DCT潤(rùn)滑臺(tái)架TCU控制軟件研究與應(yīng)用

王燁，馬培義

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

DCT潤(rùn)滑臺(tái)架TCU控制軟件研究與應(yīng)用

王燁，馬培義

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章簡(jiǎn)述了一款六速濕式雙離合器自動(dòng)變速箱的工作原理，介紹了 TCU控制軟件設(shè)計(jì)過(guò)程以及利用Targetlink工具進(jìn)行定標(biāo)和自動(dòng)代碼生成的過(guò)程，該軟件已在DCT潤(rùn)滑臺(tái)架上成功應(yīng)用，并拓展應(yīng)用于DCT變速箱傾斜試驗(yàn)以及靜態(tài)耐久試驗(yàn)等。

雙離合器自動(dòng)變速箱；潤(rùn)滑臺(tái)架；代碼生成；變速箱控制單元；軟件

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)11-48-04

1 引言

1.1 背景介紹

雙離合器自動(dòng)變速箱是目前世界上最先進(jìn)的自動(dòng)變速箱之一，典型的濕式雙離合器自動(dòng)變速箱主要由油泵、濕式雙離合器、電子控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及齒輪等硬件組成。濕式雙離合器自動(dòng)變速箱通過(guò)油泵旋轉(zhuǎn)建立主油路壓力，然后再由電子控制系統(tǒng)判斷整車(chē)和變速箱當(dāng)前工作狀態(tài)，從而控制液壓系統(tǒng)中的檔位控制相關(guān)電磁閥和離合器控制相關(guān)電磁閥，實(shí)現(xiàn)變速箱的選換檔和離合器分離、結(jié)合，最終達(dá)到良好的整車(chē)駕駛性能。

濕式雙離合器自動(dòng)變速箱不僅繼承了手動(dòng)變速箱與 AMT自動(dòng)變速箱傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，而且還融合了AT自動(dòng)變速箱換擋無(wú)動(dòng)力中斷的特點(diǎn)。為了保證雙離合器自動(dòng)變速箱的可靠性和高品質(zhì)，應(yīng)用于整車(chē)前應(yīng)對(duì)DCT進(jìn)行潤(rùn)滑臺(tái)架試驗(yàn)，以保證離合器和齒輪的良好冷卻性，不致于變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)熱導(dǎo)致離合器或齒輪燒蝕而損壞變速箱。

DCT潤(rùn)滑臺(tái)架試驗(yàn)需要TCU控制軟件按照臺(tái)架控制系統(tǒng)的要求進(jìn)行選換擋控制、離合器壓力控制、變速箱故障診斷以及故障處理等控制。本文針對(duì)潤(rùn)滑臺(tái)架試驗(yàn)，介紹了一款自主開(kāi)發(fā)的六速濕式DCT潤(rùn)滑臺(tái)架控制軟件的開(kāi)發(fā)方法，該軟件采用了基于模型的設(shè)計(jì)方法，縮短了開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。

2 濕式DCT工作原理

某款國(guó)產(chǎn)六速濕式DCT由C1、C2兩個(gè)離合器組成，每個(gè)離合器有對(duì)應(yīng)的輸入、輸出軸，由電子控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)其結(jié)合與分離。其中，C1離合器關(guān)聯(lián)1、3、5奇數(shù)檔，C2離合器關(guān)聯(lián)2、4、6檔，R檔利用輸出軸2上的2檔齒輪作為惰輪。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

車(chē)輛在行駛過(guò)程中，總有一個(gè)離合器處于結(jié)合狀態(tài)，另外一個(gè)離合器提前切換到下一個(gè)目標(biāo)檔位，并處于分離狀態(tài)。動(dòng)力傳遞簡(jiǎn)圖如圖2所示，雙離合器外殼體與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出曲軸剛性連接，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力由離合器外殼傳遞到變速箱。換擋過(guò)程中，在檔離合器結(jié)合，動(dòng)力傳遞至輸入軸，此時(shí)同步器在撥叉控制下選檔，動(dòng)力傳遞至對(duì)應(yīng)輸出齒輪，輸出軸通過(guò)輸出齒輪將動(dòng)力傳遞至差速器，最終動(dòng)力傳遞至車(chē)輪使車(chē)輛行駛。

圖2 動(dòng)力傳遞簡(jiǎn)圖

3 控制軟件設(shè)計(jì)

控制軟件設(shè)計(jì)按照?qǐng)D3所示的V流程開(kāi)展，包括需求分析、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件策略設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)、代碼生成與集成、軟件測(cè)試、系統(tǒng)集成測(cè)試、軟件標(biāo)定。以上工作完成后，用戶可以驗(yàn)證軟件功能是否滿足初始需求。

3.1 需求分析

圖3 軟件開(kāi)發(fā)V流程

根據(jù)臺(tái)架控制需求，DCT潤(rùn)滑臺(tái)架TCU控制軟件應(yīng)能根據(jù)臺(tái)架控制系統(tǒng)發(fā)送給 TCU的控制指令進(jìn)行撥叉換擋控制、離合器控制、變速箱故障診斷及處理控制。DCT潤(rùn)滑臺(tái)架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

DCT潤(rùn)滑臺(tái)架控制系統(tǒng)包括臺(tái)架控制系統(tǒng)、DCT潤(rùn)滑臺(tái)架TCU控制軟件、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、DCT變速箱以及變頻器等輔助設(shè)備。本文闡述的控制軟件即DCT潤(rùn)滑臺(tái)架TCU控制軟件。根據(jù)試驗(yàn)需求，TCU控制軟件應(yīng)具備以下功能。

1）具備與潤(rùn)滑臺(tái)架控制系統(tǒng)的信號(hào)通訊交互功能。信號(hào)通訊基于CAN總線傳輸，遵循CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)。臺(tái)架控制系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求檔位信號(hào)、電磁閥驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)等給 TCU，同時(shí) TCU將變速箱當(dāng)前實(shí)際檔位和變速箱內(nèi)部傳感器信號(hào)發(fā)送給臺(tái)架控制系統(tǒng)。

圖4 DCT潤(rùn)滑臺(tái)架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2）具備換擋控制和離合器控制功能。根據(jù)潤(rùn)滑臺(tái)架系統(tǒng)要求，臺(tái)架系統(tǒng)分為手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式兩種，手動(dòng)模式可通過(guò)臺(tái)架給TCU發(fā)送電磁閥驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，從而控制變速箱的選換擋及離合器結(jié)合分離；自動(dòng)控制模式指臺(tái)架的自動(dòng)循環(huán)工況，的，能夠根據(jù)臺(tái)架發(fā)送信息及變速箱傳感器采集信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)選換擋。

3）具備自學(xué)習(xí)功能。臺(tái)架可以通過(guò)TCU開(kāi)放的控制接口，發(fā)送檔位自學(xué)習(xí)、離合器PI自學(xué)習(xí)和離合器kisspoint自學(xué)習(xí)等控制命令控制變速箱進(jìn)行自學(xué)習(xí)操作，以使得軟件數(shù)據(jù)能夠匹配相應(yīng)的變速箱。

4）具備故障診斷及處理功能?？梢耘袛嘧兯傧涔收项?lèi)型，并且根據(jù)故障做出相應(yīng)的處理。

3.2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)及軟件建模

圖5 TCU控制軟件整體架構(gòu)圖

圖5是TCU控制軟件整體架構(gòu)圖，輸入部分負(fù)責(zé)處理傳感器采集信號(hào)和潤(rùn)滑臺(tái)架控制系統(tǒng)發(fā)送的 CAN信號(hào)。輸出部分負(fù)責(zé)處理電磁閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將臺(tái)架需求信息通過(guò)CAN信號(hào)形式發(fā)送出去。控制模塊根據(jù)接收的傳感器信號(hào)和CAN信號(hào)來(lái)進(jìn)行換擋控制和離合器控制?？刂颇K包括選換擋控制模塊和故障診斷與處理模塊，其中選換擋控制模塊由四個(gè)部分組成，分別為臺(tái)架控制模式識(shí)別、檔位判斷、選換擋控制和離合器控制。臺(tái)架控制模式通過(guò)TCU與臺(tái)架定義的CAN接口進(jìn)行模式識(shí)別，檔位判斷根據(jù)輸入部分接收的傳感器信號(hào)進(jìn)行判斷，并發(fā)出選換擋控制命令。

若為掛擋命令，則通過(guò)對(duì)電磁閥控制執(zhí)行掛擋動(dòng)作；若為摘擋命令，則首先控制電磁閥打開(kāi)離合器，再通過(guò)電磁閥控制執(zhí)行摘擋動(dòng)作。

離合器控制部分根據(jù)輸入信號(hào)控制離合器的分離、結(jié)合和交替控制。其中離合器交替控制分為四種情況：1是一個(gè)離合器結(jié)合，另一個(gè)離合器脫開(kāi)；2是一個(gè)離合器結(jié)合，另一個(gè)離合器滑摩；3是兩個(gè)離合器都處于滑摩；4是一個(gè)離合器滑摩，另一個(gè)離合器脫開(kāi)。這四種情況分別對(duì)應(yīng)在擋運(yùn)行相、扭矩相、慣性相和滑摩相。需要注意的是離合器結(jié)合前，變速箱擋位必須掛上。離合器傳遞扭矩要滿足公式（1）：

式中，Tc1是離合器1傳遞扭矩，Tc2是離合器2傳遞扭矩，Tmot為電機(jī)有效扭矩，J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，α為電機(jī)角加速度，PC1是離合器1壓力，PC2是離合器2壓力，μS1和μS2分別是離合器1和離合器2主動(dòng)盤(pán)與從動(dòng)盤(pán)的靜摩擦系數(shù)，s1和s2分別是離合器1和離合器2的有效摩擦面積，RZ1和RZ2分別是離合器1和離合器2的有效摩擦半徑。

冷卻潤(rùn)滑控制模塊主要根據(jù)輸入模塊信號(hào)，如臺(tái)架控制信號(hào)、離合器溫度信號(hào)、變速箱油溫信號(hào)等，通過(guò)電磁閥控制冷卻潤(rùn)滑油路的流量，對(duì)離合器溫度進(jìn)行控制以及對(duì)變速箱齒軸系統(tǒng)進(jìn)行潤(rùn)滑。

模型建模遵循 MAAB規(guī)范，具備良好的可讀性和可維護(hù)性。

3.3 軟件代碼生成與集成

圖6 TCU軟件代碼生成流程

目前市場(chǎng)上的控制器芯片按照數(shù)據(jù)類(lèi)型處理能力分為浮點(diǎn)運(yùn)算型和定點(diǎn)運(yùn)算型兩種。浮點(diǎn)運(yùn)算型的控制器可以支持浮點(diǎn)運(yùn)算，不需要定標(biāo)，而定標(biāo)運(yùn)算型控制器則必須定標(biāo)。該DCT潤(rùn)滑臺(tái)架使用的TCU是定點(diǎn)運(yùn)算型的，因此需要對(duì)軟件模型進(jìn)行定標(biāo)處理。當(dāng)前主流的代碼生成工具是 Targe -tlink，因此前期在軟件建模時(shí)可以直接使用 Targetlink模型進(jìn)行建模，而避免采用Simulink模型建模造成的模型轉(zhuǎn)換工作，減少工作量，縮短開(kāi)發(fā)周期。

如圖6所示，軟件代碼生成流程主要包括模型及參數(shù)定標(biāo)、模型的MIL（Model in the loop）測(cè)試、模型的SIL（Software in the loop）測(cè)試、自動(dòng)代碼生成和A2L文件生成。

參數(shù)定標(biāo)需要考慮代碼執(zhí)行速度和定標(biāo)精度，因此可以定標(biāo)方法可以按照?qǐng)D7所示方法進(jìn)行定標(biāo)選擇。

圖7 基于執(zhí)行速度和定標(biāo)禁錮的的定標(biāo)方法

圖中，F(xiàn)為變量，offset為偏移量。定標(biāo)完成后，首先對(duì)模型進(jìn)行MIL測(cè)試，驗(yàn)證模型功能是否滿足需求；MIL測(cè)試通過(guò)后，再進(jìn)行SIL測(cè)試，目的在于驗(yàn)證代碼功能與模型功能的一致性，以及定標(biāo)是否存在精度異常、數(shù)據(jù)溢出等問(wèn)題。以上兩者都通過(guò)后，最終進(jìn)行系統(tǒng)模型的代碼生成。

將生成的代碼與TCU底層代碼進(jìn)行集成，利用C代碼編譯工具對(duì)集成代碼進(jìn)行編譯，生成可供TCU運(yùn)行的可執(zhí)行文件。同時(shí)，通過(guò)Targetlink工具的DD文件生成模型描述文件A2L，以便工程師進(jìn)行軟件調(diào)試和標(biāo)定。

4 DCT潤(rùn)滑臺(tái)架試驗(yàn)

如圖8所示為DCT潤(rùn)滑臺(tái)架，將TCU控制軟件下載到變速箱控制器中，并將TCU安裝到臺(tái)架上。

圖8 DCT潤(rùn)滑臺(tái)架

通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)架的實(shí)際控制發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)滑臺(tái)架TCU控制軟件是可以正常運(yùn)行的，并且能夠很好的滿足既定需求。圖9所示為DCT潤(rùn)滑臺(tái)架試驗(yàn)中的PI自學(xué)習(xí)。

圖9 變速箱PI自學(xué)習(xí)

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm左右，變速箱檔位為N檔時(shí)，通過(guò)觸發(fā)離合器1 PI自學(xué)習(xí)命令，離合器1的期望電流能夠自動(dòng)進(jìn)行增加，且離合器1的壓力能夠自動(dòng)跟隨期望電流，完成PI自學(xué)習(xí)。

圖10 DCT變速箱換擋控制

圖10所示為臺(tái)架控制變速箱進(jìn)行3檔升4檔的操作，當(dāng)TCU接收到臺(tái)架發(fā)送的目標(biāo)檔位為4檔時(shí)，TCU軟件控制換擋模塊，實(shí)現(xiàn)4檔預(yù)掛，然后通過(guò)離合器控制模塊，控制離合器2油壓上升，同時(shí)離合器1的油壓下降，然后將3檔退出，完成換擋控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

本論文通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑臺(tái)架控制需求的分析，識(shí)別了滿足該要求的TCU軟件功能需求，運(yùn)用基于模型的軟件開(kāi)發(fā)方法，采用Matlab/Simulink建立DCT潤(rùn)滑臺(tái)架控制模型，并利用Targetlink工具進(jìn)行模型轉(zhuǎn)化、定標(biāo)、自動(dòng)代碼生成，將生成的代碼與底層接口函數(shù)進(jìn)行集成、編譯，最終成功開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于DCT潤(rùn)滑臺(tái)架的TCU控制軟件。這種開(kāi)發(fā)方式具有策略和算法易實(shí)現(xiàn)，代碼可讀性好，便于驗(yàn)證，開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)，并且也便于后期的軟件升級(jí)維護(hù)，提高了嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。目前該控制軟件已成功應(yīng)用于DCT變速箱潤(rùn)滑試驗(yàn)、傾斜試驗(yàn)以及靜態(tài)耐久試驗(yàn)等。

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TCU control software research and application On DCT lubrication bench

Wang Ye, Ma Peiyi
( Anhui Jianghuai Automobile group Co. Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This paper briefly describe working principle of a wet six speed dual clutch automatic transmission. And introduce TCU software developing process and use targetlink tool to fix point and generate code automatically. The software have been successfully used in DCT lubrication bench, and also used in DCT tilting test bench and static durability test.

Double clutch transmission; Lubrication bench; Code generation Transmission control unit; Software

U463.6

：A

：1671-7988 (2017)11-48-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.11.017

通訊作者：王燁，（1985-），男，漢，云南水富，碩士研究生，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司電控設(shè)計(jì)主管。

馬培義，（1989-）男，漢，安徽阜陽(yáng)，本科，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司。