技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车开发测试技术，特别涉及一种自动变速箱控制器仿真试验台。
背景技术
[0002] 汽车自动变速箱(AT)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(TCU，Transmission Control Unit)设计的复杂性：变速箱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。在变速箱控制器软件开发流程中，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，对于测试未通过或需要改进的变速箱控制器软件的功能模
块，需要重复上述开发过程。对于比较复杂的变速箱控制器软件功能模块，由于无法在实际环境中进行仿真，概念设计和建模中的
缺陷无法及时发现，导致生成的变速箱控制器软件存在缺陷，从而引起变速箱控制器软件的频繁升级，降低了变速箱控制器软件开发
质量和效率。此类缺陷一般要靠道路试验来发现，费时费
力，加大了开发成本，加长了开发周期。此外在变速箱控制器开发早期，一般也要靠大量的道路试验来摸索控制规律，需耗费大量的人力、物力，所有这些导致自动变速箱控制器开发周期很长。
[0003] 利用仿真技术可验证控制策略的有效性并可在早期发现控制器软件存在的缺陷，改善软件开发质量，加快开发进度。
现有技术中变速箱控制系统仿真多采用离线仿真方式，极少数
硬件在环仿真也是简单变速箱控制器硬件实时仿真，模型比较简单，不能准确模拟变速箱工作状态，且无法和
发动机模型构成完整动力系统，变速箱控制器无法和发动机
电子控制单元(ECU，Engine Control Unit)进行实时通讯，仿真试验环境不完善，不能满足产品变速箱控制器开发要求。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种自动变速箱控制器仿真试验台，能在保证变速箱控制器软件开发质量的情况下，大大提高变速箱控制器的开发和测试效率，缩短开发周期，降低开发成本和
风险。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明的自动变速箱控制器仿真试验台，包括一宿主机、一实时目标机、一
信号发生与测量部件、一发动机电子控制器、多个电磁
阀；
[0006] 所述宿主机设置有自动变速车辆
动力总成仿真模型，所述宿主机能输入仿真条件；所述宿主机通过网络同所述实时目标机、信号发生与测量部件相连，所述宿主机将设置的仿真条件传送到所述实时目标机、信号发生与测量部件，将所述自动变速车辆动力总成仿真模型下载到所述实时目标机；
[0007] 所述宿主机接收所述实时目标机中的所述仿真模型的仿真运行结果信息、所述信号发生与测量部件检测到的所述多个
电磁阀的
电流，进行显示或存档；
[0008] 所述信号发生与测量部件分别同所述宿主机、实时目标机、发动机电子控制器、电磁阀相连，用于检测所述多个电磁阀的电流、所述发动机电子控制器输出的控制量，并接收所述目标机中的所述仿真模型输出的相关转速信号，并将所述多个电磁阀的电流、所述发动机电子控制器控制量传送给所述实时目标机中的自动变速车辆动力总成仿真模型和所述宿主机，并将所述转速信号和所述仿真条件转换为相应实际物理信号相应送给变速箱控制器以及所述发动机电子控制器；
[0009] 所述实时目标机中的自动变速车辆动力总成仿真模型用于根据所述仿真条件、所述多个电磁阀的电流、所述发动机控制器控制量，计算发动机、变速箱及车辆工作状态，输出相关转速信号到所述信号发生与测量部件及所述宿主机；
[0010] 所述自动变速车辆动力总成仿真模型包括发动机模型、自动变速箱模型、整车动力学模型，所述发动机模型根据所述仿真条件、所述发动机电子控制器控制量，计算
发动机扭矩并将其输出给所述自动变速箱模型，所述自动变速箱模型根据所述发动机扭矩、所述多个电磁阀的电流、所述仿真条件及所述整车动力学模型的工作状态，计算输出所述转速信号；
[0011] 所述发动机电子控制器，接收所述信号发生与测量部件传来的相关实际物理信号和变速箱控制器发送的变速箱工作状态信息，输出控制量，并向变速箱控制器发送发动机状态信息；
[0012] 变速箱控制器基于所述实际物理信号及发动机状态信息，输出电磁阀
控制信号，并输出变速箱工作状态信息；
[0013] 所述多个电磁阀根据所述电磁阀控制信号执行相应的动作。
[0014] 所述宿主机通过以太网同所述实时目标机及所述信号发生与测量部件相连；所述发动机电子控制器通过CAN总线与变速箱控制器通信；所述宿主机设置有Labcar EE软件，所述宿主机和所述实时目标机及所述信号发生与测量部件通过以太网和Labcar EE软件进行数据交换，宿主机通过Labcar EE软件将车辆动力总成仿真模型下载到所述实时目标机中并进行仿真条件设置，并通过Labcar EE软件读取所述实时目标机中的车辆动力总成仿真模型的仿真运行结果信息。
[0015] 所述输入的仿真条件包括档位、节气
门开度、
制动、模式
开关、变速箱油温、道路坡度；
[0016] 所述自动变速箱模型包括自动变速箱液压系统模型、自动变速箱机械
传动系统模型；所述自动变速箱机械传动系统模型包括
液力变矩器模型、
锁止
离合器模型、
行星轮传动机构模型；
[0017] 所述整车动力学模型包括
传动轴模型、
主减速器模型、
差速器模型、轮胎模型；
[0018] 所述信号发生与测量部件包括D/A板卡、A/D板卡、I/O板卡、PWM信号发生器板卡、任意信号发生器板卡、电流采集板卡；
[0019] 所述转速信号包括
发动机转速、变速箱
输出轴转速、
涡轮转速；
[0020] 所述发动机电子控制器输出的控制量包括喷油时间、
点火角。
[0021] 本发明的自动变速箱控制器仿真试验台还可以包括一标定计算机，所述标定计算机通过网络连接变速箱控制器，所述标定计算机用于对变速箱控制器运行相关数据进行记录和分析。
[0022] 所述标定计算机通过以太网连接变速箱控制器，所述标定计算机设置有INCA软件，所述标定计算机通过INCA软件对变速箱控制器运行相关数据进行记录和分析。
[0023] 所述标定计算机与所述宿主机分别使用一台计算机或使用同一台计算机。
[0024] 本发明的自动变速箱控制器仿真试验台，还可以包括一Bypass主计算机、一Bypass目标机，所述Bypass主计算机通过网络与Bypass目标机通信，所述Bypass主计算机用于开发新功能模块，生成代码并将其在线下载到所述Bypass目标机中，新功能模块在所述Bypass目标机中以实时方式运行；Bypass目标机用于同变速箱控制器通信，变速箱控制器程序当运行到
指定功能模块时，变速箱控制器程序跳转去执行Bypass目标机中的相应功能模块，以Bypass目标机中的相应功能模块计算结果作为当前运算结果，代替变速箱控制器中指定功能模块的运算结果。
[0025] 所述Bypass主计算机通过以太网同Bypass目标机通信，所述Bypass主计算机同所述宿主机可以分别使用一台计算机，也可以使用同一台计算机。
[0026] 所述Bypass主计算机设置有ASCET软件，所述Bypass主计算机通过ASCET软件生成功能模块。
[0027] 为解决上述技术问题，本发明还提供了一种仿真模型建立方法，包括以下步骤：
[0028] 一.利用AMESIM软件建立自动变速箱和整车动力学离线仿真模型；利用Labcar
汽油机模型GEVM模型来构建发动机模型；
[0029] 二.利用实车或台架试验数据对自动变速箱和整车动力学离线仿真模型进行验证，验证通过后将所述自动变速箱和整车动力学离线仿真模型优化为定步长实时仿真模型；
[0030] 三.利用AMESIM软件提供的实时代码生成功能，将所述定步长实时仿真模型转换为实时目标机能够运行的实时仿真代码；
[0031] 四.在Simulink环境中通过S函数调用上述生成的实时仿真代码文件，将自动变速箱模型、整车动力学模型和所述发动机模型集成起来，构成自动变速车辆动力总成仿真模型。
[0032] 本发明的自动变速箱控制器仿真试验台，在自动变速车辆动力总成仿真模型中集成发动机模型、自动变速箱模型、整车动力学模型，是一个完善的自动变速箱控制器硬件在环实时仿真平台，不仅包含了变速箱控制器硬件在环仿真，而且还包含了发动机电子控制器硬件在环仿真，能够较真实的模拟发动机工作状态，为自动变速箱模型提供接近于真实车辆的发动机扭矩输入，同时发动机电子控制器和变速箱控制器可进行实时CAN通讯，同变速箱控制器在实车上的工作过程完全相同，构成了接近于实车的虚拟车辆变速箱控制器开发仿真平台。在此变速箱控制器仿真试验台上，能在保证变速箱控制器软件开发质量的情况下，大大提高变速箱控制器的开发和测试效率，缩短开发周期，降低开发成本和风险。
附图说明
[0033] 下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0034] 图1是本发明的自动变速箱控制器仿真试验台一实施方式示意图；
[0035] 图2是一4速自动变速箱结构示意图；
[0036] 图3是自动变速箱模型示意图。
具体实施方式
[0037] 本发明的自动变速箱控制器仿真试验台一实施方式如图1所示，包括一宿主机、一实时目标机、一信号发生与测量部件、一发动机电子控制器、多个电磁阀、一标定计算机、一Bypass主计算机、一Bypass目标机；
[0038] 所述宿主机设置有Labcar EE软件(Labcar EE软件是一种用于Labcar实时仿真平台的仿真环境设置软件，通过它和连接网络宿主机和目标机可进行数据交互，可进行模型下载、仿真条件设置和仿真结果读取和显示)、自动变速车辆动力总成仿真模型，所述仿真条件包括档位、节气门开度、制动、
变速器油温、模式开关、道路坡度等；所述宿主机通过以太网同所述实时目标机、信号发生与测量部件相连，所述宿主机通过Labcar EE软件及以太网将自动变速车辆动力总成仿真模型下载到所述实时目标机，并进行仿真条件设置，同时接收所述实时目标机中的自动变速车辆动力总成仿真模型仿真结果信息；所述宿主机将设置的仿真条件传送给所述信号发生与测量部件并接收所述信号发生与测量部件检测到的电磁阀电流；所述宿主机将所述电磁阀的电流、所述转速信号等仿真运行结果信息以图形或数值形式进行显示或存档；
[0039] 所述信号发生与测量部件分别同所述宿主机、实时目标机、发动机电子控制器、电磁阀相连，用于检测所述多个电磁阀的电流、所述发动机电子控制器输出的控制量、所述目标机中的所述仿真模型输出的相关转速信号，并将所述多个电磁阀的电流、所述发动机电子控制器控制量传送给所述实时目标机中的自动变速车辆动力总成仿真模型和所述宿主机，并将所述转速信号和所述仿真条件转换为相应实际物理信号输相应送给变速箱控制器以及所述发动机电子控制器；所述信号发生与测量部件可以采用ES4100，ES4100是Labcar实时仿真平台的一个信号发生与测量部件，它包含有D/A板卡、I/O板卡、PWM信号发生器板卡、任意信号发生器板卡、A/D板卡、电流采集板卡等多种板卡，能模拟产生多种信号，且可对多种信号进行测量；
[0040] 所述实时目标机中的自动变速车辆动力总成仿真模型用于根据所述仿真条件、所述多个电磁阀的电流、所述发动机电子控制器控制量，仿真计算发动机、自动变速箱及车辆工作状态，输出发动机转速、涡轮转速及变速箱输出轴转速等相关转速信号到所述信号发生与测量部件及所述宿主机；所述发动机电子控制器控制量包括发动机各缸喷油时间、点火角等；
[0041] 所述自动变速车辆动力总成仿真模型包括发动机模型、自动变速箱模型、整车动力学模型，所述发动机模型根据所述仿真条件、所述发动机电子控制器控制量，计算发动机扭矩并将其输出给所述自动变速箱模型，所述自动变速箱模型根据所述发动机扭矩、所述多个电磁阀的电流、所述仿真条件及所述整车动力学模型的工作状态，计算相关离合器/制动器的压力和转矩，然后据此再次计算输出所述转速信号；
[0042] 所述自动变速箱模型包括自动变速箱液压系统模型、自动变速箱机械传动系统模型；所述自动变速箱机械传动系统模型包括液力变矩器模型、锁止离合器模型、行星轮传动机构模型等；所述整车动力学模型包括传动轴模型、主减速器模型、差速器模型、轮胎模型等；
[0043] 所述发动机电子控制器，接收所述信号发生与测量部件传来的相关实际物理信号，接收变速箱控制器发送的变速箱工作状态信息，输出控制量到所述信号发生与测量部件，并输出发动机工作状态信息到变速箱控制器，所述发动机电子控制器通过CAN总线同变速箱控制器通信；
[0044] 变速箱控制器基于所述实际物理信号及发动机状态信息，根据其里面的控制程序输出的电磁阀控制信号，控制所述多个电磁阀执行相应的操作，所述多个电磁阀根据变速箱控制器输出的电磁阀控制信号执行相应的动作；变速箱控制器向发动机电子控制器发送变速箱工作状态信息；
[0045] 所述标定计算机通过以太网连接变速箱控制器，所述标定计算机设置有INCA软件，所述标定计算机通过INCA软件对变速箱控制器运行相关数据进行记录和分析，同时可对控制器相关控制参数进行标定；
[0046] 所述Bypass主计算机通过以太网同所述Bypass目标机通信，所述Bypass目标机通过以太网与变速箱控制器进行通信，所述Bypass主计算同所述Bypass目标机构成Bypass系统(Bypass系统即旁通快速
原型开发系统)，用于变速箱控制器软件的快速原型开发。所述Bypass主计算机用于开发新功能模块，生成代码并将其在线下载到所述Bypass目标机中，新功能模块在所述Bypass目标机中以实时方式运行；Bypass系统能改变速箱控制器程序执行方式，变速箱控制器程序当运行到指定功能模块时，变速箱控制器程序跳转去执行Bypass目标机中的相应功能模块，以Bypass目标机中的相应功能模块计算结果作为当前运算结果，代替变速箱控制器中需改进的指定功能模块的运算结果，实现旁通快速原型开发。
[0047] 所述Bypass主计算机设置有ASCET软件(ASCET是一种高级建模及自动代码开发工具)，所述Bypass主计算机通过ASCET软件开发功能模块；所述Bypass目标机可以采用ES1000设备。
[0048] 所述标定计算机、所述Bypass主计算机同所述宿主机可以共用一台计算机。
[0049] 所述自动变速车辆动力总成仿真模型用于模拟发动机、自动变速箱及整车的工作状态。所述发动机模型可以采用Labcar汽油机模型GEVM模型来构建，在其发动机模型
基础上，根据实际发动机配置，对模型相关参数进行配置，和发动机电子控制器构成虚拟发动机仿真系统，为自动变速箱模型提供与实车相近的发动机扭矩
输入信号。
[0050] 所述自动变速箱模型以图2所示4速自动变速箱结构示意图为分析对象，进行建模分析。变速箱具有3个换档离合器(低速离合器UD，超速离合器OD，
倒档离合器REV)，2个制动器(低倒档制动器LR，2-4档制动器2ND)和一个
单向离合器OWC，通过不同的离合器和制动器组合，可形成4个前进挡(D1～D4)和一个后退档(R)，变速箱换档逻辑状态表如*表1所示(o表示接合，o 表示低速时接合)。除倒档离合器外，每个离合器/制动器的压力均由一个PWM(脉冲宽度调制)开关电磁阀进行控制。通过控制电磁阀的状态切换及电磁阀的占空比，就可改变各离合器/制动器上的油压，实现自动变速箱的换档操作。
[0051] 表1
[0052]
[0053] 自动变速箱模型包液压系统模型和机械传动系统模型两部分，其模型非常复杂，采用常规方法难以准确建模，且其模型计算量非常大，在定步长仿真方式下为使模型收敛，仿真步长通常需小于0.01ms，这超出了实时目标机的运算能力，因此对于自动变速箱模型的开发需要进行特殊的处理。
[0054] 作为一较佳
实施例，采用系统建模软件AMESIM来开发自动变速箱模型及整车动力学模型。AMESIM提供模块级的建模方式，建模效率高，具有多种常见元器件模块模型，对于液压、机械、电磁等复杂系统建模具有很好的解决能力。基于AMESIM的自动变速箱及整车动力学模型如图3所示，建立了自动变速箱液压系统模型、液力变矩器模型、锁止离合器模型及行星轮传动机构模型，还有传动轴模型、主减速器模型、差速器模型、轮胎模型等，自动变速箱液压系统模型根据变速箱液压系统实际构成利用各种液压模块搭建而成，自动变速箱机械传动系统模型通过行星轮传动机构模块搭建而成。自动变速箱模型的输入包括发动机扭矩、车辆外部行驶环境(道路坡度，制动力)、各离合器/制动器的控制压力，其中发动机扭矩由发动机模型提供，离合器压力由电磁阀电流经过自动变速箱液压系统模型转换计算后得到；输出主要包括各传动部件的转速和转矩，如发动机转速、涡轮转速、变速箱输出轴转速等。
[0055] 然后利用实车或台架试验数据对自动变速箱和整车动力学离线仿真模型进行验证，验证通过后将所述自动变速箱和整车动力学离线仿真模型优化为定步长实时仿真模型，再利用AMESIM软件提供的实时代码生成功能，将所述定步长实时仿真模型转换为所述实时目标机件能够运行的实时仿真代码；最后在Simulink环境中通过S函数调用上述生成的实时仿真代码文件，将自动变速箱模型、整车动力学模型和所述发动机模型集成起来，构成自动变速车辆动力总成仿真模型。
[0056] 上述自动变速箱控制器仿真试验台工作过程如下：所述自动变速车辆动力总成仿真模型由宿主机通过Labcar EE软件和以太网下载到实时目标机RTPC中；同时实时目标机RTPC还通过网络接受来自宿主机设定的仿真条件，如档位信号(PRND32L档位)、
刹车、变速箱油温和道路坡道等，另外还有经信号发生和测量部件ES4100检测到的各电磁阀电流、发动机电子控制器各缸喷油时间和点火角，对自动变速车辆动力总成仿真模型进行实时运算，将自动变速车辆动力总成仿真模型运算结果如发动机转速、变速箱输出轴转速等信号送给信号发生和测量部件ES4100。信号发生和测量部件ES4100除接收上述信号外，还接收由宿主机设定的档位信号、节气门开度和刹车等仿真条件，利用其包含的D/A板卡、任意信号发生器及I/O板卡，将它们转换成相应的实际物理信号并相应送给发动机电子控制器和变速箱控制器。发动机电子控制器和所述自动变速车辆动力总成仿真模型中的发动机模型构成发动机虚拟仿真系统，产生发动机扭矩，作为所述自动变速车辆动力总成仿真模型中的自动变速箱模型扭矩输入，同时发动机电子控制器和变速箱控制器之间通过CAN总线进行通讯。变速箱控制器接受信号发生和测量部件ES4100产生的实际物理信号和发动机电子控制器发出的发动机工作状态信息，根据其中的变速箱控制器软件程序，发出相应的控制指令，控制电磁阀执行相应的动作。电磁阀电流经信号发生和测量部件ES4100电流采集板卡检测，被重新送入到所述自动变速车辆动力总成仿真模型，用于计算相关离合器/制动器的压力和转矩，自动变速箱模型据此再次计算发动机转速、涡轮转速和变速箱输出轴转速等，这样就和变速箱控制器构成了闭环仿真系统。实时目标机RTPC中自动变速车辆动力总成仿真模型运算结果相关变量可通过以太网上载到宿主机中，在Labcar EE环境中以图形或数值形式实时显示，非常形象直观，便于观察模型仿真结果。
[0057] 同时变速箱控制器通过以太网连接标定计算机，变速箱控制器运行相关数据可通过标定计算机中的INCA软件进行记录和分析，同时还可进行数据标定。标定计算机可以与宿主机共用一台计算机。
[0058] 变速箱控制器的软件通过另外的快速原型系统-Bypass系统开发，Bypass系统包括Bypass主计算机及开发软件ASCET、Bypass目标机ES1000，ASCET软件装在Bypass主计算机上，Bypass主计算机可以与宿主机共用一台计算机。首先利用Bypass系统实现变速箱控制软件新功能模块的旁通快速原型开发，同时通过变速箱硬件在环仿真试验台对新开发的软件功能模块进行在线测试，如果测试结果不符合预期，可对功能模块进行在线
修改，直至满足要求，实现变速箱控制功能软件的快速开发。
[0059] 本发明的自动变速箱控制器仿真试验台，在自动变速车辆动力总成仿真模型中集成发动机模型、自动变速箱模型、整车动力学模型，是一个完善的自动变速箱控制器硬件在环实时仿真平台，不仅包含了变速箱控制器硬件在环仿真，而且还包含了发动机电子控制器硬件在环仿真，能够较真实的模拟发动机工作状态，为自动变速箱模型提供接近于真实车辆的发动机扭矩输入，同时发动机电子控制器和变速箱控制器可进行实时CAN通讯，同变速箱控制器在实车上的工作过程完全相同，构成了接近于实车的虚拟车辆变速箱控制器开发仿真平台。
[0060] 在此变速箱控制器仿真试验台上，结合Bypass系统，可对变速箱控制器的软件功能模块进行在线开发和测试，及时发现问题并在线改进，直到功能满足要求，相对传统的建模与仿真---代码生成---软件集成---测试---改进的开发方法，可大大改善软件开发初期的成熟度，提高变速箱控制器软件开发效率。
[0061] 在此变速箱控制器仿真试验台上，通过设置仿真条件，在实车上不易进行测试的变速箱特殊工况也可很容易的进行模拟和测试，如故障工况、极限工况及复杂道路环境的模拟与测试，测试零风险，可极大提高测试安全和效率。
[0062] 在此变速箱控制器仿真试验台上，可进行变速箱控制器软件预标定，减小匹配成本，提高匹配效率。
[0063] 在此变速箱控制器仿真试验台上，应用Labcar Automation测试软件编写测试脚本(Labcar Automation是一种自动测试软件，通过将测试工况编写成测试脚本，可实现测试的自动化)可以进行变速箱控制器批产前的硬件、软件自动测试以及耐久测试等，可极大的提高测试效率，降低测试成本，缩短变速箱控制器开发周期。
