一种基于硬件在环仿真的变速器模型校准系统及其校准方法

摘要

本发明公开一种基于硬件在环仿真的变速器模型校准系统及其校准方法，系统包括变速器控制单元、硬件在环仿真器、实物变速器、变速器仿真模块及实验测量标定模块，变速器控制单元分别与实物变速器和硬件在环仿真器连通，硬件在环仿真器分别与变速器仿真模块和实验测量标定模块连通，变速器控制单元控制实物变速器换挡，硬件在环仿真器接收变速器控制单元换挡指令，变速器仿真模块在硬件在环仿真器中实时运行，由实验测量标定模块读取变速器仿真模块运行状态，由实验测量标定模块实时变更变速器仿真模块参数。本发明优点为：实现变速器仿真模块的动态特性与实物变速器的拟合途径，提高参数优化效率，保证变速器仿真模块与实物变速器动态特性一致性。

说明书

技术领域

本发明涉及变速器模型校准系统及方法,更详细地说涉及一种基于硬件在环仿真的变速器模型校准系统及其校准方法。

背景技术

随着汽车行业的不断发展，汽车的V型开发流程被普遍采用，基于控制器硬件在环仿真测试成为控制器产品功能开发和验证的重要环节，其极大的提高了对ECU软件的测试能力，减少实车路试次数，缩短开发时间和降低成本。为此，整车企业和零部件供应商纷纷开发硬件在环仿真平台建设。

硬件在环仿真测试系统以实时处理器运行仿真模型来模拟受控对象的运行状态，通过I/O口与被测ECU相连，从而对被测ECU进行全方面、系统的测试。其中，受控对象的仿真模型的搭建成为硬件在环仿真平台搭建的关键环节。

但是目前仿真模型的搭建由于车辆部件众多，机构运动特性复杂，模型动态模型搭建耗时耗力，由于仿真建模的数学模型考虑的因素有限，无法准确模拟实物运行状态，仿真模型与实物的动态特性存在诸多差异，一定程度上降低了硬件在环测试的可信度，且无法满足基于硬件在环的虚拟标定技术实现。

在现有专利技术中，专利申请号201110123683.6公开了确定变矩器离合器的体积及校准变速器的系统和方法,具体提供一种用于校准变速器的系统,该系统包括滑动生成模块、体积确定模块以及校准控制模块。所述滑动生成模块产生变速器滑动。在所述变速器滑动生成之后,所述体积确定模块应用变矩器离合器(TCC)并基于该TCC充满液压流体所用的时长期间来确定该TCC的体积。所述校准控制模块基于所确定的体积生成校准体积,并基于所述校准体积校准控制模块,其中所述控制模块控制所述变速器。

又例如中国专利申请号200410045116.3公开了一种用于校准自动变速器中的电磁线圈控制阀和阀系统的软件校准策略。所述策略包括确定用于阀或者阀系统的特性方程式,它是施加于电磁线圈的电流和阀或者阀系统输出处的压强之间的数学关系式。阀或者阀系统与描述变速器中的阀或者阀系统的工作的测试台相耦合。把电流信号施加于所述阀或者阀系统,并且对输出压强进行测量,以便使用曲线拟合函数来确定该方程式中的系数。然后,把所述系数存储在控制单元中。

上述专利申请技术均不能校正基于硬件在环仿真的基于硬件在环仿真的变速器模型校准系统根据上述问题，现在亟需一种用于硬件在环的模型校准系统和方法，实时对比校准模型与实物的动态特性差异，提高仿真模型的参数标定效率，降低仿真模型与实物之间的动态特性差异。

发明内容

本发明的目的在于提出基于硬件在环仿真的变速器模型校准系统及其校准方法，所述模型校准系统包括：变速器控制单元、硬件在环仿真器、实物变速器、变速器仿真模块以及实验测量标定模块，变速器控制单元分别与实物变速器和硬件在环仿真器连通，硬件在环仿真器分别与变速器仿真模块和实验测量标定模块连通，变速器控制单元控制实物变速器换挡，硬件在环仿真器接收变速器控制单元换挡指令，变速器仿真模块包括齿轮箱本体和选换挡机构，齿轮箱本体内设有同步器，选换挡机构通过将力作用在同步器上实现换挡，变速器仿真模块在硬件在环仿真器中实时运行，通过实验测量标定模块读取仿真变速器模块运行状态，同时通过实验测量标定模块实时变更变速器仿真模块的参数。所述模型校准系统的校准方法，包括以下步骤：

步骤1，硬件在环仿真器采集变速器控制单元模块的控制信号、实物变速器的实时数据以及实时运行的变速器仿真模型的实时状态；

步骤2，变速器仿真模块在硬件在环仿真器中实时运行，变速器仿真模块为根据实物变速器构建的物理模型，变速器仿真模块的输入为通过接口卡采集获得的档位控制ECU的控制指令，变速器仿真模块对实物变速器的ECU(Electronic Control Unit，即电子控制单元)的控制指令做出响应，实时计算当前选换挡机构位置，并根据选换挡机构的机械参数转化为选换挡传感器的电压值信号；

步骤3，通过与硬件在环仿真器相连接的实验测量标定模块读取变速器仿真模块运行状态，通过实验测量标定模块的上位机读取硬件在环仿真器的数据，实时对比分析实物变速器与变速器仿真模块的动态特性。

进一步的，步骤1中，变速器控制单元为包含档位控制功能的ECU，变速器控制单元通过PWM波控制选换挡机构的电机的转速和转向，采集选换挡机构的位置传感器信号，从而实现位置闭环控制，完成换挡操作，其中变速器控制单元包含手动测试模式，能够根据测试需要手动设定控制指令，控制变速器控制单元的执行机构动作。

进一步的，步骤2中，硬件在环仿真器具有信号采集通道，通过接口卡采集变速器控制单元的换挡控制信号，包括选换挡机构的电机的PWM占空比、频率，同时通过接口卡采选换挡机构的位置传感器电压值。

进一步的，步骤3中，实验测量标定模块具备与硬件在环仿真器的通讯功能，通过实验测量标定模块读取硬件在环仿真器中实时仿真模型的运行数据，包括变速器仿真模块输出的虚拟选换挡位置信号、档位信号，同时读取通过接口卡采集的变速器控制单元的ECU的控制信号和变速器控制单元的选换挡机构的位置传感器信号电压值。

进一步的，步骤2中，变速器仿真模块能够标定的参数包括与变速器仿真模型特性相关的参数变量以及不能通过机械结构获取的参数，包括：选换挡机构的摩擦系数、与换挡速度相关的粘性阻力、同步器的锥面摩擦系数和同步力的正向效率及逆效率，换挡轴的弹性。

进一步的，步骤2中，变速器仿真模块校准参数包括与变速器仿真模型动态特性相关的模型参数变量，通过修改相关的模型参数变量，调整变速器仿真模块的动态特性，其中变速器仿真模型动态特性相关的模型参数变量包括输入轴惯量、摘挡力、空挡自锁力、同步器锥面摩擦系数、同步器锥角。

进一步的，步骤3中，实验测量标定模块读取变速器仿真模块的标定参数，并能够在线实时修改标定参数值。

进一步的，步骤3中，实物变速器和变速器仿真模块的位置动态响应受控于变速器控制单元的控制指令，从而能够比较变速器仿真模块和实物变速器之间的差异，并通过实验测量标定模块实时修改变速器仿真模块的参数，实时查看变速器仿真模块的参数修改后的变速器仿真模块动态特性。

本发明所述模型校准系统及其校准方法的有益效果如下：

1.本发明所述模型校准系统，通过实时同步采集比较实物变速器和变速器仿真模块在同一控制指令下的动态响应特性，实现变速器仿真模块的动态特性与实物变速器的拟合途径。

2.本发明所述模型校准系统基于硬件在环仿真器参数校准，使得通过修改硬件在环仿真器参数，人机界面友好，可直接查看变速器仿真模块和实物变速器的特性差异，提高参数优化效率。

3.本发明所述模型校准系统能够实现在同一时间轴下的实物变速器的特性和变速器仿真模块的实时对比分析，从而保证了变速器仿真模块与实物变速器动态特性的一致性。

4.本发明所述模型校准系统通过实验测量标定模块修改模型参数，为实现自动参数优化提供了途径，以便根据自身的参数优化需求，根据比较变速器仿真模块与实物变速器的特性差异，自动修改标定参数和优化变速器仿真模块。

附图说明

图1是本发明所述模型校准系统的结构示意图；

图中所示：1-变速器控制单元；2-硬件在环仿真器；3-实物变速器；4-变速器仿真模块；5-实验测量标定模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图，详细介绍所述模型校准系统的具体实施方式。

如图1所示，所述模型校准系统包括：变速器控制单元1、硬件在环仿真器2、实物变速器3、变速器仿真模块4以及实验测量标定模块5，变速器控制单元1分别与实物变速器3和硬件在环仿真器2连接，硬件在环仿真器2分别与变速器仿真模块4和实验测量标定模块5连接，变速器控制单元1控制实物变速器3换挡，硬件在环仿真器2接收变速器控制单元1换挡指令，变速器仿真模块4包括齿轮箱本体和选换挡机构，齿轮箱本体内设有同步器，选换挡机构通过将力作用在同步器上实现换挡，变速器仿真模块4在硬件在环仿真器2中实时运行，通过实验测量标定模块5读取变速器仿真模块4运行状态，同时通过实验测量标定模块5更改变速器仿真模块4的参数。

本发明所述模型校准系统的校准方法的详细步骤如下：

步骤1，硬件在环仿真器2采集变速器控制单元1的控制信号、实物变速器3的实时数据以及实时运行的变速器仿真模型4的实时状态；

步骤2，变速器仿真模块4在硬件在环仿真器2中实时运行，变速器仿真模块4为根据实物变速器3构建的物理模型，变速器仿真模块4的输入为通过接口卡采集获得的档位控制ECU的控制指令，变速器仿真模块4根据实物变速器3的ECU的控制指令做出响应，实时计算当前选换挡机构位置，并根据选换挡机构的机械参数转化为选换挡传感器的电压值信号；

步骤3，通过与硬件在环仿真器2相连接的实验测量标定模块5读取变速器仿真模块4运行状态，通过实验测量标定模块5的上位机读取硬件在环仿真器2的数据，实时的对比分析实物变速器3与变速器仿真模块4的动态特性。

进一步的，步骤1中，变速器控制单元1为包含档位控制功能的ECU，变速器控制单元1通过PWM波控制选换挡机构的电机的转速和转向，采集选换挡机构的位置传感器信号，从而实现位置闭环控制，完成换挡操作，其中变速器控制单元1包含手动测试模式，能够根据测试需要手动设定控制指令，控制变速器控制单元1的执行机构动作。

进一步的，步骤2中，硬件在环仿真器2具有信号采集通道，通过接口卡采集变速器控制单元1的换挡控制信号，包括选换挡机构的电机的PWM占空比、频率，同时通过接口卡采集选换挡机构的位置传感器电压值。

进一步的，步骤3中，实验测量标定模块5具备与硬件在环仿真器2的通讯功能，通过实验测量标定模块5读取硬件在环仿真器2中实时的运行数据，包括变速器仿真模块4输出的虚拟选换挡位置信号、档位信号，同时读取通过接口卡采集的变速器控制单元1的ECU的控制信号和变速器控制单元1的选换挡传感器信号电压值。

进一步的，步骤3中，实验测量标定模块5读取变速器仿真模块4的标定参数，并能够在线实时修改标定参数值。

进一步的，步骤2中，变速器仿真模块4能够标定的参数包括与变速器仿真模型4特性相关的参数变量以及不能通过机械结构获取的参数，包括：选换挡机构的摩擦系数、与换挡速度相关的粘性阻力、同步器的锥面摩擦系数和同步力的正向效率及逆效率，换挡轴的弹性。

进一步的，步骤2中，变速器仿真模块4校准参数包括与变速器仿真模块4动态特性相关的模型参数变量，通过修改相关的模型参数变量，调整变速器仿真模块4的动态特性，其中变速器仿真模块4动态特性相关的模型参数变量包括输入轴惯量、摘挡力、空挡自锁力、同步器锥面摩擦系数、同步器锥角。

进一步的，步骤3中，变速器控制单元1实物变速器3和变速器仿真模块4的位置动态响应，从而比较变速器仿真模块4和实物变速器3之间的差异，通过实验测量标定模块5实时修改变速器仿真模块4的参数，实时查看参数修改后的变速器仿真模块4动态特性。

本发明所述参数校准系统，能够实现对变速器仿真模块4和实物变速器3的动态响应曲线的时间轴同步，优化完成后的变速器仿真模块4更贴近真实的实物变速器3，实现动态响应特性与实物的不断拟合。

本发明所述参数校准系统，能够根据不同的参数校准任务设定不同的测试工况，例如：对不同档位的极限值标定，能够根据换挡电机的最大力矩输出下的极限位置获得；选档拨杆在不同档位下以及空挡状态下的极限范围能够根据不同换挡位置下的选档机构实际运行范围设定；选换挡机构的摩擦阻力根据实际运行的选换挡机构的位置传感器信号斜率进行参考、修改，使得变速器仿真模块4的位置变化斜率与实物的变化斜率相拟合；

本发明所述参数校准系统，能够根据不同的参数校准任务进行拓展，例如不同转速差下的同步时间校准，能够在实物变速器的输入轴侧增加驱动伺服电机，模拟动态换挡过程，从而比较在不同转速差下的变速器仿真模块和实物变速器不同转速差下的换挡同步过程的对比和校准。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。