專利名稱：基于仿真器的電控液力式自動變速器控制規律快速原型實驗臺架的制作方法
基于仿真器的電控液力式自動變速器控制規律快速原型實驗臺架技術領域
本發明是對自動變速器控制規律進行快速原型的實驗臺架，更具體地說是一種應 用在自動變速器TCU開發過程中，起到快速原型的實驗臺架。
背景技術：
自動變速器換擋沖擊小、傳動平穩，長期以來一直是汽車變速器產品中的主流機 型。在進行機械自動器控制規律的研發過程中，對自動變速器控制規律的驗證，以及自動變 速器的臺架實驗是實現樣機裝車的基礎。在傳統開發流程中存在以下三個問題
1、首先完成硬件的制作，在這個基礎上對控制規律的控制特性和控制效果進行驗 證，一旦發現所設計的方案不能滿足要求，必須修改硬件，產生了較大的硬件投入資本；
2、軟件工程師手工編寫代碼，再將代碼集成于硬件電路中，都需要以硬件為基礎， 軟件工程師和硬件工程師不可以同時進行設計，這樣會使產品開發周期延長，浪費許多時 間和物力；
3、在對模型進行驗證時，不能監控模型的運行狀態，也不能對模型的控制參數進 行修改或標定，只能通過主觀判斷來修改，這樣在模型的驗證、測試和修改上花費大量的時 間，同時也造成人力、物力的浪費。
已有的仿真器實時仿真系統是一種基于仿真軟件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件系統，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/調試的軟件環境，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 的硬件運行環境。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、當產品型控制器制造完以后，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復測試。
但是目前還沒有將仿真器應用到自動變速箱臺架上來控制自動變速箱的控制規 律，并實時監控控制規律的運行狀況和修改控制參數來調整換擋品質。發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種基于仿真器的電控液 力式自動變速器控制規律快速原型實驗臺架，利用仿真器和自動變速器實驗臺架來完成自 動變速器控制規律的快速原型、驗證自動變速器控制規律，在TCU沒有設計成形以前，利用 仿真器實時系統作為控制算法及控制邏輯代碼的硬件運行環境，構建虛擬的實驗環境，來 驗證自動變速器控制規律的可行性；并且在實驗過程中監測控制規律的運行狀態，進行實 時的修改，達到快速原型的目的。
本發明為解決技術問題采用如下技術方案
本發明基于仿真器的電控液力式自動變速器控制規律快速原型實驗臺架，其特征是由PC機、仿真器和自動變速器實驗臺組成；
所述PC機用于人機交互，通過PC機將模擬汽車整車的數據模型經編譯后存儲到 仿真器中，由所述PC機實時監控和記錄整個實驗臺架的運行過程及結果，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；
所述仿真器用于實時仿真模擬的汽車數據模型，仿真器通過I/O接口分別與PC機 和自動變速器實驗臺進行雙向通訊，由所述仿真器通過I/O接口向自動變速器實驗臺發送 換擋模擬信號，同時仿真器通過I/O接口從自動變速器實驗臺上采集包括轉速和油門在內 的模擬信號；
所述自動變速器實驗臺由左輪驅動電機、右輪驅動電機、自動變速器驅動電機、自 動變速器和各傳感器組成，由所述自動變速器實驗臺接收仿真器發出的電磁閥控制信號并 作出相應的換擋動作；由仿真器輸出自動變速器電機的控制信號；同時由各傳感器將實驗 臺架的運行信息實時傳送至仿真器，并通過PC機中的監控界面進行監控。
本發明將仿真器和PC機利用高速數據總線與實際的自動變速器實驗臺相連接， 用來模擬汽車自動變速器的運行環境。PC機按照工程人員擬定的自動變速器換擋曲線建立 自動變速器控制模型，包括自動變速器換擋模型、換擋電磁閥控制及執行元件模型，并且將 這些模型編譯到仿真器中；仿真器通過高速數據總線與自動變速器實驗臺架相連，采集實 驗臺架上自動變速器的運行狀況，并且為自動變速器實驗臺提供換擋信息；監控軟件在PC 機上建立控制規律的監控窗口，監測模型運行狀態，可以實時修改模型參數。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在
1、本發明利用仿真器實時仿真系統作為控制算法及控制邏輯代碼的硬件運行環 境，使開發人員在對控制特性或控制效果有一定的掌握之后再制造硬件電路，這樣大大地 節省了硬件電路的開發成本，同時也縮短了產品的開發流程和開發周期；
2、本發明在模型編譯后直接下載到仿真器中，利用仿真器來控制自動變速器實驗 臺架的自動變速器換擋，不必等待軟件工程師的代碼和硬件工程師的硬件電路，可以大大 縮短產品的開發周期，節約時間，同時也充分發揮人力的效率；
3、本發明利用監控軟件監測模型的運行狀態，控制模型中所存在的問題明朗化， 使開發人員可以以實時修改、運行、再修改、再運行，直到控制模型滿足使用性能為止，使得 模型的修改簡化，節約了很多時間。
圖1本發明中自動變速器控制規律快速原型實驗臺架連接圖2自動變速器換擋曲線；
圖3自動變速器換擋模型；
圖4換擋電磁閥控制及執行元件模型；
圖5本發明中自動變速器臺架實驗流程示意圖6a、圖6b本發明中自動變速器臺架結構示意圖中標號1左驅動輪電機，2自動變速器，3右輪驅動電機，4自動變速器驅動電 機。
具體實施方式
參見圖1，本實施例是由PC機、仿真器和自動變速器實驗臺組成；其中
PC機用于人機交互，通過PC機將模擬汽車整車的數據模型經編譯后存儲到仿真 器中，由PC機實時監控和記錄整個實驗臺架的運行過程及結果，PC機與仿真器通過CAN數 據總線進行實時、雙向數據交流；
所用dSPACE實時仿真器是由dSPACE公司開發的一套基于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件系統，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/調試的軟件環境。dSPACE軟件系統包括代碼生成及下載軟件(包括 matlab/simulink/stateflow 和 matlab 的 RTW)、實驗監控管理軟件(主要有 ControlDesk 綜合實驗環境)、產品級代碼的生成軟件(TargetLink)。dSPACE硬件系統包括智能化的單 板系統和標準組件系統。
仿真器用于實時仿真模擬的汽車數據模型，仿真器通過I/O接口分別與PC機和自 動變速器實驗臺進行雙向通訊，由仿真器通過I/O接口向自動變速器實驗臺發送換擋模擬 信號，同時仿真器通過I/O接口從自動變速器實驗臺上采集包括轉速和油門在內的模擬信 號；
參見圖6a和圖6b，自動變速器實驗臺由左輪驅動電機1、右輪驅動電機3、自動變 速器驅動電機4、自動變速器2和各傳感器組成，由自動變速器實驗臺接收仿真器發出的電 磁閥控制信號并作出相應的換擋動作；由仿真器輸出自動變速器電機4的控制信號；同時 由各傳感器將實驗臺架的運行信息實時傳送至仿真器，并通過PC機中的監控界面進行監 控。
本發明把真實的自動變速器實驗臺架、仿真器和PC機利用高速數據總線進行連 接，用來模擬汽車自動變速器的運行環境。利用如圖2所示的擬定的自動變速器換擋曲線 建立自動變速器控制模型，包括如圖3所示的自動變速器換擋模型、如圖4所示的換擋電磁 閥控制及執行元件模型；將各模型編譯后下載到仿真器中，利用仿真器控制電磁閥驅動電 路，并將電磁閥驅動電路接入自動變速器實驗臺架對應的電磁閥接口 ；臺架運行過程中在 PC機的監控窗口監測模型運行狀態，并實時修改模型參數。
本實施例中的仿真器用來存儲編譯后的模型代碼，然后利用其輸出來控制外部硬 件設備；電磁閥驅動電路用來驅動換擋電磁閥換擋。
圖5所示為利用仿真器和自動變速器實驗臺架實現AT換擋規律快速原型的工作 流程。
第一步，制定換擋規律，液力自動變速器最佳匹配換擋規律與發動機特性、變矩器 特性、變速器擋位數和傳動比等有密切的關系，通過對液力自動變速器進行建模仿真來制 定合理的換擋規律，建立換擋模型和換擋電磁閥執行機構模型，并進行離線仿真；
第二步，輸入接口命令，在建模方框圖中，從接口庫用拖放指令實時測試所需的I/ 0(A/D轉換器，增量編碼接口等)，并對I/O參數(如A/D電壓范圍等)進行設置；
第三步，根據所使用的接口模塊，將PC、仿真器、電磁閥驅動電路以及自動變速器 實驗臺架上的自動變速器的電磁閥接口連接在一起。
自動變速器臺架實驗準備工作完成之后，首先通過臺架控制臺接通電源，調整電機輸出轉速，然后利用監控軟件實驗工具軟件包與實時控制器進行交互操作，如調整控制 參數，顯示控制系統的狀態(如發動機速度，車速，檔位等)，跟蹤過程響應曲線。根據監控 界面所反映的信息，對控制模型中的參數(如換擋電磁閥的占空比、換擋點等)進行修改， 然后在對修改后的模型進行臺架實驗，如此反復，直至控制模型達到一定的設計要求。
權利要求
1.基于仿真器的電控液力式自動變速器控制規律快速原型實驗臺架，其特征是由PC 機、仿真器和自動變速器實驗臺組成；所述PC機用于人機交互，通過PC機將模擬汽車整車的數據模型經編譯后存儲到仿真 器中，由所述PC機實時監控和記錄整個實驗臺架的運行過程及結果，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；所述仿真器用于實時仿真模擬的汽車數據模型，仿真器通過I/O接口分別與PC機和自 動變速器實驗臺進行雙向通訊，由所述仿真器通過I/O接口向自動變速器實驗臺發送換擋 模擬信號，同時仿真器通過I/O接口從自動變速器實驗臺上采集包括轉速和油門在內的模 擬信號；所述自動變速器實驗臺由左輪驅動電機(1)、右輪驅動電機(3)、自動變速器驅動電機 G)、自動變速器( 和各傳感器組成，由所述自動變速器實驗臺接收仿真器發出的電磁閥 控制信號并作出相應的換擋動作；由仿真器輸出自動變速器電機的控制信號；同時由 各傳感器將實驗臺架的運行信息實時傳送至仿真器，并通過PC機中的監控界面進行監控。
全文摘要
本發明公開了一種基于仿真器的電控液力式自動變速器控制規律快速原型實驗臺架，其特征是由PC機、仿真器和自動變速器實驗臺組成；通過PC機將模擬汽車整車的數據模型經編譯后存儲到仿真器中，由PC機實時監控和記錄整個實驗臺架的運行過程及結果，PC機與仿真器通過CAN數據總線進行實時、雙向數據交流；仿真器用于實時仿真模擬的汽車數據模型，由仿真器通過I/O接口向自動變速器實驗臺發送換擋模擬信號，同時通過I/O接口從自動變速器實驗臺上采集模擬信號；自動變速器實驗臺接收仿真器發出的電磁閥控制信號并作出相應的換擋動作。本發明可大大地節省硬件電路的開發成本，縮短產品開發周期。
文檔編號G05B17/02GK102033493SQ20101051512
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月21日 優先權日2010年10月21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