一種自動變速器硬體在環仿真實驗臺的製作方法

2023-05-16 06:27:06 3

專利名稱：一種自動變速器硬體在環仿真實驗臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種自動變速器硬體在環仿真實驗臺，更具體地說是一種應用在 車輛自動變速器控制器開發流程過程中的實驗臺，用於縮短產品的開發周期，減少人力物 力的投入。
背景技術：
傳統的自動變速器控制單元TCU設計方法是首先設計自動變速器控制單元TCU， 接著對原機型進行改造，然後通過臺架進行匹配試驗，由測試結果修正TCU的控制策略，再 進行臺架試驗。這一系列過程中，每次TCU的測試必須要在汽車樣機開發之後才能進行，這 樣的過程存在周期長、效率低、成本高，還可能由於控制算法的缺欠和錯誤造成設備損壞甚 至發生危險工況，而且，許多總成部件及其控制器都是並行開發的，因此無法調試整車的控 制策略及驗證其可行性，給自動變速器控制單元TCU的開發帶來了困難。已有的仿真器實時仿真系統是一種基於仿真軟體的控制系統開發及測試的工作 平臺。仿真器實時仿真系統具有高速計算能力的硬體系統，包括處理器、I/O等，還擁有方 便易用的代碼生成/下載和實驗/調試的軟體環境，可以處理以下問題1、在控制系統開發的初期，仿真器實時仿真系統用作為控制算法及控制邏輯代碼 的硬體運行環境。仿真器提供的各種I/O板，用於連接控制模型和控制對象。2、當產品型控制器製造完以後，可以用來仿真控制對象或外部環境，從而允許對 控制器進行全面、詳細的測試，甚至連極限條件下的應用也可以進行反覆測試。但是目前還沒有將仿真器應用到車輛自動變速器控制器開發流程過程中。發明內容本實用新型是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種自動變速器硬體 在環仿真實驗臺，以使自動變速器控制器開發設計過程更加快捷、方便、高效。本實用新型為解決技術問題採用如下技術方案本實用新型自動變速器硬體在環仿真實驗臺的結構特點是由PC機、仿真器、自動 變速器控制單元TCU和實驗臺架組成閉環系統；所述PC機用於人機互動，通過PC機將模擬汽車整車的數據模型存儲在仿真器中， 通過PC機實時監控和記錄整個閉環系統運行過程及結果，所述PC機與仿真器通過CAN數 據總線進行實時、雙向數據交流；所述仿真器用於實時仿真模擬的汽車整車模型，同時通過I/O接口分別與PC機和 自動變速器試驗臺架進行雙向通訊，所述仿真器通過I/O接口向TCU發出用於模擬包括有 油門開度、車速和發動機轉速的電信號；所述TCU包括有單片機和相應的外圍I/O接口電路，以所述TCU作為自動變速器 的控制器，所述TCU中單片機接受從仿真器發出的用於模擬包括油門開度、車速和發動機 轉速的電信號，經過TCU中單片機處理後將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗臺架上的自動變速器；所述自動變速器實驗臺架包括有電機控制器、自動變速器電機、自動變速器、電渦 流測功機和相應的傳感器，自動變速器實驗臺架接收TCU發出的電磁閥控制信號並響應作 相應的換擋動作；同時自動變速器試驗臺架的電機控制器接收從仿真器發出的自動變速器 電機控制信號，對自動變速器電機做相應的實時控制；自動變速器試驗臺架的負載端的轉 矩傳感器將負載的信息實時傳送到仿真器中，通過PC機的監控界面監控負載端轉矩的變 化，以轉矩變化率的大小表徵換擋衝擊度的大小。本實用新型自動變速器控制單元TCU與PC機、仿真器中模擬的整車模型和自動變 速器實驗臺架三者之間通過相應的I/O接口進行實時數據通信，構成用於模擬真實車輛運 行狀態的自動變速器汽車閉環系統。模擬的自動變速器汽車閉環系統通過I/O接口向TCU 輸入油門、車速和發動機轉速信號，經過TCU的控制算法運算處理後將輸出信號送到自動 變速器實驗臺架上的自動變速器中，實現自動換擋，通過對自動變速器汽車系統中發動機 模型進行實時控制而達到對變速器實驗臺架中電機的控制和測試，最後利用仿真監視軟體 對臺架輸出轉矩和整個仿真過程進行數據管理和監控。與已有技術相比，本實用新型的有益效果體現在由於採用了基於仿真器、仿真軟 件和自動變速器實驗臺架組成的硬體在環試驗臺，可以在進行整車臺架或道路試驗之前完 成對控制算法的調試和驗證，這種方法可以在短時間內完成對TCU的測試與調整。
圖1為本實用新型硬體在環仿真試驗臺實物圖；圖2為本實用新型基於仿真器和自動變速器實驗臺架的TCU硬體在環仿真試驗臺 圖；圖3為本實用新型PC機中基於仿真軟體和接口的整車系統模型和轉矩採集模塊。
具體實施方式
參見圖1、圖2，由PC機、仿真器、自動變速器控制單元TCU和實驗臺架組成閉環系 統；其中，PC機用於人機互動，通過PC機將模擬汽車整車的數據模型存儲在仿真器中，通過 PC機實時監控和記錄整個閉環系統運行過程及結果，所述PC機與仿真器通過CAN數據總線 進行實時、雙向數據交流；採用dSPACE實時仿真器，是由dSPACE公司開發的一套基於MATLAB/Simulink的 控制系統開發及測試的工作平臺，實現了和MATLAB/Simulink的完全無縫連接。dSPACE實 時系統擁有具有高速計算能力的硬體系統，包括處理器、I/O等，還擁有方便易用的實現代 碼生成/下載和試驗/調試的軟體環境。dSPACE軟體系統包括代碼生成及下載軟體(包括 matlab/simulink/stateflow 和 matlab 的 RTW)、實驗監控管理軟體(主要有 ControlDesk 綜合實驗環境)、產品級代碼的生成軟體(TargetLink)。dSPACE硬體系統包括智能化的單 板系統和標準組件系統。仿真器用於實時仿真模擬的汽車整車模型，同時通過I/O接口分別與PC機和自動 變速器試驗臺架進行雙向通訊，所述仿真器通過I/O接口向TCU發出用於模擬包括有油門開度、車速和發動機轉速的電信號；TCU包括有單片機和相應的外圍I/O接口電路，以所述TCU作為自動變速器的控制 器，所述TCU中單片機接受從仿真器發出的用於模擬包括油門開度、車速和發動機轉速的 電信號，經過TCU中單片機處理後將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗臺架上的自動 變速器；自動變速器實驗臺架包括有電機控制器、自動變速器電機、自動變速器、電渦流測 功機和相應的傳感器，自動變速器實驗臺架接收TCU發出的電磁閥控制信號並響應作相應 的換擋動作；同時自動變速器試驗臺架的電機控制器接收從仿真器發出的自動變速器電機 控制信號，對自動變速器電機做相應的實時控制；自動變速器試驗臺架的負載端的轉矩傳 感器將負載的信息實時傳送到仿真器中，通過PC機的監控界面監控負載端轉矩的變化，以 轉矩變化率的大小表徵換擋衝擊度的大小。參見圖3，首先在PC機中建立由路況模型(基於UDDS路況)、駕駛員模型、發動機 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，同時建立起負載轉矩接收 模塊的模型，經過離線仿真後，加上仿真軟體中相應的I/O接口模塊，通過實時仿真器的I/ 0接口實現與外部實時通訊，將整車系統模型進行編譯、連結後並自動下載到仿真器中，形 成虛擬的實時運行的整車模型，然後通過PC機與仿真器的交互通訊可以在仿真監視界面 中進行相應的交互式實時監控和測試。整個仿真試驗臺運行後，從仿真器中運行的駕駛員模型輸出油門信號，經過D/A 處理後輸入到TCU ；從車輛模型輸出的車速信號經過放大、濾波處理後也輸入到TCU中；而 從發動機模型輸出的控制自動變速器電機控制信號，能夠根據整車實時的工況改變電機的 輸出轉速；同時仿真器中運行的負載轉矩接收模型接收來在於自動變速器試驗臺架的轉矩 變化信號，依此為根據判斷換擋衝擊度的大小。TCU接收來在於仿真器的油門和車速信號，經過內部控制算法的運算處理後將相 應檔位的電磁閥控制信號給自動變速器實驗臺架上的自動變速器，從而控制自動變速器換 擋；自動變速器試驗臺架作為驗證TCU的實物，能夠反映控制策略的可信度。自動變速器實 驗臺架上的自動變速器電機控制器接收來自於仿真器的電機控制信號，從而控制臺架自動 變速器電機的轉速，從而實現對自動變速器的輸入負荷的改變；試驗臺架上的自動變速器 能夠接收並執行來自於TCU的電磁閥控制信號，實現檔位的保持或是改變。臺架的負載兩 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接口上，通 過監視負載兩端的轉矩的變化率，可以客觀的分析出換擋品質的好壞，另外也可以通過人 為主觀的感受來評價換擋品質的好壞。
權利要求1. 一種自動變速器硬體在環仿真實驗臺，其特徵是由PC機、仿真器、自動變速器控制 單元TCU和實驗臺架組成閉環系統；所述PC機用於人機互動，通過PC機將模擬汽車整車的數據模型存儲在仿真器中，通過 PC機實時監控和記錄整個閉環系統運行過程及結果，所述PC機與仿真器通過CAN數據總線 進行實時、雙向數據交流；所述仿真器用於實時仿真模擬的汽車整車模型，同時通過I/O接口分別與PC機和自動 變速器試驗臺架進行雙向通訊，所述仿真器通過I/O接口向TCU發出用於模擬包括有油門 開度、車速和發動機轉速的電信號；所述TCU包括有單片機和相應的外圍I/O接口電路，以所述TCU作為自動變速器的控 制器，所述TCU中單片機接受從仿真器發出的用於模擬包括油門開度、車速和發動機轉速 的電信號，經過TCU中單片機處理後將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗臺架上的自 動變速器；所述自動變速器實驗臺架包括有電機控制器、自動變速器電機、自動變速器、電渦流測 功機和相應的傳感器，自動變速器實驗臺架接收TCU發出的電磁閥控制信號並響應作相應 的換擋動作；同時自動變速器試驗臺架的電機控制器接收從仿真器發出的自動變速器電機 控制信號，對自動變速器電機做相應的實時控制；自動變速器試驗臺架的負載端的轉矩傳 感器將負載的信息實時傳送到仿真器中，通過PC機的監控界面監控負載端轉矩的變化，以 轉矩變化率的大小表徵換擋衝擊度的大小。
專利摘要本實用新型公開了一種自動變速器硬體在環仿真實驗臺，其特徵是通過PC機將模擬汽車整車的數據模型存儲在仿真器中，PC機與仿真器通過CAN數據總線進行實時、雙向數據交流；仿真器用於實時仿真模擬的汽車整車模型，向TCU發出用於模擬包括有油門開度、車速和發動機轉速的電信號；以TCU作為自動變速器的控制器，接受從仿真器發出的電信號，將電磁閥控制信號傳送到自動變速器試驗臺架上的自動變速器；自動變速器實驗臺架接收TCU發出的電磁閥控制信號並響應作相應的換擋動作；通過PC機的監控界面監控負載端轉矩的變化，以轉矩變化率的大小表徵換擋衝擊度的大小。
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 優先權日2010年10月20日
發明者張炳力, 杜紅亮, 胡福建, 董彥文, 趙韓, 黃康 申請人:合肥工業大學