10噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明目 錄1.1. 引言引言.21.1 編寫目的.21.2 項(xiàng)目背景.21.3 定義.21.4 適用對(duì)象.22 2 任務(wù)概述任務(wù)概述.22.1 目標(biāo).22.2 運(yùn)行環(huán)境.32.3 需求概述.32.4 條件與限制.33 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹.43.1 創(chuàng)作目的.43.2 主要功能.43.3 用途.43.4 技術(shù)特點(diǎn).43.5 控制流程.43 3 TCU 模塊命名規(guī)則模塊命名規(guī)則.54.4. TCU 模塊匯總模塊匯總.54.1 TCU 主要模塊.54.2 TCU 信號(hào)參數(shù)匯總表.54.3 TCU 模塊

2、匯總表.64.4 TCU 主要模塊關(guān)系圖.74.5 TCU 各主要模塊工作流程圖.74.6 TCU 主要模塊的運(yùn)行優(yōu)先級(jí).111.1. 引言引言1.11.1 編寫目的編寫目的本文檔主要是對(duì) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的說(shuō)明，主要是介紹項(xiàng)目背景，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的、用途和實(shí)現(xiàn)的功能，以及設(shè)計(jì)中的功能模塊劃分、模塊關(guān)系框圖。1.21.2 項(xiàng)目背景項(xiàng)目背景本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)單位是由合肥工大汽車工程技術(shù)研究院有限公司，主要是針對(duì)傳統(tǒng) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車進(jìn)行自動(dòng)變速控制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì)原有手動(dòng)電液動(dòng)力換檔機(jī)構(gòu)進(jìn)行局部改造升級(jí)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)加裝相應(yīng)的傳感器，進(jìn)行自動(dòng)變速控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

3、旨在解決 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的自動(dòng)變速控制難題，突破國(guó)外的技術(shù)封鎖，提升國(guó)內(nèi) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的核心競(jìng)爭(zhēng)力。1.31.3 定義定義自動(dòng)變速控制系統(tǒng)：Transmission Control Unit （縮寫：TCU）。1.41.4 適用對(duì)象適用對(duì)象本控制系統(tǒng)軟件適用于有手動(dòng)電液機(jī)械換擋基礎(chǔ)的 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車，可以通過(guò)對(duì)原有液壓系統(tǒng)的局部改造和加裝相應(yīng)傳感器和本控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)變速控制。2 2 任務(wù)概述任務(wù)概述2.12.1 目標(biāo)目標(biāo)通過(guò)對(duì) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車現(xiàn)有電液機(jī)械換擋液壓系統(tǒng)局部改造和加裝相應(yīng)傳感器，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)變速控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：1、實(shí)現(xiàn) 10

4、噸內(nèi)燃平衡重叉車的兩個(gè)前進(jìn)檔和兩個(gè)倒退檔的自動(dòng)換檔；2、減小或消除換擋沖擊、改善換檔平順性；3、實(shí)現(xiàn) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的沖坡自動(dòng)降擋。開(kāi)發(fā)出滿足以上目標(biāo)的 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)可極大地降低叉車操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率、打破國(guó)外的技術(shù)封鎖，提高國(guó)內(nèi)叉車自動(dòng)變速水平，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的叉車自動(dòng)變速產(chǎn)品。2.22.2 運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行環(huán)境1、硬件環(huán)境英特爾奔騰 4 CPU 800 MHz 以上； 飛思卡爾 S12 系列 16 位以上單片機(jī);內(nèi)存 256MB 以上；硬盤 2GB 以上。2、軟件環(huán)境Windows XP 操作系統(tǒng)；CodeWarrior for S12(X)

5、V5.0 編程工具。2.32.3 需求概述需求概述對(duì) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車進(jìn)行自動(dòng)變速控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，需求如下：1、具有手動(dòng)電液動(dòng)力換擋系統(tǒng)的 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車；2、控制系統(tǒng)需要 10 噸內(nèi)燃平衡重叉發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門、制動(dòng)、微動(dòng)等傳感信號(hào)。3、實(shí)現(xiàn)換擋沖擊小，提升換檔平順性；4、提高叉車的周轉(zhuǎn)效率進(jìn)而提高其燃油經(jīng)濟(jì)性；5、自動(dòng)識(shí)別叉車的運(yùn)行狀態(tài)和自動(dòng)選用對(duì)應(yīng)工況換擋控制策略。2.42.4 條件與限制條件與限制目前具備或共享到以下開(kāi)發(fā)條件：1、試驗(yàn)用 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車一臺(tái)；2、叉車自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)；3、德國(guó) dSPACE 硬件在環(huán)仿真試驗(yàn)平臺(tái)；4、飛思卡爾單片機(jī)硬件

6、和軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)；5、控制程序下載調(diào)試工具。目前還存在一些硬件限制條件：1、發(fā)動(dòng)機(jī)與變矩器聯(lián)合工作試驗(yàn)臺(tái)；2、反應(yīng)速度更快的電磁閥；3、精度和性能更好的車速傳感器；4、整車電磁環(huán)境干擾嚴(yán)重。3 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹3.13.1 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)目的目的目前工程車輛大部分都是電液機(jī)械換擋結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)局部改造，加裝相應(yīng)的傳感器和自動(dòng)變速控制器，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)變速。國(guó)內(nèi) 90以上的工程車輛都是手動(dòng)電液換檔機(jī)構(gòu)，因而實(shí)現(xiàn)其的自動(dòng)變速可大大提升我國(guó)工程車輛的技術(shù)水平和核心競(jìng)爭(zhēng)力。10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)的創(chuàng)作可極大地降低叉車操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率、打破國(guó)外的技術(shù)封鎖，提

7、高國(guó)內(nèi)叉車自動(dòng)變速水平，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的叉車自動(dòng)變速產(chǎn)品。3.23.2 主要功能主要功能10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動(dòng)變速控制系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)手動(dòng)變速叉車的自動(dòng)變速?？筛鶕?jù)駕駛員操作意圖、工作環(huán)境、自身工況和載荷狀況進(jìn)行自動(dòng)換檔，改善工程車輛操作性能、減輕駕駛員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程車輛傳動(dòng)效率和作業(yè)生產(chǎn)率。該系統(tǒng)通過(guò)采集叉車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開(kāi)度、撥檔開(kāi)關(guān)、制動(dòng)等信號(hào)，計(jì)算出節(jié)氣門開(kāi)度變化、泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速滑差、車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)等控制參數(shù)，即：通過(guò)傳感器信息融合技術(shù)獲取更多反映駕駛員操作和叉車工況和工作環(huán)境的信息，進(jìn)行綜合分析、判斷、辨識(shí)，進(jìn)而判斷出駕駛員駕駛和操作意圖、叉車的工作環(huán)境

8、以及運(yùn)行工況，根據(jù)對(duì)應(yīng)的控制策略和設(shè)定的自動(dòng)變速控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。3.33.3 用途用途用于手動(dòng)電液換檔叉車的自動(dòng)變速。在原有手動(dòng)電液換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)加裝 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車電子控制硬件系統(tǒng)和自動(dòng)變速控制軟件系統(tǒng)V1.0，形成自動(dòng)變速電子控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)叉車的自動(dòng)換檔控制。3.43.4 技術(shù)特點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)1、傳統(tǒng)系統(tǒng)繼承性好，通過(guò)對(duì)原有手動(dòng)電液換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)改造就可以實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)換擋；2、大大降低了換擋沖擊，改善換擋平順性；3、通過(guò)提高叉車的周轉(zhuǎn)效率來(lái)提高其燃油經(jīng)濟(jì)性；4、智能化程度高，能夠較好地自動(dòng)識(shí)別叉車的運(yùn)行狀態(tài)和工況，并采用相應(yīng)的控制策略實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速控制。3.

9、53.5 控制流程控制流程通過(guò)采集叉車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開(kāi)度、撥檔開(kāi)關(guān)、制動(dòng)等信號(hào)，通過(guò)傳感器信息融合技術(shù)獲取節(jié)氣門開(kāi)度變化、泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速差、車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)等更多反映駕駛員操作和叉車工況和工作環(huán)境的信息，再進(jìn)行綜合分析、判斷、辨識(shí)，進(jìn)而判斷出駕駛員駕駛和操作意圖、叉車的工作環(huán)境以及運(yùn)行工況，根據(jù)設(shè)定的控制策略和自動(dòng)變速控制程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋控制。3 3 TCU 模塊命名規(guī)則模塊命名規(guī)則本軟件變量命名規(guī)則為：以參數(shù)的中文拼音全拼、英文單詞全拼以及英文單詞簡(jiǎn)寫的組合作為相應(yīng)變量的命名；本軟件函數(shù)命名規(guī)則為：以本函數(shù)功能的漢語(yǔ)拼音簡(jiǎn)寫、相同含義的英文單詞全拼以及英文單詞簡(jiǎn)寫的組合作為

10、相應(yīng)函數(shù)的命名；本軟件模塊命名規(guī)則為：以本模塊功能的漢語(yǔ)拼音簡(jiǎn)寫、相同含義的英文單詞全拼以及英文單詞簡(jiǎn)寫的組合作為相應(yīng)函數(shù)的命名。4.4. TCU 模塊匯總模塊匯總4.14.1 TCU 主要模塊主要模塊TCU 控制源代碼主要包括以下三個(gè)程序模塊：1、主程序 main；2、子程序 UP_DOWN_Shift；3、子程序 ShiftLogic；4、子程序 Threshold。4.24.2 TCU 信號(hào)參數(shù)匯總表信號(hào)參數(shù)匯總表自動(dòng)變速控制系統(tǒng)（自動(dòng)變速控制系統(tǒng)（TCUTCU）信號(hào)參數(shù)）信號(hào)參數(shù)序號(hào)序號(hào)信號(hào)名稱信號(hào)名稱符號(hào)符號(hào)信號(hào)類型信號(hào)類型信號(hào)來(lái)源信號(hào)來(lái)源1發(fā)動(dòng)機(jī)（泵輪）轉(zhuǎn)速ne( nB )數(shù)字（頻

11、率）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器2渦輪轉(zhuǎn)速nT數(shù)字（頻率）渦輪軸轉(zhuǎn)速傳感器3輸出軸轉(zhuǎn)速no數(shù)字（頻率）變速器輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器4渦輪/輸出軸轉(zhuǎn)速差n數(shù)字（頻率）n n T no5節(jié)氣門開(kāi)度模擬節(jié)氣門傳感器6節(jié)氣門變化率模擬/td/dt7撥檔選擇開(kāi)關(guān)位置F、N、R數(shù)字（開(kāi)關(guān)）撥檔手柄8制動(dòng)B數(shù)字（開(kāi)關(guān)）制動(dòng)踏板微動(dòng)開(kāi)關(guān)9微動(dòng)操作Bmin數(shù)字（開(kāi)關(guān)）制動(dòng)踏板微動(dòng)開(kāi)關(guān)、微動(dòng)踏板微動(dòng)開(kāi)關(guān)10電源電源顯示數(shù)字（開(kāi)關(guān)）電源接通顯示11電源電壓VC模擬蓄電池輸出接口12駕駛座空位空位顯示數(shù)字（開(kāi)關(guān)）駕駛員座位壓力傳感器13手制動(dòng)BHB數(shù)字（開(kāi)關(guān)）手制動(dòng)微動(dòng)傳感器14檔位指示檔位顯示器數(shù)字（開(kāi)關(guān)）TCU4.34.3 TCU

12、 模塊匯總表模塊匯總表主程序主程序 main模塊名稱功能簡(jiǎn)述PLL_Init時(shí)鐘初始化AD_INIT模數(shù)轉(zhuǎn)換采集初始化Timerch0Init定時(shí)器0初始化ECT1_Init捕獲1初始化ECT2_Init捕獲2初始化ECT3_Init捕獲3初始化caiji_bodang采集撥檔操作信息Timer0_Onput定時(shí)中斷處理子程序Timer1_Onput捕獲1中斷處理子程序Timer2_Onput捕獲2中斷處理子程序Timer3_Onput捕獲3中斷處理子程序子程序子程序 UP_DOWN_Shift模塊名稱功能簡(jiǎn)述PWM1脈寬調(diào)制通道1輸出初始化PWM2脈寬調(diào)制通道2輸出初始化PWM3脈寬調(diào)制通道

13、3輸出初始化PWM4脈寬調(diào)制通道4輸出初始化delay_ms延時(shí)子程序N_D1_UP完成空擋到前進(jìn)1檔操作D1_D2_UP完成前進(jìn)1檔到前進(jìn)2檔操作N_Dang完成空擋操作N_R1_UP完成空擋到倒退1檔操作R1_R2_UP完成倒退1檔到倒退2檔操作D2_D1_DOWN完成前進(jìn)2檔到前進(jìn)1檔操作R2_R1_DOWN完成倒退2檔到倒退1檔操作D2_D1_DOWN_climb_hill完成前進(jìn)爬坡2檔降1檔操作R2_R1_DOWN_climb_hill完成倒退爬坡2檔降1檔操作D_Shift完成前進(jìn)擋控制R_Shift完成倒退擋控制N_Shift完成空擋控制子程序子程序_ShiftLogic模塊名

14、稱功能簡(jiǎn)述ShiftLogic完成換擋條件邏輯判斷子程序子程序 Threshold模塊名稱功能簡(jiǎn)述Threshold完成特殊工況的處理4.44.4 TCU 主要模塊關(guān)系圖主要模塊關(guān)系圖換擋條件邏輯判斷模塊定時(shí)中斷處理子程序模塊采集撥檔操作信息模塊特殊工況處理模塊捕獲1中斷處理子程序模塊前進(jìn)擋控制模塊捕獲2中斷處理子程序模塊捕獲3中斷處理子程序模塊倒退擋控制模塊空擋控制模塊4.54.5 TCU 各主要模塊工作流程圖各主要模塊工作流程圖1、主程序流程圖初始化TCU是否異常發(fā)動(dòng)機(jī)是否工作判斷車速、節(jié)氣門開(kāi)度換擋條件判斷NNYN報(bào)警燈亮Y工況識(shí)別正常模式電磁閥驅(qū)動(dòng)特殊模式返回判斷撥檔主程序正常模式換擋控制特殊模式換擋控制2、捕獲 1 中斷處理子程序流程圖中斷子程序入口初始化啟動(dòng)定時(shí)器1捕獲功能捕獲車速捕獲寄存器標(biāo)示位溢出標(biāo)示位及其他參數(shù)復(fù)位讀取寄存器數(shù)值并計(jì)算返回N3、捕獲 2 中斷處理子程序流程圖中斷子程序入口初始化啟動(dòng)定時(shí)器2捕獲功能捕獲發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速捕獲寄存器標(biāo)示位溢出標(biāo)示位及其他參數(shù)復(fù)位讀取寄存器數(shù)值并計(jì)算返回N4、捕獲 3 中斷處理子程序流程圖中斷子程序入口初始化啟動(dòng)定時(shí)器3捕獲功能捕獲變矩器渦輪轉(zhuǎn)速捕獲寄存器標(biāo)示位溢出標(biāo)示位及其他參數(shù)復(fù)位讀取寄存器數(shù)值并計(jì)算返回N4.64.6 TCU 主要模塊的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)主要模塊的運(yùn)