某自動(dòng)變速器車型車速方案設(shè)計(jì)和測(cè)試

朱海龍，趙艷紅，李旭濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州545007）

某自動(dòng)變速器車型車速方案設(shè)計(jì)和測(cè)試

朱海龍，趙艷紅，李旭濤

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州545007）

自動(dòng)變速器車型相對(duì)于手動(dòng)變速器車型，車速傳感器的形式和原始信號(hào)采集處理模塊不同。整車CAN通信架構(gòu)和通信節(jié)點(diǎn)間信號(hào)定義需要重新調(diào)整和測(cè)試。對(duì)某自動(dòng)變速器車型的車速方案和CAN通信基于相同整車平臺(tái)手動(dòng)變速器車型進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，仿真分析和實(shí)車信號(hào)測(cè)試。該方案可以滿足整車功能需求，同時(shí)在一定程度上降低整車成本。

自動(dòng)變速器；車速信號(hào)；仿真；測(cè)試

在目前的整車上，有多個(gè)電子控制單元模塊協(xié)同工作，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)[1]，這些電子控制單元模塊通過(guò)CAN（Controller Area Network）總線相互通信必要的信號(hào)，共同完成整車的控制。車速信號(hào)是整車各電子控制單元重要的控制輸入?yún)?shù)。目前手動(dòng)變速器車型，在變速器本體上安裝輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器或者車速傳感器，傳感器輸出的脈沖信號(hào)通過(guò)硬線傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊，經(jīng)過(guò)處理和換算后發(fā)送到CAN總線，其他需要使用該信號(hào)的控制模塊從總線讀取該信號(hào)，作為控制輸入?yún)?shù)。基于相同整車平臺(tái)的自動(dòng)變速器車型，相對(duì)于手動(dòng)變速器車型，增加變速器控制模塊，且輸出軸轉(zhuǎn)速或者車速傳感器的類型隨變速器供應(yīng)商不同而變化。如果仍然采用車速信號(hào)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊來(lái)采集的方案，不能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的通用性，且整車其他電子控制單元需要進(jìn)行軟件更改和測(cè)試，開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證周期長(zhǎng)。為此基于當(dāng)前手動(dòng)檔車型系統(tǒng)架構(gòu)，研討一種用于各自動(dòng)檔車型通用的平臺(tái)化的車速信號(hào)采集方案，同時(shí)盡可能保證車型平臺(tái)其他模塊的共用性。

1 手動(dòng)變速器車型車速方案

在手動(dòng)變速器車型上，如圖1所示，輸出軸轉(zhuǎn)速或者車速傳感器安裝在變速器本體上，輸出脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)硬線傳輸?shù)桨l(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的采集針腳，然后經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算得到實(shí)時(shí)車速值。同時(shí)對(duì)采集到的脈沖信號(hào)進(jìn)行診斷，判斷傳感器是否存在故障，如果按照診斷策略判斷傳感器存在故障，置位相應(yīng)的故障標(biāo)志位。發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊會(huì)把實(shí)時(shí)采集到的車速信號(hào)和相應(yīng)的故障標(biāo)志位發(fā)送到CAN總線。其他需要使用車速信號(hào)的電子控制單元模塊從CAN總線讀取對(duì)應(yīng)的通信數(shù)據(jù)幀報(bào)文，按照信號(hào)定義從原始數(shù)據(jù)中解析得到車速信號(hào)的物理值和故障標(biāo)志位，作為控制系統(tǒng)參數(shù)輸入到應(yīng)用軟件中，完成相應(yīng)的控制功能。

圖1 手動(dòng)變速器車型車速方案示意圖

2 自動(dòng)變速器車型車速方案

對(duì)于基于相同整車平臺(tái)的自動(dòng)變速器車型，輸出軸轉(zhuǎn)速和車速傳感器類型隨變速器類型和供應(yīng)商不同而變化，故不能沿用手動(dòng)變速器車型的通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊來(lái)采集車速信號(hào)的方案。需要重新設(shè)計(jì)，且方案盡可能減少相對(duì)于原方案的更改。如圖2所示，傳感器脈沖信號(hào)通過(guò)硬線傳輸?shù)阶兯倨骺刂颇K的采集針腳，計(jì)算實(shí)時(shí)車速和故障標(biāo)志位，同時(shí)把車速信號(hào)和標(biāo)志位通過(guò)新報(bào)文ID（0x3E5）發(fā)送到CAN總線；發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊從CAN總線接收變速器控制模塊發(fā)送的車速相關(guān)報(bào)文，解析后作為控制輸入?yún)?shù)；同時(shí)填充到原手動(dòng)變速器車型的車速信號(hào)報(bào)文ID（0x3E9）中，重新發(fā)送到總線，其他電子控制單元仍然讀取原手動(dòng)擋車型的車速報(bào)文ID，不需要進(jìn)行軟件更改。

圖2 自動(dòng)變速器車型車速方案

3 CAN通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率仿真模擬

自動(dòng)變速器的車速方案相對(duì)于同整車平臺(tái)的手動(dòng)變速器車速方案，新增加一幀變速器控制模塊轉(zhuǎn)發(fā)的車速CAN通信數(shù)據(jù)幀。該數(shù)據(jù)幀和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊轉(zhuǎn)發(fā)的車速相關(guān)CAN通信數(shù)據(jù)幀周期一樣（100 ms），新增的數(shù)據(jù)幀會(huì)增加整車動(dòng)力網(wǎng)段的CAN通信負(fù)載率。使用功能強(qiáng)大的CAN通信仿真模擬和測(cè)試分析工具軟件CANoe來(lái)搭建整車CAN通信模型[2-3]，對(duì)比分析該車速方案對(duì)整車CAN通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率的影響。仿真模型的搭建和測(cè)試步驟如下：

（1）使用CANDB++Editor根據(jù)整車CAN通信文檔定義建立CAN通信數(shù)據(jù)庫(kù)文件。

（2）創(chuàng)建繪制控制面板需要的各種位圖文件，主要分為：控制、顯示和電源管理3個(gè)部分。

（3）創(chuàng)建用于仿真過(guò)程中進(jìn)行人機(jī)交互的控制和顯示面板文件。

（4）用CAPL編程語(yǔ)言[4]編輯描述各電子控制單元CAN通信行為的源代碼文件。

（5）連接CANoe硬件CANcase，把兩個(gè)收發(fā)器進(jìn)行環(huán)回連接，構(gòu)成仿真運(yùn)行的硬件環(huán)境。

（6）在CANoe軟件中建立工程文件，在模擬的CAN總線上建立各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，關(guān)聯(lián)描述各節(jié)點(diǎn)的CAN通信行為CAPL語(yǔ)言文件，編譯和調(diào)試整個(gè)工程文件。

（7）仿真手動(dòng)變速器車型和自動(dòng)變速器車型的CAN通信，通過(guò)軟件的CAN Statistics窗口觀察2種車型的CAN通信負(fù)載率，包括：最大、最小和平均負(fù)載率。

表1 CAN負(fù)載率對(duì)比

如表1所示，自動(dòng)變速器車速方案會(huì)使CAN通信負(fù)載率微弱的增加，增量約為0.5%～1.0%.該負(fù)載率在工程要求的范圍內(nèi)。

4 發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊軟件更改和測(cè)試

4.1 車速有效性

在整車各模塊鑰匙上電的過(guò)程中，電子控制單元需要進(jìn)行CAN通信初始化和外圍傳感器初始化。在從傳感器獲取到真實(shí)的車速信號(hào)前，變速器控制模塊將車速信號(hào)和故障標(biāo)志位填充初始默認(rèn)值發(fā)送到CAN總線。目前默認(rèn)車速值設(shè)置為327 km/h，故障標(biāo)志位設(shè)置為True，表示此時(shí)車速值是無(wú)效值。如下表2所示。

表2 變速器控制模塊發(fā)送的車速報(bào)文

故需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊軟件進(jìn)行更改，接收到車速信號(hào)故障標(biāo)志位為True時(shí)，采用內(nèi)部默認(rèn)值進(jìn)行代替。

4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊CAN通信接口更改

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊的CAN通信接口軟件進(jìn)行更改，增加接收變速器控制模塊發(fā)送的車速信號(hào)數(shù)據(jù)幀，然后把接收到的數(shù)據(jù)填充到原通信ID（0x3E9）中，發(fā)送到CAN總線供其他模塊使用，同時(shí)對(duì)接收到的車速信號(hào)的故障標(biāo)志位進(jìn)行判斷，標(biāo)志位為True時(shí)，內(nèi)部車速賦值為默認(rèn)值0 km/h.如圖3所示。

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊計(jì)算車速

在整車鑰匙電KL15上電后，發(fā)動(dòng)機(jī)需要進(jìn)行節(jié)氣門自學(xué)習(xí)，車速為0 km/h為必須滿足的條件之一[5]，故把故障標(biāo)志位為True時(shí)，默認(rèn)車速值設(shè)置為0 km/h.

4.3 車速信號(hào)接口軟件兼容性

手動(dòng)變速器車型的車速由硬線輸入的脈沖信號(hào)換算得到，自動(dòng)變速器車型的車速通過(guò)CAN通信獲得，為使用同一版軟件處理上述2種情況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊EMS的車速接口軟件進(jìn)行更改。使用配置字Codeword來(lái)根據(jù)不同變速器類型選擇對(duì)應(yīng)的車速源[6]，實(shí)現(xiàn)同一版本軟件對(duì)所有車型的兼容性。

5 實(shí)車測(cè)試

實(shí)車測(cè)試變速器控制模塊發(fā)出的車速信號(hào)vs_trans（km/h）和發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊轉(zhuǎn)發(fā)的車速信號(hào)vs_ems（km/h），如下圖4所示。

圖4 實(shí)車測(cè)試車速信號(hào)

分析實(shí)車測(cè)試的車速信號(hào)數(shù)據(jù)，在加速、減速和穩(wěn)定行駛的工況下，EMS轉(zhuǎn)發(fā)車速都緊密跟隨原車速信號(hào)，滿足整車功能需求。

6 結(jié)束語(yǔ)

在不更改手動(dòng)變速器車型CAN通信架構(gòu)的情況下，本文提出的相同整車平臺(tái)的自動(dòng)變速器車型車速方案，滿足整車CAN通信負(fù)載率的要求，同時(shí)在加速、減速和穩(wěn)定行駛工況下均能滿足整車功能需求。該方案僅需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊軟件進(jìn)行更改，更改后的軟件對(duì)手動(dòng)變速器車型兼容，且不更改其他整車電子控制單元的軟件，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)通用性的同時(shí)減少軟件更改及測(cè)試的周期和成本。

[1]劉強(qiáng)，蘇明軍.分布式控制系統(tǒng)分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（24）：203-205.

[2]王任重，陳凌珊.基于CANoe的車載通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與仿真[J].海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（27）：338-342.

[3]張新波，孫澤昌，羅峰.使用CANoe對(duì)車身控制器局域網(wǎng)絡(luò)仿真的研究[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003（24）：36-39.

[4]Bruce Emaus.Programming With CAPL[M/OL].http：//www. vector-cantech.com.December 14，2004.

[5]BOSCH M（E）7發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)匹配課程[Z].上海：聯(lián)合汽車電子有限公司，2010：200-201.

[6]ME1788 FunctionSheet[Z].上海：聯(lián)合汽車電子有限公司，2016：4215-4219.

Design and Test of Vehicle Speed Scheme for an Automatic Transmission

ZHU Hai-long，ZHAO Yan-hong，LI Xu-tao
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd Technical Center，Liuzhou Guangxi 545007，China）

Compared with manual transmission models，the speed sensor is different from the original signal acquisition and processing module.The signal definition between the CAN communication architecture and the communication node needs to be adjusted and tested.In this paper，the speed of a certain automatic transmission model and the CAN communication based on the same platform manual transmission models are redesigned，simulation analysis and real vehicle signal test.The scheme can meet the functional requirements of the vehicle，and to a certain extent，reduce the cost of the vehicle.

automatic transmission；speed signal；simulation；test

U467.4

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0166-03

2017-02-10

作者介紹：朱海龍（1990-），重慶奉節(jié)人，本科，工程師，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器標(biāo)定匹配工作。