专利名称：Amt控制器的硬件在环仿真系统及其自动测试方法
技术领域：
本发明涉及一种用于汽车开发测试的硬件在环仿真(hardware in the loop simulation)系统，特另ll是涉及一禾中 AMT (automated mechanical transmission,机械式自动变速箱)控制器的硬件在环仿真系统。
背景技术：
汽车的机械式自动变速箱(AMT)涉及机械、液压、电子和控制等多学科领域，其工作工况非常复杂，且对安全性要求极高，由此带来了变速箱控制器CTCU，Transmission Control Unit)设计的复杂性。AMT控制器从系统架构设计，单个功能的开发、测试，到软件集成、系统测试和标定，需要一个长期的过程。在其软件开发流程中，通常采取概念设计——建模与仿真——代码生成——软件集成——测试的做法。在AMT控制器的软件开发过程中，特别是软件批产之前，对于应用层软件、底层软件以及硬件的测试是必不可少的。目前这种测试一般是实际车辆装配AMT控制器后进行道路试验，费时费力，加大了开发成本，加长了开发周期。并且有些极限测试工况由于较为危险而难以用实际车辆复现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种AMT控制器的硬件在环仿真系统，该系统可以较好地模拟真实车辆对AMT控制器进行测试。为此，本发明还要提供所述AMT控制器的硬件在环仿真系统的测试方法，该方法可以进行对AMT控制器进行批产前的硬件、软件自动测试以及耐久性测试。为解决上述技术问题，本发明AMT控制器的硬件在环仿真系统包括有LABCAR系统，所述LABCAR系统包括有汽油发动机整车模型，所述汽油发动机整车模型包括有车辆子模型，所述车辆子模型包括有自动变速箱子模型，所述自动变速箱子模型包括有用于采集各执行机构的当前运行位置、以及传动系统模型运算得出的各轴扭矩、 转速和车速信号的信号采集模型；用于计算各轴扭矩、转速和车速信号的传动系统模型；用于计算在驱动端电压作用下各执行机构的当前位置、以及在此位置下离合器膜片弹簧的压紧力、通过其驱动端两个管脚之间的电压差正负情况判断各电机转动方向的执行机构模型；用于根据选档执行机构和换档执行机构的当前位置计算出当前所处的静态档位或换档过程中的目标档位，并逐步增加或逐步撤除相应的同步器作用力的档位处理模型。所述AMT控制器的硬件在环仿真系统的自动测试方法包括如下步骤第1步，定义测试内容，编写测试用例，将测试用例中的测试变量与汽油发动机整车模型和AMT控制器的软件中具有相同物理含义的变量进行关联；
第2步，定义测试目标，将需要测试的AMT控制器与汽油发动机整车模型之间相连接，设定多个测试用例之间的测试顺序；第3步，执行测试，使用自动测试工具包执行测试用例；第4步，验证测试结果，在测试执行结束后输出测试报告，给出测试结果。本发明AMT控制器的硬件在环仿真系统及其自动测试方法可以真实地模拟车辆、 尤其是其中的机械式自动变速器AMT)与AMT控制器进行互动，从而可对AMT控制器进行各种测试，尤其适用于AMT控制器批量生产之前的软、硬件测试。
图1是本发明AMT控制器的硬件在环仿真系统的结构示意图；图2是图1中LABCAR系统1的结构示意图；图3是图2中汽油发动机整车模型11的结构示意图；图4是图3中车辆子模型113的结构示意图；图5是图4中自动变速箱子模型B的结构示意图；图6是图5中信号采集模型Bl的结构示意图；图7是图5中传动系统模型B2的结构示意图；图8是图5中执行机构模型B3的结构示意图；图9是汽油发动机整车模型11与自动变速箱子模型B之间的信号输入输出关系示意图；图10是AMT控制器2与LABCAR系统1及其中的汽油发动机整车模型11、自动变速箱子模型B之间的信号输入输出关系示意图；图11是一个五档式AMT的结构示意图；图12是图11中执行机构模型B2的结构示意图；图13是本发明AMT控制器的硬件在环仿真系统的工作原理示意图；图14是本发明AMT控制器的硬件在环仿真系统对AMT控制器进行自动测试的示意图。图中附图标记说明1为LABCAR系统；11为汽油发动机整车模型；111为驾驶员子模型；112为环境子模型；Il3为车辆子模型；A为发动机子模型；B为自动变速箱子模型；Bl为信号采集模型； B2为传动系统模型；B3为执行机构模型；B4为档位处理模型；Bll为发动机扭矩传感器模型；B12为输入轴扭矩传感器模型；B13为输出轴扭矩传感器模型；B14为发动机转速传感器模型；B15为输入轴转速传感器模型；B16为输入轴转速传感器模型；B17为车速传感器模型；B18为离合器执行机构位置传感器模型；B19为选档执行机构位置传感器模型；Bla 为换档执行机构位置传感器模型；B21为发动机模型；B22为离合器模型；B23为五档机械式变速箱模型；BM为传动轴模型；B25为主减速器模型为差速器模型；B27为整车动力学模型；B31为离合器执行机构模型；B32为选档执行机构模型；B33为换档执行机构模型；C为车辆动力学子模型；12为信号发生与采集板卡；2为AMT控制器；3为测试系统。
具体实施方式
请参阅图1，本发明AMT控制器的硬件在环仿真系统包括LABCAR系统1、AMT控制器2及实现二者通讯的测试系统3。所述LABCAR系统1是ETAS公司开发的一款硬件和软件产品，提供了开放式、可拓展的硬件在环仿真系统的基础构件。所述AMT控制器2为待测试的实际硬件产品，也称为TCU。所述测试系统3包括测试设备(硬件)和测试软件。为进行手动测试目的，测试系统3包括ETAS公司开发的INCA软硬件包，其可以对汽车电子系统进行标定、诊断和验证。 为进行自动测试目的，测试系统3还包括ETAS公司开发的LABCAR-AUT0MATI0N软件包，其可以对汽车电子系统进行自动化测试。请参阅图2，所述LABCAR系统1包括软件和硬件两部分，其中软件部分为汽油发动机整车模型(GEVM) 11及其运行环境界面，硬件部分为信号发生与采集板卡12。为实现 LABCAR软硬件之间的信息交互还需要对硬件板卡进行选型及配置。所述汽油发动机整车模型11是LABCAR系统1的软件部分的核心，用来模拟车辆动力学模型，可以将它看作是汽车的生产制造车间，如图3所示，其包括有驾驶员子模型 111、环境子模型112和车辆子模型113。汽油发动机整车模型11的运行环境界面为LABCAR EE软件，可用于观察实时仿真系统运行状况，也可以对其进行控制。所述信号发生与采集板卡12用于模拟产生AMT控制器2所需的各种传感器信号， 并采集AMT控制器2发出的电机驱动控制信号。这样便形成了 LABCAR系统1与AMT控制器2的闭环连接，模拟实际车辆环境。AMT控制器2和汽油发动机整车模型11之间的信号交互通过设置LABCAR系统1硬件配置文件实现信号转换。请参阅图4，所述车辆子模型113又包括发动机子模型A、自动变速箱子模型B和车辆动力学子模型C。本发明的AMT控制器硬件在环仿真系统要求汽油发动机整车模型11能够进行实时仿真，依据对LABCAR系统1的软硬件资源的分析，要求仿真步长为1ms，请参阅图5，本发明采用AMESim软件搭建所述自动变速箱子模型B，并生成相应的实时代码替换原汽油发动机整车模型11中的变速箱模型，其包括有用于采集各执行机构电机的当前运行位置，以及传动系统模型运算得出的各轴扭矩、转速和车速信号的信号采集模型Bi、用于计算各轴扭矩、转速和车速信号的传动系统模型B2、用于计算在驱动端电压作用下各执行器的当前位置，以及在此位置下离合器膜片弹簧的压紧力，通过其驱动端两个管脚之间的电压差正负情况判断各电机转动方向的执行机构模型B3、用于根据选档执行机构和换档执行机构的当前位置，计算出当前所处的静态档位或换档过程中的目标档位，并逐步增加或逐步撤除相应的同步器作用力的档位处理模型B4。请参阅图6，所述信号采集模型Bl又包括有发动机扭矩传感器模型B11、输入轴扭矩传感器模型B12、输出轴扭矩传感器模型B13、发动机转速传感器模型B14、输入轴转速传感器模型B15、输出轴转速传感器模型B16、车速传感器模型B17、离合器执行机构位置传感器模型B18、选档执行机构位置传感器模型B19、换档执行机构位置传感器模型Bla。这些传感器采用AMESim软件的机械库中的相应传感器模块搭建。请参阅图7，所述传动系统模型B2又包括有发动机模型B21、离合器模型B22、机械式自动变速箱模型B23、传动轴模型B24、主减速器模型B25、差速器模型B26以及整车动力学模型B27。所述传动系统模型B2采用AMESim软件的机械库和动力传动库中的发动机模块、离合器模块、齿轮对模块、同步器模块、传动轴模块、扭振弹簧模块、轮胎模块、车身模块搭建而成。请参阅图8，所述执行机构模型B3又包括有离合器执行机构模型B31、选档执行机构模型B32以及换档执行机构模型B33。所述执行机构模型B3采用AMESim软件的机械库和动力传动库中的直流电机模块、蜗轮蜗杆模块、摆杆模块、质量模块、变刚度弹簧模块搭建而成。所述离合器执行机构模型B31、选档执行机构模型B32以及换档执行机构模型B33 的驱动方式均为电机驱动。所述档位处理模型B4依据选档执行机构和换档执行机构的当前位置，识别出当前所处的静态档位或换档过程中的目标档位，并对相对应的同步器逐步增加或逐步撤除作用力。所述档位处理模型B4采用AMESim软件的信号库中的相关信号处理模块搭建而成。所述自动变速箱子模型B建模过程包括以下步骤1.基于实际AMT车辆的物理特性搭建与其逻辑和结构上相符合的仿真模型首先根据AMESim软件所提供的模块，分别选择engine模块模拟发动机，multi-discs-clutch模块模拟离合器，gear_3_ports模块模拟齿轮对，half_ synchronizer 模块模拟同步器，emd_DirectCurrentMachine 模块模拟直流电机,worm gear 模块模拟涡轮蜗杆，tyre_and_wheel模块模拟轮胎，dif模块模拟差速器，car模块模拟车身动力学，rotary shaft模块模拟传动轴及半轴，displacementsensor模块模拟位移传感器(离合器执行机构位置、选档执行机构位置和换档执行机构位置)，rotaryspeedsensor 模块模拟转速传感器(发动机转速、输入轴转速和输出轴转速)，torquesensor模块模拟扭矩传感器(发动机扭矩、输入轴扭矩和输出轴扭矩)，velocitysensor模块模拟车速传感器，fofx和asciifofx模块模拟档位处理；其次，每个模块都有相应的多个子模型，依据模型复杂程度和模型之间连接关系，为每个模块选择子模型。以离合器模块为例，有多种子模型可供选择，包含TRDC00A， TRDC00B, TRDCO1A, TRDCOIB, TRDC02A等子模型，每种子模型的复杂程度和适用场合也不一样，TRDC00A用双曲正切函数来计算离合器滑摩和相对静止阶段摩擦扭矩，当离合器滑差超过设定的阈值时，摩擦扭矩为最大值，当离合器滑差小于设定的阈值时，离合器传递扭矩按照实际滑差与阈值比值的双曲正切函数变化。TRDC00B在TRDC00A的基础上考虑液压缸离心力对摩擦扭矩的影响。TRDC01A采用复位积分器模型来计算离合器slip和stick转换过程摩擦扭矩。TRDC01B在TRDC01A基础上还考虑液压缸离心力带来的影响。TRDCO2A为考虑粘性摩擦的复位积分器模型。TRDC00A模型最简单，此模型用于AMESim软件实时仿真 (定步长仿真)则有很大的问题，很容易导致模型发生震荡，使模型不能正常运行。经过反复试验和调试，发现使用TRDC01A离合器子模型，模型仿真运行收敛没有震荡，比较适合变速器实时建模和仿真。使用同样的方式进行分析测试，可确定各个模块的子模型。其中发动机模块使用TREN00B，离合器模块使用TRDC001A，齿轮对模块使用TRGT0A，同步器模块使用TRSY1A，其他模块采用默认的第一子模型；依据实际AMT车辆参数，进行各模块的参数设定，以离合器模型为例，其膜片弹簧压紧力大小与离合器执行机构之间的位置关系依据实际膜片弹簧特性曲线进行设定。启动仿真获得仿真数据，利用仿真数据与实车数据或者台架实验数据进行比对分析，对所搭建的仿真模型进行验证。
2.设置实时仿真步长为lms，仿真方式为定步长。以上仿真模型运行时会有很多高频分量作用，要求模型采用很小的仿真步长才能保证模型能够稳定正确运行，仿真步长需要达到us级，当使用定步长Ims仿真时，会导致仿真结果发散，离合器输出转矩在最大正负值之间波动，与实际车辆运行过程不相符合，使变速箱不能形成正确的档位，得不到正确的仿真结果。可利用AMESim软件提供的实时性简化工具(状态统计、活性指数、特征值分析以及模态分析)进行实时性简化和优化，离合器接合过程和同步器同步过程为模态特征值分析时刻，确定需要优化的元件，重新选择子模型和参数优化设置，以降低模型的复杂程度，减小对仿真步长的要求，同时保证简化后的系统仍有足够的仿真精度。在调试中依据下
列关系式
权利要求
1.一种AMT控制器的硬件在环仿真系统，其特征是，包括有LABCAR系统，所述LABCAR 系统包括有汽油发动机整车模型，所述汽油发动机整车模型包括有车辆子模型，所述车辆子模型包括有自动变速箱子模型，所述自动变速箱子模型包括有用于采集各执行机构的当前运行位置、以及传动系统模型运算得出的各轴扭矩、转速和车速信号的信号采集模型；用于计算各轴扭矩、转速和车速信号的传动系统模型；用于计算在驱动端电压作用下各执行机构的当前位置、以及在此位置下离合器膜片弹簧的压紧力、通过其驱动端两个管脚之间的电压差正负情况判断各电机转动方向的执行机构模型；用于根据选档执行机构和换档执行机构的当前位置计算出当前所处的静态档位或换档过程中的目标档位，并逐步增加或逐步撤除相应的同步器作用力的档位处理模型。
2.根据权利要求1所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统，其特征是，所述信号采集模型又包括有发动机扭矩传感器模型、输入轴扭矩传感器模型、输出轴扭矩传感器模型、发动机转速传感器模型、输入轴转速传感器模型、输出轴转速传感器模型、车速传感器模型、离合器执行机构位置传感器模型、选档执行机构位置传感器模型、换档执行机构位置传感器模型；这些传感器采用AMESim软件的机械库中的相应传感器模块搭建。
3.根据权利要求1所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统，其特征是，所述传动系统模型又包括有发动机模型、离合器模型、机械式自动变速箱模型、传动轴模型、差速器模型以及整车动力学模型；所述传动系统模型采用AMESim软件的机械库和动力传动库中的发动机模块、离合器模块、齿轮对模块、同步器模块、传动轴模块、轮胎模块、扭振弹簧模块、车身模块搭建而成。
4.根据权利要求1所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统，其特征是，所述执行机构模型又包括有离合器执行机构模型1、选档执行机构模型以及换档执行机构模型；所述执行机构模型采用AMESim软件的机械库和动力传动库中的直流电机模块、蜗轮蜗杆模块、摆杆模块、质量模块、变刚度弹簧模块搭建而成。
5.根据权利要求1所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统，其特征是，所述档位处理模型依据选档执行机构和换档执行机构当前位置，识别出当前所处的静态档位或换档过程中的目标档位，并对相对应的同步器逐步增加或逐步撤除作用力；所述档位处理模型采用 AMESim软件的信号库中的信号处理模块搭建而成。
6.如权利要求1所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统的自动测试方法，其特征是，包括如下步骤第1步，定义测试内容，编写测试用例，将测试用例中的测试变量与汽油发动机整车模型和AMT控制器的软件中具有相同物理含义的变量进行关联；第2步，定义测试目标，将需要测试的AMT控制器与汽油发动机整车模型之间相连接， 设定多个测试用例之间的测试顺序；第3步，执行测试，使用自动测试工具包执行测试用例；第4步，验证测试结果，在测试执行结束后输出测试报告，给出测试结果。
7.根据权利要求6所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统的自动测试方法，其特征是， 所述方法第1步中，所述测试内容包括应用层功能检查、合理性检查；所述应用层功能检查用于检测AMT控制器的控制策略是否运行正常，实现对功能层的逻辑检查；具体包括手柄状态计算检测、静态档位时离合器执行机构位置、选档执行机构位置和换档执行机构位置检测；记录换档过程中的发动机转速、离合器输入轴转速、车速、离合器执行机构位置、选档执行机构位置、换档执行机构位置信号，用于进行换档过程三个执行电机的动作监测及变速器与发动机之间的协调控制分析；所述合理性检查用于检查AMT控制器的底层操作系统及软硬件接口等功能是否运行正常；具体包括对输入接口、输出接口、底层软件运行状态的检测。
8.根据权利要求6所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统的自动测试方法，其特征是， 所述方法第1步中，将所述测试内容分解成多个测试用例；每个测试用例包含以下内容对汽油发动机整车模型和AMT控制器的内部控制软件的变量进行读取和赋值操作，每次赋值操作为一个测试点；同时在测试过程中记录变量的变化曲线并判断变量是否在设定的有效区间内变化，设定判断各个测试点是否成功完成的标准，在测试结束后输出测试结果。
9.根据权利要求6所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统的自动测试方法，其特征是， 所述方法第2步中，将需要测试的AMT控制器与汽油发动机整车模型相连接，是将两者具有相同物理含义的接口一一连接。
10.根据权利要求6所述的AMT控制器的硬件在环仿真系统的自动测试方法，其特征是，所述方法第3步中，所述自动测试工具包为LABCAR-AUT0MATI0N软件包。
全文摘要
本发明公开了一种AMT控制器的硬件在环仿真系统，包括有LABCAR系统，所述LABCAR系统包括有汽油发动机整车模型，所述汽油发动机整车模型包括有车辆子模型，所述车辆子模型包括有自动变速箱子模型，所述自动变速箱子模型包括有信号采集模型、传动系统模型、执行机构模型和档位处理模型。本发明还公开了所述系统对AMT控制器进行自动测试的方法。本发明可以真实地模拟车辆与AMT控制器进行互动，从而可对AMT控制器进行各种测试。
文档编号G05B23/02GK102520711SQ20111038563
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者李君 , 李淑英, 梅近仁, 王天生, 谢先平, 金伦 申请人:联合汽车电子有限公司