专利名称：基于仿真器的电控液力式自动变速器控制规律快速原型实验台架的制作方法
基于仿真器的电控液力式自动变速器控制规律快速原型实验台架技术领域
本发明是对自动变速器控制规律进行快速原型的实验台架，更具体地说是一种应 用在自动变速器TCU开发过程中，起到快速原型的实验台架。
背景技术：
自动变速器换挡冲击小、传动平稳，长期以来一直是汽车变速器产品中的主流机 型。在进行机械自动器控制规律的研发过程中，对自动变速器控制规律的验证，以及自动变 速器的台架实验是实现样机装车的基础。在传统开发流程中存在以下三个问题
1、首先完成硬件的制作，在这个基础上对控制规律的控制特性和控制效果进行验 证，一旦发现所设计的方案不能满足要求，必须修改硬件，产生了较大的硬件投入资本；
2、软件工程师手工编写代码，再将代码集成于硬件电路中，都需要以硬件为基础， 软件工程师和硬件工程师不可以同时进行设计，这样会使产品开发周期延长，浪费许多时 间和物力；
3、在对模型进行验证时，不能监控模型的运行状态，也不能对模型的控制参数进 行修改或标定，只能通过主观判断来修改，这样在模型的验证、测试和修改上花费大量的时 间，同时也造成人力、物力的浪费。
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自动变速箱台架上来控制自动变速箱的控制规 律，并实时监控控制规律的运行状况和修改控制参数来调整换挡品质。发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于仿真器的电控液 力式自动变速器控制规律快速原型实验台架，利用仿真器和自动变速器实验台架来完成自 动变速器控制规律的快速原型、验证自动变速器控制规律，在TCU没有设计成形以前，利用 仿真器实时系统作为控制算法及控制逻辑代码的硬件运行环境，构建虚拟的实验环境，来 验证自动变速器控制规律的可行性；并且在实验过程中监测控制规律的运行状态，进行实 时的修改，达到快速原型的目的。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案
本发明基于仿真器的电控液力式自动变速器控制规律快速原型实验台架，其特征是由PC机、仿真器和自动变速器实验台组成；
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经编译后存储到 仿真器中，由所述PC机实时监控和记录整个实验台架的运行过程及结果，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数据模型，仿真器通过I/O接口分别与PC机 和自动变速器实验台进行双向通讯，由所述仿真器通过I/O接口向自动变速器实验台发送 换挡模拟信号，同时仿真器通过I/O接口从自动变速器实验台上采集包括转速和油门在内 的模拟信号；
所述自动变速器实验台由左轮驱动电机、右轮驱动电机、自动变速器驱动电机、自 动变速器和各传感器组成，由所述自动变速器实验台接收仿真器发出的电磁阀控制信号并 作出相应的换挡动作；由仿真器输出自动变速器电机的控制信号；同时由各传感器将实验 台架的运行信息实时传送至仿真器，并通过PC机中的监控界面进行监控。
本发明将仿真器和PC机利用高速数据总线与实际的自动变速器实验台相连接， 用来模拟汽车自动变速器的运行环境。PC机按照工程人员拟定的自动变速器换挡曲线建立 自动变速器控制模型，包括自动变速器换挡模型、换挡电磁阀控制及执行元件模型，并且将 这些模型编译到仿真器中；仿真器通过高速数据总线与自动变速器实验台架相连，采集实 验台架上自动变速器的运行状况，并且为自动变速器实验台提供换挡信息；监控软件在PC 机上建立控制规律的监控窗口，监测模型运行状态，可以实时修改模型参数。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在
1、本发明利用仿真器实时仿真系统作为控制算法及控制逻辑代码的硬件运行环 境，使开发人员在对控制特性或控制效果有一定的掌握之后再制造硬件电路，这样大大地 节省了硬件电路的开发成本，同时也缩短了产品的开发流程和开发周期；
2、本发明在模型编译后直接下载到仿真器中，利用仿真器来控制自动变速器实验 台架的自动变速器换挡，不必等待软件工程师的代码和硬件工程师的硬件电路，可以大大 缩短产品的开发周期，节约时间，同时也充分发挥人力的效率；
3、本发明利用监控软件监测模型的运行状态，控制模型中所存在的问题明朗化， 使开发人员可以以实时修改、运行、再修改、再运行，直到控制模型满足使用性能为止，使得 模型的修改简化，节约了很多时间。
图1本发明中自动变速器控制规律快速原型实验台架连接图2自动变速器换挡曲线；
图3自动变速器换挡模型；
图4换挡电磁阀控制及执行元件模型；
图5本发明中自动变速器台架实验流程示意图6a、图6b本发明中自动变速器台架结构示意图中标号1左驱动轮电机，2自动变速器，3右轮驱动电机，4自动变速器驱动电 机。
具体实施方式
参见图1，本实施例是由PC机、仿真器和自动变速器实验台组成；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经编译后存储到仿真 器中，由PC机实时监控和记录整个实验台架的运行过程及结果，PC机与仿真器通过CAN数 据总线进行实时、双向数据交流；
所用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数据模型，仿真器通过I/O接口分别与PC机和自 动变速器实验台进行双向通讯，由仿真器通过I/O接口向自动变速器实验台发送换挡模拟 信号，同时仿真器通过I/O接口从自动变速器实验台上采集包括转速和油门在内的模拟信 号；
参见图6a和图6b，自动变速器实验台由左轮驱动电机1、右轮驱动电机3、自动变 速器驱动电机4、自动变速器2和各传感器组成，由自动变速器实验台接收仿真器发出的电 磁阀控制信号并作出相应的换挡动作；由仿真器输出自动变速器电机4的控制信号；同时 由各传感器将实验台架的运行信息实时传送至仿真器，并通过PC机中的监控界面进行监 控。
本发明把真实的自动变速器实验台架、仿真器和PC机利用高速数据总线进行连 接，用来模拟汽车自动变速器的运行环境。利用如图2所示的拟定的自动变速器换挡曲线 建立自动变速器控制模型，包括如图3所示的自动变速器换挡模型、如图4所示的换挡电磁 阀控制及执行元件模型；将各模型编译后下载到仿真器中，利用仿真器控制电磁阀驱动电 路，并将电磁阀驱动电路接入自动变速器实验台架对应的电磁阀接口 ；台架运行过程中在 PC机的监控窗口监测模型运行状态，并实时修改模型参数。
本实施例中的仿真器用来存储编译后的模型代码，然后利用其输出来控制外部硬 件设备；电磁阀驱动电路用来驱动换挡电磁阀换挡。
图5所示为利用仿真器和自动变速器实验台架实现AT换挡规律快速原型的工作 流程。
第一步，制定换挡规律，液力自动变速器最佳匹配换挡规律与发动机特性、变矩器 特性、变速器挡位数和传动比等有密切的关系，通过对液力自动变速器进行建模仿真来制 定合理的换挡规律，建立换挡模型和换挡电磁阀执行机构模型，并进行离线仿真；
第二步，输入接口命令，在建模方框图中，从接口库用拖放指令实时测试所需的I/ 0(A/D转换器，增量编码接口等)，并对I/O参数(如A/D电压范围等)进行设置；
第三步，根据所使用的接口模块，将PC、仿真器、电磁阀驱动电路以及自动变速器 实验台架上的自动变速器的电磁阀接口连接在一起。
自动变速器台架实验准备工作完成之后，首先通过台架控制台接通电源，调整电机输出转速，然后利用监控软件实验工具软件包与实时控制器进行交互操作，如调整控制 参数，显示控制系统的状态(如发动机速度，车速，档位等)，跟踪过程响应曲线。根据监控 界面所反映的信息，对控制模型中的参数(如换挡电磁阀的占空比、换挡点等)进行修改， 然后在对修改后的模型进行台架实验，如此反复，直至控制模型达到一定的设计要求。
权利要求
1.基于仿真器的电控液力式自动变速器控制规律快速原型实验台架，其特征是由PC 机、仿真器和自动变速器实验台组成；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经编译后存储到仿真 器中，由所述PC机实时监控和记录整个实验台架的运行过程及结果，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数据模型，仿真器通过I/O接口分别与PC机和自 动变速器实验台进行双向通讯，由所述仿真器通过I/O接口向自动变速器实验台发送换挡 模拟信号，同时仿真器通过I/O接口从自动变速器实验台上采集包括转速和油门在内的模 拟信号；所述自动变速器实验台由左轮驱动电机(1)、右轮驱动电机(3)、自动变速器驱动电机 G)、自动变速器( 和各传感器组成，由所述自动变速器实验台接收仿真器发出的电磁阀 控制信号并作出相应的换挡动作；由仿真器输出自动变速器电机的控制信号；同时由 各传感器将实验台架的运行信息实时传送至仿真器，并通过PC机中的监控界面进行监控。
全文摘要
本发明公开了一种基于仿真器的电控液力式自动变速器控制规律快速原型实验台架，其特征是由PC机、仿真器和自动变速器实验台组成；通过PC机将模拟汽车整车的数据模型经编译后存储到仿真器中，由PC机实时监控和记录整个实验台架的运行过程及结果，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数据模型，由仿真器通过I/O接口向自动变速器实验台发送换挡模拟信号，同时通过I/O接口从自动变速器实验台上采集模拟信号；自动变速器实验台接收仿真器发出的电磁阀控制信号并作出相应的换挡动作。本发明可大大地节省硬件电路的开发成本，缩短产品开发周期。
文档编号G05B17/02GK102033493SQ20101051512
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者张炳力, 杜红亮, 胡福建, 董彦文, 赵韩, 黄康 申请人:合肥工业大学