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电控系统软件开发

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本文章利于汽车电子开发必备。

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300 天 津 , 2 00 7 年 9 月 20 7 年 AP C 联合 学术年会 论文 APC2 0 0 7 一 0 63 基于 M A T L A B / S i m u l i n k 及 aT r g e t L i n k 的 A M T 电控系统软件开发 董雄鹤 , 周杰敏 , 余建华 ( 东风 汽车有限公 司商用 车技 术 中心 , 湖 北 省 武汉 市 , 43 0 56 ) 摘 要: 利用 M 六了L A B/ is m iul kn 、 f 盯 g o tL ikn 开发 A M T 电控系统软件 , 具 有模块功 能定义 明确 、 算法 实现与验证 方便快捷 、 模型数据统一 管理 、 自动定标 、 代码 自动 生 成 、 自动 生成 A ZI 文 件等优点 , 极大地提高系统 软件开 发 效率和 开 发质量 。 BA 关键词 : N , 汀 L l s i m u likn ; 几 rg e tL ikn : A州叮 ; 软件 开发 引言 现 代汽车 电控 系 统功 能越 来越 复杂 , 而汽 车产 品 更新 越 来越 快 , 要 求 电控 单 元 开 发 周 期 越 来越 短 , 使 得软件 开发 工程 师 的压 力也越 来越 大 , 采用 传 统 的 开发方 式 已 难 以满 足 车 辆 电控 系统 软 件开 发 的要求 。 因此应 采 用规 范 的软件 开发平 台 , 以提 高软 件 开发效率 和 质量 。 M A T L A B & is m ul ikn 基 于 模 型的设 计 以及 扭电e t il kn 代 码 生成 工具 , 目前在 汽 车 电控 单元 开发 中广泛 使用 , 本 文介绍 的 A M T 电 控 系 统 软 件 正 是 基 于 M 产T L A lB is m ul ikn 及 T ar g e tL i kn 开发 的。 A M T 是在 传统 固定轴 式变速 器伽T )基础 上增 加 一套 自动 变速 操纵 系统 实现 自动化 换档 , 以简化 复杂 的手动 换档 , 降低劳动 强度 。 驾驶 员根据 汽车 载荷 、 路面状 况 、 交 通状 况及 其他外 部条件 , 通 过 选择 手 柄 、 加 速 踏 板 、 制 动 踏 板 驾驶 汽 车 。 A M T 电控 系统 实 时采集 上述 驾驶机 构 的位置 信号 , 结 合 车辆 当 时的运 动状 态 ( 发动机 转速 、 变速 箱输入 轴 转速 、 车速 、 档 位 等 ) , 按 照 可行 的控 制 策 略 , 控 制执 行 机构 ( 发 动机扭 矩和 转速 、 离 合器执 行机 构 、 选 换 档执 行 机 构 ) , 完 成 发 动机 、 离 合 器 、 变速 器 的综合 控制 。 本 文 主 要 介 绍 应 用 M A T L A B s/ im ul ikn 和 肠吧e tL ikn 进 行 的 A M T 电控 系统 ( 以下简 称 T C U ) 软件开发的方 法和 流程 。 T C U 软 件 中的信号 处理 算 法 和 控 制 算法 利 用 is m ul in kl s at efl ow 设 计 , 在 州 , 汀 L A B 环境 下仿 真验 证 , 再在 下盯g e tL i nk 环 境下 进行 模 型转 换 、 参 数定 标 、 自动生 成代码 , 系统底 层 驱动 则用 手工 编写 代码 。 最 后 自动生成 的代 码和 手 工代码 集成 在一起 , 经过编 译 、 链 结生 成 5 19 可 执 行文 件和 m ap 文件 。 5 19 可执行 文件 可下 载到 目 标 系统 中运 行 ; 而 m aP 文件 则用来 在 孔吧e t iL kn 环 境 中 自动 生成 A ZI 文件 。 A ZL 是控 制器 的描 述文件 , 其 中含 有 T C U 可执 行程序 中所 有可 测量变 量及 标 定参数信息 ( 包括 存储 地址及 数据类型 等 ) , 在 T C U 工作 时 , 标 定工 具 ( 本 文 中使 用 C A N A P E ) 根 据 A ZL 文件提 供 的信息 , 读取 T C U 中可测 量变 量和 标 定参数 的数值 , 并按用 户 的要求修改标定参 数数 值 以优 化控 制策 略 。 A M T 电控系统 软件开发 流程 见 图 1。 下面 分 A M T 电控系统底层 驱动 软件 、 基 耐 于 is m ul i s at e fl o w 实 现 信 号 处 理 算 法 、 基 于 is m iul 喇st at efl o w 实现控 制算 法 、 定标代 码 生成和 系 统集 成 、 标 定和 系统 调试五 部分 介绍 A M T 电控 系 统软 件开 发 。 图 I A州叮 电控系统软件开 发流程 1 A M T 电控系统底层 驱动 软件 A M T 电 控 系 统 硬 件 采 用 F er es ca le 公 司 的 M cg s lZ tD 1 28 B 微 处理 器 , 电控 系统 底层 驱动 软件 主要 是对 M C U 寄存 器操 作 , 得 到最 底层 输入 信号 天津 , 20 07 年 9 月 董雄鹤等 : 基于 M A T L A lB is m iul nk 及 aT gr e tL i nk 的 A M T 电控系统软件开发 并控制 最 末级 输 出信 号 , 在 电控 系统 开 发周 期 内它 们变 化不 大 , 且用 S im ul ikn 不 容 易实现 , 故采 用传 统方法 用 手工 编写 , 它们 包 括 : . 1/ 0 : 操 纵 手柄 杆位 编码 输 入信 号 、 手 动 加 减档 输入 信 号 、 变速箱 开 关输 入信号 、 电磁 阀控 制 信号 等 ( A M T 采 用气 动 执行 机构 ) 。 . A ID : 采集 离 合器 位移 传感 器 、 选档 位移 传 感器 、 换档 位移 传 感器 、 制 动踏板位 移传 感器 等 位置 信 号 。 . 转 速测 量 : 测量 变速 箱输 入 轴转速 、 变 速 箱输 出轴 转 速 。 . 定 时 器 : 实现 A M T 电控 系统 多速 率 多任 务调度 的 时基 。 . 中断 : 实时捕捉 外 部信 号 , 如转速 传感 器 输入脉 冲链 、 C A N 通信等 。 . C C P ( C A N C a l i b r at i o n P r o t o e o l ) 驱 动 : 标 定接 口 , 通过 C A N 总线 实现 T C U 实现在 线数据 采 集和 参数 标定 。 . 1J 93 9 接 口 : 整 车通 信 , 接 受 发动机 转速 和 油 门开 度信 号 , 控 制 发动 机转 速和 扭矩 以提 高 换 档品质。 2 基 于 is m ul in k / S at e n o w 实现 信号 处理算法 为 了保 证 电控系 统稳 定 可靠 运行 , 必须 对信 号 ( 数 字 IO/ , 模拟 输入 等 ) 进 行 处理 , 如开 关输 入 信 号 消抖 以减 小外 界干扰 、 模 拟输 入信 号 高低 限检 查 以判断 是否 故障 , 在 出现故 障 时用什 么值 来替 代 输 入信 号等 , 它 也是 系统 故 障诊 断 的依据 。 下面 以 模 拟输 入和 数 字输 入信 号 为例 进行 说 明 。 . 21 模 拟输 入信 号处 理 信 号上 限 枪 测时 间 常数 信县下 限 由 陌俏 信 县 卜砚 由 压俏 信 县 始怜 廿 曲 绪 信号检有查效性 故 降 时默认信 号 值 故 障 时信 号 处理 常 数 故降处理 图 2 模 拟输入信号处理框 图 A 月〕 口 输 入 电压 原始 值通 过信 号有 效性 检 查判 断是 否超 限 , 如 果超 限则进 行 故障 诊 断 , 通 过一 个 状 态机 ( 主要 是计 时 ) 判断 是假 故障还是 真故 障 , 故 障消除 时也 通过 一个状态机 ( 主 要是 计 时 ) 判断 是故 障假 解决 还是 故 障真解 决 。 当 出现 真故 障时 , 由 故 障处 理 策 略 选择模拟 输入 故障时输 入 电压 替 代 值 计算 方法 。 最后 通过线 性化 曲线 得到 传感器对 应 的物理 信 号量 。 模拟 输入 信 号处 理框 图如 图 2 。 .2 2 数 字 输入 信号 处理 数 字输 入信 号处 理框 图见 图 3 。 对 于任 何数字 输入信 号 , 由 UO 信号 处理状态 机 ( 主 要是 计 时翻转 时 间 ) 得 到处理 后 的 Io/ 值 。 高 电平到低 电平 翻转时 间 10 信 号处理 图 3 数字输入信号处理框 图 采用 st at e n o w 可 以方便 地 实现 模拟 输 入和 数 字 输入 的信号 处理算 法 建模。 3 基于 is m ul i司k/ S at e n o w 的控制 策略 车辆 行驶 时 , T C U 根据 当前车 辆运 行状 态确 定 变速 箱的 目标 档 位 , 并 控 制 执 行 机构 完成 下 面 动 作 : 离 合器 分离* 摘 空挡 、 选 档* 换档一 离 合器 结 合 , 实现 自动 换档 , 同时控制 发动 机 的扭矩 和转 速 以提 高 A M T 的换档 品质 。 根 据 不 同任 务 的采样 时 间 及 任 务 性 质 , 控 制 模 块 分 为 A M T d ec o d er 、 ant A M T C tr 、 C o o dr i o r 和 B r ak e 4 个子 系统 : . 3 1 A M T de co de r 子 系统 A M T d ec o de r 子 系 统 主 要 实 现 变 速 箱 档 位 译 码 、 换 档手 柄档 位译 码 , 车速 计 算等 。 . 3 2 A M T C tr 子 系统 A M T C tr 子 系统 步长 4 m s , 主 要 实现选 换 档过 程 控制 、 离合 器控制 和远 程控 制 。 图 4 为在 s at e fl o w 中实现 的状态判 断和 控 制逻 辑 。 图 中 art C l u t c h` D e P -x 、 N E U T R A L 、 G e ar b S e l e e t 、 uct G e ar b x S h i ft 、 C l 都 h C lo s e l 、 C l u t e h C lo s e Z 是子 状态 机 , 分别 代 表离 合器 分离 、 摘 空挡 、 选 档 、 换 档 、 不 同条件 下 的 离合 器 结 合控 制 。 由 3 2 天津 , 2 0 7 年 9 月 董雄鹤等: 基于 M A T L A B/ is m iul nk 及 几电 e tL ink 的 A M T 电控系统软件开发 C 。 。 dr in aot r 子 系 统根 据 换 挡 规 律 计算 出 的变速 箱 目标 档位与 变速 箱 的 当前档位 比较 , 如 果不相 等 , 则 依 次进行 离合 器 分离、 摘空挡 、 选 档、 换 档、 离 合 器 结合 , 完成 换 挡过程 . 图 4 A M cT tr 控 制状 态机 aot . 3 3 C o o dr i n r 子 系统 C o dr iant or 子 系统 用 于 实 现 车辆 运 行 工 况 切 换 、 换档 规律 计算 、 手 动加 减档控 制 。 步长 为 1 5 . 图 5 为 在 is m ul in k 中建立 的子 系统框 图 。 图 5 C o o dr in a to r 子 系 统控制程 序框图 . 34 B r ak e 子系统 B r ak e 子系统 步长 10 m s , 作 用是 实现制 动控 制 。 当驾驶 员踩 下制动 踏板 时 , 判 断是紧 急制 动还是 点 刹 , 决 定在换 挡过 程 中是否控 制发 动机 , 并计算 发 动 机 的 目标 转速 。 B r ak e 子 系统 控制程 序框 图见 图 6。 图 6 B r ak e 子 系 统控制程 序框图 天津 , 20 7 年 9 月 董雄鹤等 : 基于 M AT L A B/ S im ul i nk 及 几 r g e t L ink 的 A M T 电控系统软件开 发 4 定标 、 代码生成 代 码生 成 是控制 算法从 is m ul ink 程 序框 图到 产 品 的 关 键 步 骤 , 虽 然 利 用 M alt ab 产 品 中 的 E m b e d d e d C o d er 可 以生成 针对 不 同 处理 器 的产 品 代 码 , 但 几 r g e lrt ikn 能 更好地 进行 数据 字典 管 理 、 自动 定标 、 自动 生 成 标 定 文 件等 优 点 。 为 了利 用 下盯g e rt il kn 生成 代码 , 必须 在 几飞 et iL kn 环 境 中 , 喇 将 基 于 is m ul i S at e fl o w 的控制 策 略进 行 模 型转 换 , 把 is m ul ikn 模 块转 换 为 介叱e t iL kn 的对 应模块 。 转换 后 的 几飞 e t L i n k 模 型经过 M IL (m o du le i n fo oP )进行 算 法验 证后 , 此 时数 据都 是 浮点 数 。 大部 分嵌 入式处 理器 都是 定 点计算 , 数据 必须定点 存储 和计 算 , 因此必 须进 行数 据 定标 。 肠吧e tL ikn 提供 了最 差环 境 定标 和 自动 定标功 能 , 图 7 是一个 进行 自动 定标 的界面 。 定标 后模 型所 有数 据都 在统 一数 据 字典 管理 之 中 。 随 后 即可进 行代 码 自动 生成 。 T 盯g e t iL kn 能 自 动 生成 标准 C 代 码 , 且 提供 了针 对 不 同处理 器 的优 化 包 , 几 r g e tL i kn 还 能生 成报 告文档 。 进 行标 定 的界 面 。 经过 反 复的策 略修 改一 系统集成 * 系统 标 定 , 目前 A M T 样 车 己 能可 靠运行 , T C U 软 件 各种功 能 在试验 中均 得 到验证 , 车辆起 步 及换 挡 时 也 比较 平 稳 。 图 9 所示 为车辆 起 步和 换挡 过程 中执行 机 构 ( 发动 机 、 离合 器 ) 的控 制 . 5 系统集成 图 7 定标 界面 如前所述 , 对 硬件的操作采用手工编码 的方 式 , 因 此 要将 自动 生成 的代 码和 手工 编 写代 码集 成 才 能 构成 完 整 的 TCU 软 件 。 集成 工 作在 M e g s l Z tD l 2 8 B 的开 发 环境 C o d e 从a/ r i o r 下进 行 , 把 自动 生成代 码 和手 写代码 添 加到 一个 P orj ec t 中 , 经 过 e o m p i l e 、 L i砍 生 成 5 1 9 和 m 叩 文件 。 6 样 车试验 和 标定 软件集 成 工作 完成 后 , 将 T C U 安装 到样 车上 进行 了样 车试 验和 标定 工 作 。 图 8 是 一个 用 C A N 即e 结论 图 9 起步和换档过程 本 文在利 用 M alt ab/ is m iul kn 及 d sP ac e 工具 进 行 A M T 电控 系统 软 件 的开 发 上进 行 了初步 的探 索 , 实践证 明 , 采用 M alt ab / S im iul kn 进 行控 制算 法 策 略 的开发 , 模块 功 能定 义 明确 、 结构清 晰 , 建 模 快捷 , 修改 维护 方便 ; 利 用 T 盯g e lrt i kn 生 成代 码 , 生 成 的代码 可靠 性 高 、 易读 性 好 , 且 能实 现 自动定 标 , 自动生 成 A ZL 文件 , 极 大地 提 高 了软 件 的开发 效 率 和质 量 。 参 考文 献 [l ] T L B as i e G u id e . dP f, aT 电 e tL ikn . 2 1e A u g su t 2 00 5 LT uG 一 [2 ] A d v an e e d i de . Pd f, aT 唱 e tL i kn . 21 u gu st 2 0 0 5 一 3[ ] C AN aP e es U s e -r M an aul 55-E n g li s h 冈 . 〔 4[ 1g s l ZD T 12 8 B DGV 冈 . 2 f, v- [5 ] A S A M = M C D ZM C . . l 4 0 Pdf, Ve sr i o n . I 4() o f 0 3l3 1 2/ 0 0 6[] 丁 荣华 车辆 自动换档 北京理工大学 v[] 葛安林 车辆 自动 变速 理论与设计 吉林工业大学

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