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/stateflow2010-02-0209:39:32閱讀251評論1字號：大中小訂閱董雄鶴，周杰敏，余建華（東風(fēng)汽車有限公司商用車技術(shù)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(biāo)、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)質(zhì)量?！娟P(guān)鍵詞】MATLAB/Simulink；T

2、argetLink；AMT；軟件開發(fā)SoftwareDevelopmentofAMTECUBasedonMATLAB/Simulink/TargetLinkDongXionghe,ZhouJiemin,YuJianhua（DongfengCommercialVehicleTechnicalCenterWuhan430056China）Abstract:BasedonMATLAB/Simulink/TargetLink,intensiveresearchandapplicationwereintroducedonSoftwaredevelopmentofAMT.Resultsshowthatwi

3、ththesetools,thedevelopmentefficiencyandqualitycanbegreatlyincreased,togetherwiththecharacteristicsofclearfunctionmoduledefinition,fastalgorithmrealizationandvalidation,centrallymoduledatamanagement,automaticscaling,codegeneration,automaticcalibrationfilegeneration.Keywords:MATLAB/Simulink;Targetlin

4、k;AMT;Softwaredevelopment.引言現(xiàn)代汽車電控系統(tǒng)功能越來越復(fù)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(yīng)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(shè)計以及targetlink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(chǔ)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(fù)

5、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(gòu)的位置信號，結(jié)合車輛當(dāng)時的運動狀態(tài)（發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速、車速、檔位等），按照可行的控制策略，控制執(zhí)行機構(gòu)（發(fā)動機扭矩和轉(zhuǎn)速、離合器執(zhí)行機構(gòu)、選換檔執(zhí)行機構(gòu)），完成發(fā)動機、離合器、變速器的綜合控制。本文主要介紹應(yīng)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(shè)計，在MATLAB環(huán)境下仿真驗

6、證，再在TargetLink環(huán)境下進行模型轉(zhuǎn)換、參數(shù)定標(biāo)、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(jié)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(biāo)系統(tǒng)中運行；而map文件則用來在TargetLink環(huán)境中自動生成A21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(biāo)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(biāo)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(biāo)定參數(shù)的數(shù)值，并按用戶的要求修改標(biāo)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

7、。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(biāo)代碼生成和系統(tǒng)集成、標(biāo)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1AMT電控系統(tǒng)軟件開發(fā)流程1 AMT電控系統(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

8、、變速箱開關(guān)輸入信號、電磁閥控制信號等（AMT采用氣動執(zhí)行機構(gòu)）。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(zhuǎn)速測量：測量變速箱輸入軸轉(zhuǎn)速、變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速。定時器：實現(xiàn)AMT電控系統(tǒng)多速率多任務(wù)調(diào)度的時基。 中斷：實時捕捉外部信號，如轉(zhuǎn)速傳感器輸入脈沖鏈、CAN通信等。 CCP（CANCalibrationProtocol）驅(qū)動：標(biāo)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(biāo)定。 J1939接口：整車通信，接受發(fā)動機轉(zhuǎn)速和油門開度信號，控制發(fā)動機轉(zhuǎn)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

9、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，如開關(guān)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LH黨星4+觸鼻魚勺修社.座石7r士樣都修NM口，-號及酷彳日缶弓恥理而嘉,.，”！：.工圖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(dāng)出現(xiàn)真

10、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(yīng)的物理信號量。模擬輸入信號處理框圖如圖2o2.2 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(zhuǎn)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(dāng)前車輛運行狀態(tài)確定變速箱的目標(biāo)檔位，并控制執(zhí)行機構(gòu)完成下面動作：離合器分離一摘空擋一選檔一換檔一離合器結(jié)合，實現(xiàn)自動換檔，同時控制發(fā)動機的扭矩和轉(zhuǎn)速

11、以提高AMT的換檔品質(zhì)。根據(jù)不同任務(wù)的采樣時間及任務(wù)性質(zhì)，控制模塊分為AMTdecoder、AMTCtr、Coordinator和Brake4個子系統(tǒng)：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。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、Gearbx_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、

12、后空擋、選檔、灰檔、示同條件下而離合一器結(jié)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(biāo)檔位與變速箱的當(dāng)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(jié)合，完成換擋過程。圖4AMTCtr控制狀態(tài)機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)框圖。圖5Coordinator子系統(tǒng)控制程序框圖3.4Brake子系統(tǒng)Brake子系統(tǒng)步長10ms,作用是實現(xiàn)制動控制。當(dāng)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

13、發(fā)動機，并計算發(fā)動機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速。Brake子系統(tǒng)控制程序框圖見圖6。'I二如心1%能I-*I圖6Brake子系統(tǒng)控制程序框圖4定標(biāo)、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(guān)鍵步驟，雖然利用Matlab產(chǎn)品中的EmbeddedCoder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)字典管理、自動定標(biāo)、自動生成標(biāo)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(zhuǎn)換，把Simulink模塊轉(zhuǎn)換為TargetLink的對應(yīng)模塊。1m&g

14、t;:m.E心，ini(Tnjir.r!l)圖7定標(biāo)界面轉(zhuǎn)換后的TargetLink模型經(jīng)過MIL(moduleinloop)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(biāo)oTargetLink提供了最差環(huán)境定標(biāo)和自動定標(biāo)功能，圖7是一個進行自動定標(biāo)的界面。定標(biāo)后模型所有數(shù)據(jù)都在統(tǒng)一數(shù)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(biāo)準(zhǔn)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

15、能構(gòu)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(biāo)定軟件集成工作完成后，將TCU安裝到樣車上進行了樣車試驗和標(biāo)定工作。圖8是一個用CANape進行標(biāo)定的界面。經(jīng)過反復(fù)的策略修改一系統(tǒng)集成一系統(tǒng)標(biāo)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(gòu)(發(fā)動機、離合器)的控制。結(jié)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(jié)構(gòu)清晰，建?？旖?，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(biāo)，自動生成A2L文件，極大地提高了軟件