jù)總線進(jìn)行實(shí)時、雙向數(shù)據(jù)交流；仿真器用于實(shí)時仿真模擬的汽車整車模型，向TCU發(fā)出用于模擬包括有油門開度、車速和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的電信號；以TCU作為自動變速器的控制器，接受從仿真器發(fā)出的電信號，將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗(yàn)臺架上的自動變速器；自動變速器實(shí)驗(yàn)臺架接收TCU發(fā)出的電磁閥控制信號并響應(yīng)作相應(yīng)的換擋動作；通過PC機(jī)的監(jiān)控界面監(jiān)控負(fù)載端轉(zhuǎn)矩的變化，以轉(zhuǎn)矩變化率的大小表征換擋沖擊度的大小。
文檔編號G09B9/00GK201829070SQ20102056901
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者張炳力, 杜紅亮, 胡福建, 董彥文, 趙韓, 黃康 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)