10噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng)軟件設(shè)計說明

1、10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng)噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng) 軟件設(shè)計說明軟件設(shè)計說明 目 錄 1.1. 引言引言.2 1.1 編寫目的.2 1.2 項目背景.2 1.3 定義.2 1.4 適用對象.2 2 2 任務(wù)概述任務(wù)概述.2 2.1 目標(biāo).2 2.2 運行環(huán)境.3 2.3 需求概述.3 2.4 條件與限制.3 3 3 系統(tǒng)設(shè)計介紹系統(tǒng)設(shè)計介紹.4 3.1 創(chuàng)作目的.4 3.2 主要功能.4 3.3 用途.4 3.4 技術(shù)特點.4 3.5 控制流程.4 3 3 TCU 模塊命名規(guī)則模塊命名規(guī)則.5 4.4. TCU 模塊匯總模塊匯總.5 4.1 TCU 主要模塊.5 4.2 T

2、CU 信號參數(shù)匯總表.5 4.3 TCU 模塊匯總表.6 4.4 TCU 主要模塊關(guān)系圖.7 4.5 TCU 各主要模塊工作流程圖.7 4.6 TCU 主要模塊的運行優(yōu)先級.11 1.1. 引言引言 1.11.1 編寫目的編寫目的 本文檔主要是對 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng)設(shè)計進行必要的說 明，主要是介紹項目背景，明確系統(tǒng)設(shè)計目的、用途和實現(xiàn)的功能，以及設(shè)計 中的功能模塊劃分、模塊關(guān)系框圖。 1.21.2 項目背景項目背景 本項目開發(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 傳統(tǒng) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車進行自動變速控制產(chǎn)品開發(fā)，通過對原有手動電液動 力換檔機構(gòu)進行局部

3、改造升級，在此基礎(chǔ)上通過加裝相應(yīng)的傳感器，進行自動 變速控制系統(tǒng)的開發(fā)。旨在解決 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的自動變速控制難題，突 破國外的技術(shù)封鎖，提升國內(nèi) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的核心競爭力。 1.31.3 定義定義 自動變速控制系統(tǒng)：Transmission Control Unit （縮寫：TCU） 。 1.41.4 適用對象適用對象 本控制系統(tǒng)軟件適用于有手動電液機械換擋基礎(chǔ)的 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車， 可以通過對原有液壓系統(tǒng)的局部改造和加裝相應(yīng)傳感器和本控制系統(tǒng)實現(xiàn)其自 動變速控制。 2 2 任務(wù)概述任務(wù)概述 2.12.1 目標(biāo)目標(biāo) 通過對 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車現(xiàn)有電液機械換擋液壓系

4、統(tǒng)局部改造和加裝相 應(yīng)傳感器，在此基礎(chǔ)上進行自動變速控制系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)以下目標(biāo)： 1、實現(xiàn) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的兩個前進檔和兩個倒退檔的自動換檔； 2、減小或消除換擋沖擊、改善換檔平順性； 3、實現(xiàn) 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車的沖坡自動降擋。 開發(fā)出滿足以上目標(biāo)的 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng)可極大地降 低叉車操作人員的勞動強度、提高運轉(zhuǎn)效率、打破國外的技術(shù)封鎖，提高國內(nèi) 叉車自動變速水平，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的叉車自動變速產(chǎn)品。 2.22.2 運行環(huán)境運行環(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; 內(nèi)存 256MB

5、以上； 硬盤 2GB 以上。 2、軟件環(huán)境 Windows XP 操作系統(tǒng)； CodeWarrior for S12(X) V5.0 編程工具。 2.32.3 需求概述需求概述 對 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車進行自動變速控制系統(tǒng)開發(fā)，需求如下： 1、具有手動電液動力換擋系統(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)動機轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門、 制動、微動等傳感信號。 3、實現(xiàn)換擋沖擊小，提升換檔平順性； 4、提高叉車的周轉(zhuǎn)效率進而提高其燃油經(jīng)濟性； 5、自動識別叉車的運行狀態(tài)和自動選用對應(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

6、開發(fā)條件： 1、試驗用 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車一臺； 2、叉車自動變速器試驗臺； 3、德國 dSPACE 硬件在環(huán)仿真試驗平臺； 4、飛思卡爾單片機硬件和軟件開發(fā)平臺； 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)動機與變矩器聯(lián)合工作試驗臺； 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)計介紹系統(tǒng)設(shè)計介紹 3.13.1 設(shè)計開發(fā)設(shè)計開發(fā)目的目的 目前工程車輛大部分都是電液機械換擋結(jié)構(gòu)，通過對現(xiàn)有系統(tǒng)局部改造， 加裝相應(yīng)的傳感器和自動變速控制器，實現(xiàn)其自動變速。國內(nèi) 90以上的工程 車輛都是手動電液換檔機構(gòu)，因而實現(xiàn)

7、其的自動變速可大大提升我國工程車輛 的技術(shù)水平和核心競爭力。10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng)的創(chuàng)作可極 大地降低叉車操作人員的勞動強度、提高運轉(zhuǎn)效率、打破國外的技術(shù)封鎖，提 高國內(nèi)叉車自動變速水平，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的叉車自動變速產(chǎn)品。 3.23.2 主要功能主要功能 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車自動變速控制系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)手動變速叉車的自 動變速?？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行自動換 檔，改善工程車輛操作性能、減輕駕駛員勞動強度，提高工程車輛傳動效率和 作業(yè)生產(chǎn)率。該系統(tǒng)通過采集叉車發(fā)動機轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度、 撥檔開關(guān)、制動等信號，計算出節(jié)氣門開度變化、

8、泵輪和渦輪轉(zhuǎn)速滑差、車輛 運動參數(shù)等控制參數(shù)，即：通過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，進行綜合分析、判斷、辨識，進而判斷出駕駛 員駕駛和操作意圖、叉車的工作環(huán)境以及運行工況，根據(jù)對應(yīng)的控制策略和設(shè) 定的自動變速控制程序，實現(xiàn)自動換擋。 3.33.3 用途用途 用于手動電液換檔叉車的自動變速。在原有手動電液換檔執(zhí)行機構(gòu)的基礎(chǔ) 上，通過加裝 10 噸內(nèi)燃平衡重叉車電子控制硬件系統(tǒng)和自動變速控制軟件系統(tǒng) V1.0，形成自動變速電子控制系統(tǒng)，實現(xiàn)叉車的自動換檔控制。 3.43.4 技術(shù)特點技術(shù)特點 1、傳統(tǒng)系統(tǒng)繼承性好，通過對原有手動電液換檔執(zhí)行機構(gòu)進行簡單的技術(shù)

9、改造 就可以實現(xiàn)其自動換擋； 2、大大降低了換擋沖擊，改善換擋平順性； 3、通過提高叉車的周轉(zhuǎn)效率來提高其燃油經(jīng)濟性； 4、智能化程度高，能夠較好地自動識別叉車的運行狀態(tài)和工況，并采用相應(yīng)的 控制策略實現(xiàn)自動變速控制。 3.53.5 控制流程控制流程 通過采集叉車發(fā)動機轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、車速、節(jié)氣門開度、撥檔開關(guān)、 制動等信號，通過傳感器信息融合技術(shù)獲取節(jié)氣門開度變化、泵輪和渦輪轉(zhuǎn) 速差、車輛運動參數(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， 再進行綜合分析、判斷、辨識，進而判斷出駕駛員駕駛和操作意圖、叉車的 工作環(huán)境以及運行工況，根據(jù)設(shè)定的控制策略和自動變速控制程序，實現(xiàn)自 動換擋控制。

10、 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)功能的漢語拼音簡寫、相同含義的英文 單詞全拼以及英文單詞簡寫的組合作為相應(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拼音簡寫、相同含義的英文 單詞全拼以及英文單詞簡寫的組合作為相應(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程序模塊： 1、主程序 main； 2、子程序 UP_DOWN_Shift； 3、子程序 ShiftLogi

11、c； 4、子程序 Threshold。 4.24.2 TCU 信號參數(shù)匯總表信號參數(shù)匯總表 自動變速控制系統(tǒng)（自動變速控制系統(tǒng)（TCUTCU）信號參數(shù)）信號參數(shù) 序號序號信號名稱信號名稱符號符號信號類型信號類型信號來源信號來源 1發(fā)動機（泵輪）轉(zhuǎn)速ne( nB )數(shù)字（頻率）發(fā)動機轉(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 no 5節(jié)氣門開度模擬節(jié)氣門傳感器 6節(jié)氣門變化率模擬/td/dt 7撥檔選擇開關(guān)位置F、N、R數(shù)字（開關(guān)）撥檔手柄 8制動B數(shù)字（開關(guān)）制動踏板微動開關(guān) 9微動操

12、作Bmin數(shù)字（開關(guān)） 制動踏板微動開關(guān)、微動踏 板微動開關(guān) 10電源電源顯示數(shù)字（開關(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（開關(guān)）駕駛員座位壓力傳感器 13手制動BHB數(shù)字（開關(guān)）手制動微動傳感器 14檔位指示檔位顯示器數(shù)字（開關(guān)）TCU 4.34.3 TCU 模塊匯總表模塊匯總表 主程序主程序 main 模塊名稱功能簡述 PLL_Init時鐘初始化 AD_INIT模數(shù)轉(zhuǎn)換采集初始化 Timerch0Init定時器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

13、操作信息 Timer0_Onput定時中斷處理子程序 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3輸出初始化 PWM4脈寬調(diào)制通道4輸出初始化 delay_ms延時子程序 N_D1_UP完成空擋到前進1檔操作 D1_D2_UP完成前進1檔到前進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

14、操作 D2_D1_DOWN完成前進2檔到前進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 模塊名稱功能簡述 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 定時中斷

15、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)動機 是否工作 判斷車速、節(jié)氣門開度 換擋條件判斷 N N Y N 報 警 燈 亮 Y 工況 識別 正常模式 電磁閥驅(qū)動 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 啟動定時器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) 值并計算 返回 N 3、捕獲 2 中斷處理子程序流程圖 中斷子程 序入口 初始化 啟動定時器2 捕獲功能 捕獲發(fā)動機轉(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) 值并計算 返回 N 4、捕獲 3 中斷處理子程序流程圖 中斷子程 序入口 初始化 啟動定時器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) 值并計算 返回 N 4.64.6 TCU 主要模塊的運行優(yōu)先級主要模塊的運行優(yōu)先級