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淺談基于OSEK/ VDX 嵌入式操作系統(tǒng)的AMT TCU 設(shè)計與硬件在環(huán)試驗(yàn)
1 緒論
電控機(jī)械式自動變速器(Automatic Mechanical Transmission,AMT)具有傳動效率高、成本低、操作容易、駕駛舒適等優(yōu)點(diǎn)，已成為車輛自動變速器發(fā)展的一個重要方向。AMT 的核心部件是電控單元(TCU)，實(shí)時采集和檢測輸入信號(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速和車速，油門踏板位置、節(jié)氣門開度、變速箱油溫等以及各種狀態(tài)信號)并進(jìn)行調(diào)理、存儲，同時，TCU 根據(jù)這些運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行工況判斷并發(fā)出控制信號，完成車輛的平穩(wěn)起步或自動換擋，從而使車輛獲得優(yōu)良的舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性與動力性能。較之傳統(tǒng)的控制器，TCU 有更多的傳感器，執(zhí)行器以及更為復(fù)雜的控制算法，若TCU 設(shè)計不合理，難以滿足實(shí)時性與可靠性的要求，同時，如果換擋規(guī)律不合理，汽車難以獲得較好的燃油經(jīng)濟(jì)性和動力性。本文從TCU 硬件和軟件設(shè)計做了相應(yīng)的介紹。
2TCU 軟件設(shè)計
TCU 軟件部分的核心是控制策略，其主要部分是最佳換擋規(guī)律。本控制器采用兩種換擋控制策略，即經(jīng)濟(jì)性換擋規(guī)律，綜合性換規(guī)律，通過模式選擇開關(guān)進(jìn)行切換，使用Simulink 搭建的換擋控制策略。
Simulink 模型無法直接燒寫到單片機(jī)中運(yùn)行， 編寫好的程序通過Simulink 提供的RTW 工具生成可用的C 代碼， 編寫接口嵌入到軟件系統(tǒng)中。生成的C 代碼是上層核心算法程序，只提供與底層程序的接口，而底層程序則須自己編寫并留出對應(yīng)接口和上層代碼對應(yīng)接口進(jìn)行連接[3]。然后把相應(yīng)的C 代碼添加到CCS 中的工程文件中，并編寫代碼的接口，實(shí)現(xiàn)軟件三部分的無縫連接;其中驅(qū)動程序包括信號輸入通道設(shè)置與信號處理驅(qū)動程序、輸出通道設(shè)置與輸出處理、通信設(shè)置與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
3 TCU 硬件設(shè)計
根據(jù)TCU 的功能需求，把硬件電路劃分以下幾個部分：信號采集輸入調(diào)理電路、執(zhí)行器控制電路以及主控電路。
(1) 主控電路：TCU 的硬件電路選擇了TMS320F2812 主控芯片，兩個16 位通用定時器，以負(fù)責(zé)離合器轉(zhuǎn)速信號、車速信號等脈沖信號的采集;8 個16 位的脈寬調(diào)制(PWM)通道、可以實(shí)現(xiàn)對離合器電磁閥、換擋電磁閥的控制;16 通道A/D 轉(zhuǎn)換器，在采集節(jié)氣門位置、離合器位置等傳感器輸入的多路模擬信號的應(yīng)用中，可以簡化硬件，提高系統(tǒng)可靠性;擁有改進(jìn)的局域網(wǎng)絡(luò)(eCAN)支持CAN2.0B 協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)串行信號的輸入輸出以及與汽車發(fā)動機(jī)ECU 的信息交換,實(shí)現(xiàn)ECU 之間的CAN 通信。
(2) 輸入電路： 對于主控芯片TMS320F2812 芯片上帶有AD 轉(zhuǎn)換模塊的處理芯片， 其輸入的模擬信號需要經(jīng)過簡單的濾波、放大后才可接入DSP。開關(guān)量信號采用光電隔離來實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號調(diào)理部分的作用是將仿正弦信號經(jīng)過處理后，變成電平范圍在DSP 允許范圍內(nèi)的方波信號。數(shù)字信號調(diào)理部分的設(shè)計采用先濾波后整形，最后光電隔離的辦法。
(3) TMS320F2812 主控芯片EV 外設(shè)提供的PWM 外設(shè)功能，對電路進(jìn)行控制，但，由控制器輸出的PWM 波的峰值電壓只有5V， 不足以驅(qū)動電磁閥， 這就需要電磁閥驅(qū)動電路將PWM 控制信號的功率進(jìn)行放大，從而控制電磁閥正常工作。
4 結(jié)論
自行設(shè)計了TCU 軟硬件， 對設(shè)計的TCU 做了相應(yīng)的硬件在環(huán)試驗(yàn)， 利用Real Time Workshop 實(shí)現(xiàn)控制模型向C 代碼的轉(zhuǎn)化，優(yōu)化后下載到TCU，進(jìn)行了硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)，篇幅有限，本文不做具體說明。試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計的該TCU，能按照控制策略實(shí)時、準(zhǔn)確、可靠的控制AMT 的換擋過程，同時，同時獲得了較好的經(jīng)濟(jì)性以及動力性能。為AMT 控制器的開發(fā)提供了參考。
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