基于MATLABSimulink及TargetLink的AMT電控系統(tǒng)軟件開發(fā)

1、基于MATLAB/Simulink及TargetLink的AMT電控系統(tǒng)軟件開發(fā)（2006恒潤用戶大會論文精選）Maltlab/simulink/stateflow 2010-02-02 09:39:32 閱讀251 評論1   字號：大中小 訂閱 董雄鶴，周杰敏，余建華（東風汽車有限公司商用車技術中心，湖北省武漢市，430056）【摘 要】利用MATLAB/Simulink、TargetLink開發(fā)AMT電控系統(tǒng)軟件，具有模塊功能定義明確、算法實現(xiàn)與驗證方便快捷、模型數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、自動定標、代碼自動生成、自動生成A2l文件等優(yōu)點，極大地提高系統(tǒng)軟件開發(fā)效率和開發(fā)

2、質(zhì)量。【關鍵詞】MATLAB/Simulink；TargetLink；AMT；軟件開發(fā) Software Development of AMT ECU Based on MATLAB/Simulink/TargetLinkDong Xionghe, Zhou Jiemin,Yu Jianhua(Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center Wuhan 430056 China) Abstract: Based on MATLAB/Simulink/TargetLink, intensive research and application were

3、introduced on Software development of AMT. Results show that with these tools, the development efficiency and quality can be greatly increased, together with the characteristics of clear function module definition, fast algorithm realization and validation, centrally module data management, automati

4、c scaling, code generation, automatic calibration file generation.Keywords: MATLAB/Simulink; Targetlink; AMT; Software development. 引言     現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)功能越來越復雜，而汽車產(chǎn)品更新越來越快，要求電控單元開發(fā)周期越來越短，使得軟件開發(fā)工程師的壓力也越來越大，采用傳統(tǒng)的開發(fā)方式已難以滿足車輛電控系統(tǒng)軟件開發(fā)的要求。因此應采用規(guī)范的軟件開發(fā)平臺，以提高軟件開發(fā)效率和質(zhì)量。MATLAB&Simulink基于模型的設計以及t

5、argetlink代碼生成工具，目前在汽車電控單元開發(fā)中廣泛使用，本文介紹的AMT電控系統(tǒng)軟件正是基于MATLAB/Simulink及 TargetLink開發(fā)的。    AMT是在傳統(tǒng)固定軸式變速器(MT)基礎上增加一套自動變速操縱系統(tǒng)實現(xiàn)自動化換檔，以簡化復雜的手動換檔，降低勞動強度。駕駛員根據(jù)汽車載荷、路面狀況、交通狀況及其他外部條件，通過選擇手柄、加速踏板、制動踏板駕駛汽車。AMT電控系統(tǒng)實時采集上述駕駛機構的位置信號，結合車輛當時的運動狀態(tài)（發(fā)動機轉速、變速箱輸入軸轉速、車速、檔位等），按照可行的控制策略，控制執(zhí)行機構（發(fā)動機扭矩和轉速、離合器執(zhí)行機構、

6、選換檔執(zhí)行機構），完成發(fā)動機、離合器、變速器的綜合控制。    本文主要介紹應用MATLAB/Simulink和TargetLink進行的AMT電控系統(tǒng)（以下簡稱TCU）軟件開發(fā)的方法和流程。TCU軟件中的信號處理算法和控制算法利用Simulink/Stateflow設計，在MATLAB環(huán)境下仿真驗證，再在TargetLink環(huán)境下進行模型轉換、參數(shù)定標、自動生成代碼，系統(tǒng)底層驅(qū)動則用手工編寫代碼。最后自動生成的代碼和手工代碼集成在一起，經(jīng)過編譯、鏈結生成S19可執(zhí)行文件和map文件。S19 可執(zhí)行文件可下載到目標系統(tǒng)中運行；而map文件則用來在TargetLin

7、k環(huán)境中自動生成A2l文件。A2L是控制器的描述文件，其中含有TCU可執(zhí)行程序中所有可測量變量及標定參數(shù)信息（包括存儲地址及數(shù)據(jù)類型等），在TCU工作時，標定工具（本文中使用CANAPE）根據(jù)A2L文件提供的信息，讀取TCU中可測量變量和標定參數(shù)的數(shù)值，并按用戶的要求修改標定參數(shù)數(shù)值以優(yōu)化控制策略。AMT電控系統(tǒng)軟件開發(fā)流程見圖1。下面分AMT電控系統(tǒng)底層驅(qū)動軟件、基于Simulink/Stateflow實現(xiàn)信號處理算法、基于Simulink/Stateflow實現(xiàn)控制算法、定標代碼生成和系統(tǒng)集成、標定和系統(tǒng)調(diào)試五部分介紹AMT電控系統(tǒng)軟件開發(fā)。圖1 AMT電控系統(tǒng)軟件開發(fā)流程1 AMT電控系

8、統(tǒng)底層驅(qū)動軟件     AMT電控系統(tǒng)硬件采用Freescale公司的Mc9s12Dt128B微處理器，電控系統(tǒng)底層驅(qū)動軟件主要是對MCU寄存器操作，得到最底層輸入信號并控制最末級輸出信號，在電控系統(tǒng)開發(fā)周期內(nèi)它們變化不大，且用Simulink不容易實現(xiàn)，故采用傳統(tǒng)方法用手工編寫，它們包括：· I/O：操縱手柄桿位編碼輸入信號、手動加減檔輸入信號、變速箱開關輸入信號、電磁閥控制信號等（AMT采用氣動執(zhí)行機構）。 · A/D：采集離合器位移傳感器、選檔位移傳感器、換檔位移傳感器、制動踏板位移傳感器等位置信號。 · 轉速測量：測量變速箱輸

9、入軸轉速、變速箱輸出軸轉速。 · 定時器：實現(xiàn)AMT電控系統(tǒng)多速率多任務調(diào)度的時基。 · 中斷：實時捕捉外部信號，如轉速傳感器輸入脈沖鏈、CAN通信等。 · CCP（CAN Calibration Protocol）驅(qū)動：標定接口，通過CAN總線實現(xiàn)TCU實現(xiàn)在線數(shù)據(jù)采集和參數(shù)標定。 · J1939接口：整車通信，接受發(fā)動機轉速和油門開度信號，控制發(fā)動機轉速和扭矩以提高換檔品質(zhì)。 2 基于Simulink/Stateflow實現(xiàn)信號處理算法     為了保證電控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行，必須對信號（數(shù)字I/O，模擬輸入等）進行處理，

10、如開關輸入信號消抖以減小外界干擾、模擬輸入信號高低限檢查以判斷是否故障，在出現(xiàn)故障時用什么值來替代輸入信號等，它也是系統(tǒng)故障診斷的依據(jù)。下面以模擬輸入和數(shù)字輸入信號為例進行說明。2.1 模擬輸入信號處理 圖2 模擬輸入信號處理框圖    A/D口輸入電壓原始值通過信號有效性檢查判斷是否超限，如果超限則進行故障診斷，通過一個狀態(tài)機（主要是計時）判斷是假故障還是真故障，故障消除時也通過一個狀態(tài)機（主要是計時）判斷是故障假解決還是故障真解決。當出現(xiàn)真故障時，由故障處理策略選擇模擬輸入故障時輸入電壓替代值計算方法。最后通過線性化曲線得到傳感器對應的物理信號量。模擬輸入信號

11、處理框圖如圖2。2.2 數(shù)字輸入信號處理     數(shù)字輸入信號處理框圖見圖3。    對于任何數(shù)字輸入信號，由I/O信號處理狀態(tài)機（主要是計時翻轉時間）得到處理后的I/O值。圖3 數(shù)字輸入信號處理框圖    采用stateflow可以方便地實現(xiàn)模擬輸入和數(shù)字輸入的信號處理算法建模。3 基于Simulink/Stateflow的控制策略     車輛行駛時，TCU根據(jù)當前車輛運行狀態(tài)確定變速箱的目標檔位，并控制執(zhí)行機構完成下面動作：離合器分離摘空擋選檔換檔離合器結合，實現(xiàn)自動換

12、檔，同時控制發(fā)動機的扭矩和轉速以提高AMT的換檔品質(zhì)。根據(jù)不同任務的采樣時間及任務性質(zhì)，控制模塊分為AMTdecoder、AMTCtr、 Coordinator和Brake 4個子系統(tǒng)：3.1 AMTdecoder子系統(tǒng)     AMTdecoder子系統(tǒng)主要實現(xiàn)變速箱檔位譯碼、換檔手柄檔位譯碼，車速計算等。3.2 AMTCtr子系統(tǒng)     AMTCtr子系統(tǒng)步長4ms，主要實現(xiàn)選換檔過程控制、離合器控制和遠程控制。圖4為在stateflow中實現(xiàn)的狀態(tài)判斷和控制邏輯。圖中 Clutch_Depart、NEUTRAL 、G

13、earbx_Select、Gearbx_Shift、Clutch_Close_1、Clutch_Close_2都是子狀態(tài)機，分別代表離合器分離、摘空擋、選檔、換檔、不同條件下的離合器結合控制。由Coordinator子系統(tǒng)根據(jù)換擋規(guī)律計算出的變速箱目標檔位與變速箱的當前檔位比較，如果不相等，則依次進行離合器分離、摘空擋、選檔、換檔、離合器結合，完成換擋過程。圖4 AMTCtr控制狀態(tài)機3.3 Coordinator子系統(tǒng)     Coordinator子系統(tǒng)用于實現(xiàn)車輛運行工況切換、換檔規(guī)律計算、手動加減檔控制。步長為1s。圖5為在simulink中建立的子系統(tǒng)框

14、圖。圖5 Coordinator子系統(tǒng)控制程序框圖3.4 Brake子系統(tǒng)     Brake子系統(tǒng)步長10ms，作用是實現(xiàn)制動控制。當駕駛員踩下制動踏板時，判斷是緊急制動還是點剎，決定在換擋過程中是否控制發(fā)動機，并計算發(fā)動機的目標轉速。Brake子系統(tǒng)控制程序框圖見圖6。圖6 Brake子系統(tǒng)控制程序框圖4 定標、代碼生成和系統(tǒng)集成     代碼生成是控制算法從Simulink程序框圖到產(chǎn)品的關鍵步驟，雖然利用Matlab產(chǎn)品中的Embedded Coder可以生成針對不同處理器的產(chǎn)品代碼，但Targertlink能更好地進行數(shù)據(jù)字

15、典管理、自動定標、自動生成標定文件等優(yōu)點。為了利用 Targertlink生成代碼，必須在TargetLink環(huán)境中，將基于Simulink/Stateflow的控制策略進行模型轉換，把 Simulink模塊轉換為TargetLink的對應模塊。圖7 定標界面    轉換后的TargetLink模型經(jīng)過MIL(module in loop)進行算法驗證后，此時數(shù)據(jù)都是浮點數(shù)。大部分嵌入式處理器都是定點計算，數(shù)據(jù)必須定點存儲和計算，因此必須進行數(shù)據(jù)定標。TargetLink 提供了最差環(huán)境定標和自動定標功能，圖7是一個進行自動定標的界面。定標后模型所有數(shù)據(jù)都在統(tǒng)一數(shù)

16、據(jù)字典管理之中。    隨后即可進行代碼自動生成。TargetLink能自動生成標準C代碼，且提供了針對不同處理器的優(yōu)化包，TargetLink還能生成報告文檔。5 系統(tǒng)集成     如前所述，對硬件的操作采用手工編碼的方式，因此要將自動生成的代碼和手工編寫代碼集成才能構成完整的TCU軟件。集成工作在Mc9s12Dt128B的開發(fā)環(huán)境CodeWarrior下進行，把自動生成代碼和手寫代碼添加到一個Project中，經(jīng)過Compile 、Link生成S19和map文件。6 樣車試驗和標定     軟件集成工

17、作完成后，將TCU安裝到樣車上進行了樣車試驗和標定工作。圖8是一個用CANape進行標定的界面。經(jīng)過反復的策略修改系統(tǒng)集成系統(tǒng)標定，目前AMT樣車已能可靠運行，TCU軟件各種功能在試驗中均得到驗證，車輛起步及換擋時也比較平穩(wěn)。圖9所示為車輛起步和換擋過程中執(zhí)行機構（發(fā)動機、離合器）的控制。結論     本文在利用Matlab/Simulink及dSpace工具進行AMT電控系統(tǒng)軟件的開發(fā)上進行了初步的探索，實踐證明，采用Matlab /Simulink進行控制算法策略的開發(fā)，模塊功能定義明確、結構清晰，建模快捷，修改維護方便；利用Targertlink生成代碼，生成的代碼可靠性高、易讀性好，且能實現(xiàn)自動定標，自動生成A2L文件，極大地提高了軟件的開發(fā)效率和質(zhì)量。圖8CA