CN201829070U - 一种自动变速器硬件在环仿真实验台 - Google Patents

一种自动变速器硬件在环仿真实验台 Download PDF

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张炳力
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Abstract

本实用新型公开了一种自动变速器硬件在环仿真实验台，其特征是通过PC机将模拟汽车整车的数据模型存储在仿真器中，PC机与仿真器通过CAN数据总线进行实时、双向数据交流；仿真器用于实时仿真模拟的汽车整车模型，向TCU发出用于模拟包括有油门开度、车速和发动机转速的电信号；以TCU作为自动变速器的控制器，接受从仿真器发出的电信号，将电磁阀控制信号传送到自动变速器试验台架上的自动变速器；自动变速器实验台架接收TCU发出的电磁阀控制信号并响应作相应的换挡动作；通过PC机的监控界面监控负载端转矩的变化，以转矩变化率的大小表征换挡冲击度的大小。

Description

一种自动变速器硬件在环仿真实验台
技术领域
本实用新型涉及一种自动变速器硬件在环仿真实验台，更具体地说是一种应用在车辆自动变速器控制器开发流程过程中的实验台，用于缩短产品的开发周期，减少人力物力的投入。
背景技术
传统的自动变速器控制单元TCU设计方法是：首先设计自动变速器控制单元TCU，接着对原机型进行改造，然后通过台架进行匹配试验，由测试结果修正TCU的控制策略，再进行台架试验。这一系列过程中，每次TCU的测试必须要在汽车样机开发之后才能进行，这样的过程存在周期长、效率低、成本高，还可能由于控制算法的缺欠和错误造成设备损坏甚至发生危险工况，而且，许多总成部件及其控制器都是并行开发的，因此无法调试整车的控制策略及验证其可行性，给自动变速器控制单元TCU的开发带来了困难。
已有的仿真器实时仿真系统是一种基于仿真软件的控制系统开发及测试的工作平台。仿真器实时仿真系统具有高速计算能力的硬件系统，包括处理器、I/O等，还拥有方便易用的代码生成/下载和实验/调试的软件环境，可以处理以下问题：
1、在控制系统开发的初期，仿真器实时仿真系统用作为控制算法及控制逻辑代码的硬件运行环境。仿真器提供的各种I/O板，用于连接控制模型和控制对象。
2、当产品型控制器制造完以后，可以用来仿真控制对象或外部环境，从而允许对控制器进行全面、详细的测试，甚至连极限条件下的应用也可以进行反复测试。
但是目前还没有将仿真器应用到车辆自动变速器控制器开发流程过程中。
发明内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种自动变速器硬件在环仿真实验台，以使自动变速器控制器开发设计过程更加快捷、方便、高效。
本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：
本实用新型自动变速器硬件在环仿真实验台的结构特点是由PC机、仿真器、自动变速器控制单元TCU和实验台架组成闭环系统；
所述PC机用于人机交互，通过PC机将模拟汽车整车的数据模型存储在仿真器中，通过PC机实时监控和记录整个闭环系统运行过程及结果，所述PC机与仿真器通过CAN数据总线进行实时、双向数据交流；
所述仿真器用于实时仿真模拟的汽车整车模型，同时通过I/O接口分别与PC机和自动变速器试验台架进行双向通讯，所述仿真器通过I/O接口向TCU发出用于模拟包括有油门开度、车速和发动机转速的电信号；
所述TCU包括有单片机和相应的外围I/O接口电路，以所述TCU作为自动变速器的控制器，所述TCU中单片机接受从仿真器发出的用于模拟包括油门开度、车速和发动机转速的电信号，经过TCU中单片机处理后将电磁阀控制信号传送到自动变速器试验台架上的自动变速器；
所述自动变速器实验台架包括有电机控制器、自动变速器电机、自动变速器、电涡流测功机和相应的传感器，自动变速器实验台架接收TCU发出的电磁阀控制信号并响应作相应的换挡动作；同时自动变速器试验台架的电机控制器接收从仿真器发出的自动变速器电机控制信号，对自动变速器电机做相应的实时控制；自动变速器试验台架的负载端的转矩传感器将负载的信息实时传送到仿真器中，通过PC机的监控界面监控负载端转矩的变化，以转矩变化率的大小表征换挡冲击度的大小。
本实用新型自动变速器控制单元TCU与PC机、仿真器中模拟的整车模型和自动变速器实验台架三者之间通过相应的I/O接口进行实时数据通信，构成用于模拟真实车辆运行状态的自动变速器汽车闭环系统。模拟的自动变速器汽车闭环系统通过I/O接口向TCU输入油门、车速和发动机转速信号，经过TCU的控制算法运算处理后将输出信号送到自动变速器实验台架上的自动变速器中，实现自动换挡，通过对自动变速器汽车系统中发动机模型进行实时控制而达到对变速器实验台架中电机的控制和测试，最后利用仿真监视软件对台架输出转矩和整个仿真过程进行数据管理和监控。
与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：由于采用了基于仿真器、仿真软件和自动变速器实验台架组成的硬件在环试验台，可以在进行整车台架或道路试验之前完成对控制算法的调试和验证，这种方法可以在短时间内完成对TCU的测试与调整。
附图说明
图1为本实用新型硬件在环仿真试验台实物图；
图2为本实用新型基于仿真器和自动变速器实验台架的TCU硬件在环仿真试验台图；
图3为本实用新型PC机中基于仿真软件和接口的整车系统模型和转矩采集模块。
具体实施方式：
参见图1、图2，由PC机、仿真器、自动变速器控制单元TCU和实验台架组成闭环系统；其中，
PC机用于人机交互，通过PC机将模拟汽车整车的数据模型存储在仿真器中，通过PC机实时监控和记录整个闭环系统运行过程及结果，所述PC机与仿真器通过CAN数据总线进行实时、双向数据交流；
采用dSPACE实时仿真器，是由dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发及测试的工作平台，实现了和MATLAB/Simulink的完全无缝连接。dSPACE实时系统拥有具有高速计算能力的硬件系统，包括处理器、I/O等，还拥有方便易用的实现代码生成/下载和试验/调试的软件环境。dSPACE软件系统包括代码生成及下载软件(包括matlab/simulink/stateflow和matlab的RTW)、实验监控管理软件(主要有ControlDesk综合实验环境)、产品级代码的生成软件(TargetLink)。dSPACE硬件系统包括智能化的单板系统和标准组件系统。
仿真器用于实时仿真模拟的汽车整车模型，同时通过I/O接口分别与PC机和自动变速器试验台架进行双向通讯，所述仿真器通过I/O接口向TCU发出用于模拟包括有油门开度、车速和发动机转速的电信号；
TCU包括有单片机和相应的外围I/O接口电路，以所述TCU作为自动变速器的控制器，所述TCU中单片机接受从仿真器发出的用于模拟包括油门开度、车速和发动机转速的电信号，经过TCU中单片机处理后将电磁阀控制信号传送到自动变速器试验台架上的自动变速器；
自动变速器实验台架包括有电机控制器、自动变速器电机、自动变速器、电涡流测功机和相应的传感器，自动变速器实验台架接收TCU发出的电磁阀控制信号并响应作相应的换挡动作；同时自动变速器试验台架的电机控制器接收从仿真器发出的自动变速器电机控制信号，对自动变速器电机做相应的实时控制；自动变速器试验台架的负载端的转矩传感器将负载的信息实时传送到仿真器中，通过PC机的监控界面监控负载端转矩的变化，以转矩变化率的大小表征换挡冲击度的大小。
参见图3，首先在PC机中建立由路况模型(基于UDDS路况)、驾驶员模型、发动机模型、自动变速器模型和车辆模型组成的模拟整车工况的模型，同时建立起负载转矩接收模块的模型，经过离线仿真后，加上仿真软件中相应的I/O接口模块，通过实时仿真器的I/O接口实现与外部实时通讯，将整车系统模型进行编译、链接后并自动下载到仿真器中，形成虚拟的实时运行的整车模型，然后通过PC机与仿真器的交互通讯可以在仿真监视界面中进行相应的交互式实时监控和测试。
整个仿真试验台运行后，从仿真器中运行的驾驶员模型输出油门信号，经过D/A处理后输入到TCU；从车辆模型输出的车速信号经过放大、滤波处理后也输入到TCU中；而从发动机模型输出的控制自动变速器电机控制信号，能够根据整车实时的工况改变电机的输出转速；同时仿真器中运行的负载转矩接收模型接收来在于自动变速器试验台架的转矩变化信号，依此为根据判断换挡冲击度的大小。
TCU接收来在于仿真器的油门和车速信号，经过内部控制算法的运算处理后将相应档位的电磁阀控制信号给自动变速器实验台架上的自动变速器，从而控制自动变速器换挡；自动变速器试验台架作为验证TCU的实物，能够反映控制策略的可信度。自动变速器实验台架上的自动变速器电机控制器接收来自于仿真器的电机控制信号，从而控制台架自动变速器电机的转速，从而实现对自动变速器的输入负荷的改变；试验台架上的自动变速器能够接收并执行来自于TCU的电磁阀控制信号，实现档位的保持或是改变。台架的负载两端装有扭矩传感器，通过I/O接口将其变化的频率信号连接到仿真器中的相应接口上，通过监视负载两端的转矩的变化率，可以客观的分析出换挡品质的好坏，另外也可以通过人为主观的感受来评价换挡品质的好坏。

Claims (1)

1.一种自动变速器硬件在环仿真实验台，其特征是由PC机、仿真器、自动变速器控制单元TCU和实验台架组成闭环系统；
所述PC机用于人机交互，通过PC机将模拟汽车整车的数据模型存储在仿真器中，通过PC机实时监控和记录整个闭环系统运行过程及结果，所述PC机与仿真器通过CAN数据总线进行实时、双向数据交流；
所述仿真器用于实时仿真模拟的汽车整车模型，同时通过I/O接口分别与PC机和自动变速器试验台架进行双向通讯，所述仿真器通过I/O接口向TCU发出用于模拟包括有油门开度、车速和发动机转速的电信号；
所述TCU包括有单片机和相应的外围I/O接口电路，以所述TCU作为自动变速器的控制器，所述TCU中单片机接受从仿真器发出的用于模拟包括油门开度、车速和发动机转速的电信号，经过TCU中单片机处理后将电磁阀控制信号传送到自动变速器试验台架上的自动变速器；
所述自动变速器实验台架包括有电机控制器、自动变速器电机、自动变速器、电涡流测功机和相应的传感器，自动变速器实验台架接收TCU发出的电磁阀控制信号并响应作相应的换挡动作；同时自动变速器试验台架的电机控制器接收从仿真器发出的自动变速器电机控制信号，对自动变速器电机做相应的实时控制；自动变速器试验台架的负载端的转矩传感器将负载的信息实时传送到仿真器中，通过PC机的监控界面监控负载端转矩的变化，以转矩变化率的大小表征换挡冲击度的大小。
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