CN104950879B - 汽车传动系统公共控制平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车传动系统公共控制平台，汽车传动系统公共控制平台由汽车传动实验台、软件控制模块、硬件驱动模块、数据处理模块、故障注入模块、操纵机构、工控机组成，汽车传动实验台与软件控制模块硬件驱动模块操纵机构数据处理模块通信连接；工控机与软件控制模块硬件驱动模块数据处理模块故障注入模块操纵机构模型模块通信连接。本发明具有如下优点：可以对汽车传动实验台进行控制，实现对自动变速器控制器的硬件在环仿真试验；对软件控制模块的各项功能进行测试试验；对不同操纵机构的自动变速器进行测试；对不同类型自动变速器性能测试和控制策略进行评估；检测自动变速器在出现故障时的特性。

Description

汽车传动系统公共控制平台

技术领域

本发明涉及汽车传动系统测试领域，具体涉及一种汽车传动系统公共控制平台。

背景技术

随着我国汽车工业的发展，以及轿车进入家庭引起的大量非职业驾驶员的出现，对自动变速器的需求与日俱增。目前自动变速器的形式主要有：液力机械式自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、双离合器式自动变速器(DCT)、机械无极式自动变速器(CVT)；自动变速器换挡执行机构的操纵形式主要有：液压驱动式、气压驱动式、电机驱动式。

在已有的技术中，传统的汽车传动实验台只能对单一形式的变速器及部件总成进行测试。如中国专利公报2012年10月3日公告的发明专利：自动变速箱测试实验台，申请号：CN201210203287，该发明包括驱动系统、阻力系统、第一测控系统和用于测量的多个传感器，通过对自动变速箱进行综合性能的试验后获取多种性能参数。

上述自动变速箱测试实验台只能对自动变速箱的性能参数进行测试，但无法对自动变速器控制系统进行测试，并且无法用于产品开发和系统标定，其使用性能有待于进一步改进。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种汽车传动系统公共控制平台，可以对自动变速器控制系统进行测试，并且可用于产品开发和系统标定。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种汽车传动系统公共控制平台，包括：操纵机构，用于控制汽车的行驶、启动或停止，与工控机、汽车传动实验台和软件控制模块连接；工控机，用于接收所述操纵机构的信号并编译，将编译后的命令传给软件控制模块、硬件驱动模块和汽车传动实验台，并接收数据处理模块的反馈信息；硬件驱动模块，用于接收工控机的控制信号，通过控制元件驱动汽车传动实验台对车辆进行检测；汽车传动实验台，包括：信号发生器，用于接收所述操纵机构的操纵信号并根据所述操纵信号产生相应的模拟信号，将所述模拟信号传给电机驱动机构；实验台电机控制器，用于接收所述信号发生器和/或所述操纵机构的操纵信号，控制电机的运转；电机，所述电机包括负载电机和驱动电机，所述驱动电机用于驱动自动变速器，所述负载电机用于为所述自动变速器提供负载；转矩转速传感器，与所述电机、所述自动变速器、所述电机驱动机构和所述工控机连接；以及自动变速器，与所述软件控制模块、所述硬件控制模块、数据处理模块和所述控制连接；软件控制模块，与所述工控机通信连接，用于控制所述自动变速器；数据处理模块，用于采集所述自动变速器运行时产生的信息并处理，并将处理结果反馈给所述工控机。

根据本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台，面向不同类型的自动变速器和传动系统的性能测试和电控系统的开发，提供基于通用控制系统设计软件(如MATLAB/Simulink)的控制系统编程、编译和下载环境，完成自动变速控制软件架构、控制策略、控制算法、通信及诊断的编程和测试；可针对不同种类自动变速器及不同的换挡执行机构进行控制算法及控制性能的测试；实现对不同类型自动变速器性能测试和控制策略的评估。

另外，根据本发明上述实施例的汽车传动系统公共控制平台，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述操纵机构包括方向盘、油门踏板、制动踏板。

进一步地，所述控制元件包括液压控制元件驱动器、气动控制元件驱动器、电机控制元件驱动器。

进一步地，所述转矩转速传感器包括第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器，所述汽车传动实验台还包括惯性飞轮，所述实验台电机控制器、所述驱动电机、所述第一转矩转速传感器和所述自动变速器依次连接；所述实验台电机控制器、所述负载电机、所述惯性飞轮、所述第二转矩转速传感器和所述自动变速器依次连接。

进一步地，所述数据处理模块包括：数字量采集模块，采集所述自动变速器的数字量信息并处理；模拟量采集模块，采集所述自动变速器的模拟量信息并处理；开关量采集模块，采集所述自动变速器的开关量信息并处理。

进一步地，还包括故障注入模块，所述故障注入模块将模拟所述自动变速器发生故障时产生的信息传递给所述工控机。

进一步地，还包括模型模块，所述模型模块包括：自动变速器控制系统模型，模拟所述自动变速器的控制信息传递给所述工控机；发动机模型，模拟发动机的运行信息传递给所述工控机；以及整车模型，模拟整车模型运行时产生的信息传递给工控机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台的结构框图；

图2是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台TCU测试功能的结构框图；

图3是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台液压驱动测试功能的结构框图；

图4是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台气压驱动测试功能的结构框图；

图5是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台电机驱动测试功能的结构框图；

图6是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台多参量采集功能的结构框图；

图7是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台自动变速器故障诊断与模拟功能的结构框图。

1、汽车传动实验台；2、软件控制模块；3、硬件驱动模块；4、数据处理模块；5、故障注入模块；6、操纵机构；7、驱动电机；8、转矩和转速传感器A；9、自动变速器；10、转矩和转速传感器B；11、惯性飞轮；12、负载电机；13、被测自动变速器TCU；14、实验台电机控制器；15、信号发生器；16、被测TCU；17、液压控制元件驱动器；18、气动控制元件驱动器；19、电机控制元件驱动器；20、数字量采集模块；21、模拟量采集模块；22、开关量采集模块；23、方向盘、油门踏板、制动踏板；24、工控机；25、模型。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台。

图1是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台的结构框图。如图1所示，汽车传动系统公共控制平台由汽车传动实验台1、软件控制模块2、硬件驱动模块3、数据处理模块4、故障注入模块5、操纵机构6、工控机24组成。汽车传动实验台1的信号通信端口通过信号传输线分别与软件控制模块2的信号输出端、硬件驱动模块3的信号输出端、操纵机构6的信号输出端、数据处理模块4的信号输入端相连接；工控机24的信号通信端口通过信号传输线分别与软件控制模块2的信号输入端、硬件驱动模块3的信号输入端、数据处理模块4的信号输出端、故障注入模块5的信号输出端、操纵机构6的信号输出端、模型25的信号输出端相连接。

汽车传动实验台1由驱动电机7、转矩和转速传感器A(第一转矩转速传感器，下同)8、自动变速器9、转矩和转速传感器B(第二转矩转速传感器)10、惯性飞轮11、负载电机12、被测自动变速器TCU(TCU，Transmission Control Unit)13、实验台电机控制器14、信号发生器15组成，驱动电机7的动力输出轴通过花键与自动变速器9的动力输入轴同轴连接，转矩和转速传感器A安装在驱动电机7的动力输出轴和自动变速器9的动力输入轴的中间位置，转矩和转速传感器A的信号输出端分别与工控机24的信号输入端和实验台电机控制器14的信号输入端相连接，自动变速器9的动力输出轴通过花键与惯性飞轮11的动力输入轴同轴连接，转矩和转速传感器B安装在自动变速器9的动力输出轴和惯性飞轮11的动力输入轴的中间位置，转矩和转速传感器B的信号输出端分别与工控机24的信号输入端和实验台电机控制器14的信号输入端相连接，惯性飞轮11的动力输出轴通过花键与负载电机12的动力输入轴同轴连接，被测自动变速器TCU 13的信号输出端连接到自动变速器9的信号输入端，实验台电机控制器14的信号输出端分别与驱动电机7的信号输入端和负载电机12的信号输入端相连接，信号发生器15的信号输出端连接到实验台电机控制器14的信号输入端。

软件控制模块2由被测TCU 16组成，被测TCU 16的信号输入端分别与工控机24的信号输出端和操纵机构6的信号输出端相连接，被测TCU 16的信号输出端连接到自动变速器9的信号输入端。

硬件驱动模块3由液压控制元件驱动器17、气动控制元件驱动器18、电机控制元件驱动器19组成，液压控制元件驱动器17的信号输入端连接到工控机24的信号输出端，液压控制元件驱动器17的信号输出端连接到自动变速器9的信号输入端，气动控制元件驱动器18的信号输入端连接到工控机24的信号输出端，气动控制元件驱动器18的信号输出端连接到自动变速器9的信号输入端，电机控制元件驱动器19的信号输入端连接到工控机24的信号输出端，电机控制元件驱动器19的信号输出端连接到自动变速器9的信号输入端。

数据处理模块4由数字量采集模块20、模拟量采集模块21、开关量采集模块22组成，数字量采集模块20的信号输入端连接到自动变速器9的信号输出端，数字量采集模块20的信号输出端连接到工控机24的信号输入端，模拟量采集模块21的信号输入端连接到自动变速器9的信号输出端，模拟量采集模块21的信号输出端连接到工控机24的信号输入端，开关量采集模块22的信号输入端连接到自动变速器9的信号输出端，开关量采集模块22的信号输出端连接到工控机24的信号输入端。

操纵机构6由方向盘、油门踏板、制动踏板组成，方向盘、油门踏板、制动踏板的信号输出端的分别与被测TCU 16的信号输入端、工控机24的信号输入端、实验台电机控制器14的信号输入端和信号发生器15的信号输入端相连接。

模型25包括自动变速器控制系统模型、发动机模型和整车模型。

工作原理为：在汽车传动实验台1的控制中，将方向盘、油门踏板、制动踏板的动作指令通过信号发生器15产生模拟工况的模拟信号传输给实验台电机控制器14，通过实验台电机控制器14对驱动电机7和负载电机12进行控制，汽车传动实验台1中的转矩和转速传感器A及转矩和转速传感器B采集的转矩和转速信号通过CAN总线传输到工控机24和实验台电机控制器14中进行反馈，通过以上信号传输可以对汽车传动实验台1进行控制，实现对自动变速器控制器的硬件在环仿真试验。

图2是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台TCU测试功能的结构框图。请参照图2，TCU测试功能，对TCU是否可以对换挡执行机构和阀板等部件发出命令，采集油门、发动机转速等信号并使自动变速器9完成换挡进行检测。此时被测自动变速器TCU 13不起作用，将自动变速器控制系统模型导入工控机24，在工控机24中完成对自动变速器控制系统模型的编译，将编译后的自动变速器控制系统模型程序下载到被测TCU 16中，通过被测TCU16(被测TCU对控制元件进行驱动，是指TCU发送控制命令到控制元件，例如换挡执行机构、换挡电机、自动变速器9中的换挡离合器和制动器、阀板中的电磁阀等，控制元件执行相应的动作)对自动变速器9进行控制，被测TCU 16可以实现对控制元件进行驱动，并且对数字量信号、模拟量信号和开关量信号进行采集，从而实现对被测TCU16的各项功能进行测试试验。

TCU是指自动变速器9的控制单元，也就是自动变速器的控制器。将自动变速器的控制程序烧写到TCU中，在汽车行驶的的过程中，TCU根据控制程序以及采集到的各种传感器的信号量对自动变速器的换挡执行机构、阀板等部件进行控制，实现自动变速器的自动换挡。

图3是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台液压驱动测试功能的结构框图、图4是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台气压驱动测试功能的结构框图、图5是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台电机驱动测试功能的结构框图，如图3、图4和图5所示，对不同操作机构的自动变速器9的测试功能，传动系统公共控制平台配有液压控制元件驱动器17、气动控制元件驱动器18、电机控制元件驱动器19的硬件模块和相应的底层驱动软件，即底层驱动。在TCU的控制系统中包括：基本驱动层(即底层)，高级控制层(即应用层)，及应用接口层。基本驱动层采用嵌入式C语言开发，负责TCU的初始化、设备驱动等工作，对外界保持统一的接口，供上层调用；高级控制层使用MATLAB开发，利用Real-Time Workshop工具自动生成代码，连通应用接口层在Freescale CodeWorrior平台上进行编译，负责上层控制策略；应用接口层实现基本驱动层和高级控制层连通协调工作，可以针对液压驱动、气动驱动、电机驱动等不同类型的自动变速器及不同的换挡执行机构进行控制算法及控制性能的测试，将待检测的自动变速器9安装于汽车传动实验台1上，利用自动变速器9自带的被测自动变速器TCU 13对自动变速器9进行控制，若需要检测的是液压自动变速器、气动自动变速器或者电动自动变速器，则应分别采用液压控制元件驱动器17、气动控制元件驱动器18或者电动控制元件驱动器19对被测自动变速器9的硬件模块进行驱动，通过上述功能实现对各种类型自动变速器9及其换挡执行机构的检测和调试。

图6是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台多参量采集功能的结构框图，如图6所示，多种参量采集功能，设置多路的数字量、模拟量和开关量的测试接口、数据处理模块4和可视化测试系统，数字量包括转速量、频率量等，模拟量包括电压、温度、压力、油面位置等，开关量包括自动变速器手柄位置等，可视化系统在工控机的显示器中实现，实现对不同类型自动变速器9性能测试和控制策略的评估。

图7是本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台自动变速器故障诊断与模拟功能的结构框图，如图7所示，整车仿真测试功能，将发动机模型或者整车模型导入到工控机24中，接入真实的方向盘、油门踏板、制动踏板等操纵机构，进行整车仿真和测试，实现硬件在环仿真试验。

自动变速器9故障诊断与模拟功能，模拟自动变速器故障的程序或者代码，将故障模拟程序导入到工控机24中，通过工控机24编译并烧写到被测TCU 16中，用以控制自动变速器9。当故障模拟程序模拟某一种自动变速器9的故障时，程序会控制自动变速器9的某个执行机构或者元件不起作用，从而达到自动变速器9出现故障的目的。在自动变速器9产生故障时，可检测此时自动变速器9的工作特性。可以实现对自动变速器9故障的离线诊断，并且可以通过故障注入模块5，模拟自动变速器9的故障特征，检测自动变速器9在出现故障时的特性。

另外，本发明实施例的汽车传动系统公共控制平台的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种汽车传动系统公共控制平台，其特征在于，包括：

操纵机构，用于控制汽车的行驶、启动或停止，与工控机、汽车传动实验台和软件控制模块连接，所述操纵机构包括方向盘、油门踏板、制动踏板；

工控机，用于接收所述操纵机构的信号并编译，将编译后的命令传给软件控制模块、硬件驱动模块和汽车传动实验台，并接收数据处理模块的反馈信息；

硬件驱动模块，用于接收工控机的控制信号，通过控制元件驱动汽车传动实验台对车辆进行检测，所述控制元件包括液压控制元件驱动器、气动控制元件驱动器、电机控制元件驱动器；

汽车传动实验台，包括：

信号发生器，用于接收所述操纵机构的操纵信号并根据所述操纵信号产生相应的模拟信号，将所述模拟信号传给电机驱动机构；

实验台电机控制器，用于接收所述信号发生器和/或所述操纵机构的操纵信号，控制电机的运转；

电机，所述电机包括负载电机和驱动电机，所述驱动电机用于驱动自动变速器，所述负载电机用于为所述自动变速器提供负载；

转矩转速传感器，与所述电机、所述自动变速器、所述电机驱动机构和所述工控机连接；以及

自动变速器，与所述软件控制模块、所述硬件驱动模块、数据处理模块、所述转矩转速传感器和被测自动变速器TCU连接；

软件控制模块，与所述工控机通信连接，用于控制所述自动变速器；

数据处理模块，用于采集所述自动变速器运行时产生的信息并处理，并将处理结果反馈给所述工控机。

2.根据权利要求1所述的汽车传动系统公共控制平台，其特征在于，所述转矩转速传感器包括第一转矩转速传感器和第二转矩转速传感器，所述汽车传动实验台还包括惯性飞轮，所述实验台电机控制器、所述驱动电机、所述第一转矩转速传感器和所述自动变速器依次连接；所述实验台电机控制器、所述负载电机、所述惯性飞轮、所述第二转矩转速传感器和所述自动变速器依次连接。

3.根据权利要求1-2任一所述的汽车传动系统公共控制平台，其特征在于，所述数据处理模块包括：

数字量采集模块，采集所述自动变速器的数字量信息并处理；

模拟量采集模块，采集所述自动变速器的模拟量信息并处理；

开关量采集模块，采集所述自动变速器的开关量信息并处理。

4.根据权利要求1-2任一所述的汽车传动系统公共控制平台，其特征在于，还包括故障注入模块，所述故障注入模块将模拟所述自动变速器发生故障时产生的信息传递给所述工控机。

5.根据权利要求1或2所述的汽车传动系统公共控制平台，其特征在于，还包括模型模块，所述模型模块包括：

自动变速器控制系统模型，模拟所述自动变速器的控制信息传递给所述工控机；

发动机模型，模拟发动机的运行信息传递给所述工控机；以及

整车模型，模拟整车模型运行时产生的信息传递给工控机。