浅谈基于OSEK/ VDX 嵌入式操作系统的AMT TCU 设计与硬件在环试验

浅谈基于OSEK/ VDX 嵌入式操作系统的AMT TCU 设计与硬件在环试验

1 绪论

电控机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission,AMT)具有传动效率高、成本低、操作容易、驾驶舒适等优点，已成为车辆自动变速器发展的一个重要方向。AMT 的核心部件是电控单元(TCU)，实时采集和检测输入信号(发动机转速、输入轴转速和车速，油门踏板位置、节气门开度、变速箱油温等以及各种状态信号)并进行调理、存储，同时，TCU 根据这些运行参数进行工况判断并发出控制信号，完成车辆的平稳起步或自动换挡，从而使车辆获得优良的舒适性、燃油经济性与动力性能。较之传统的控制器，TCU 有更多的传感器，执行器以及更为复杂的控制算法，若TCU 设计不合理，难以满足实时性与可靠性的要求，同时，如果换挡规律不合理，汽车难以获得较好的燃油经济性和动力性。本文从TCU 硬件和软件设计做了相应的介绍。

2TCU 软件设计

TCU 软件部分的核心是控制策略，其主要部分是最佳换挡规律。本控制器采用两种换挡控制策略，即经济性换挡规律，综合性换规律，通过模式选择开关进行切换，使用Simulink 搭建的换挡控制策略。

Simulink 模型无法直接烧写到单片机中运行， 编写好的程序通过Simulink 提供的RTW 工具生成可用的C 代码， 编写接口嵌入到软件系统中。生成的C 代码是上层核心算法程序，只提供与底层程序的接口，而底层程序则须自己编写并留出对应接口和上层代码对应接口进行连接[3]。然后把相应的C 代码添加到CCS 中的工程文件中，并编写代码的接口，实现软件三部分的无缝连接;其中驱动程序包括信号输入通道设置与信号处理驱动程序、输出通道设置与输出处理、通信设置与数据转换。

3 TCU 硬件设计

根据TCU 的功能需求，把硬件电路划分以下几个部分：信号采集输入调理电路、执行器控制电路以及主控电路。

(1) 主控电路：TCU 的硬件电路选择了TMS320F2812 主控芯片，两个16 位通用定时器，以负责离合器转速信号、车速信号等脉冲信号的`采集;8 个16 位的脉宽调制(PWM)通道、可以实现对离合器电磁阀、换挡电磁阀的控制;16 通道A/D 转换器，在采集节气门位置、离合器位置等传感器输入的多路模拟信号的应用中，可以简化硬件，提高系统可靠性;拥有改进的局域网络(eCAN)支持CAN2.0B 协议，以实现串行信号的输入输出以及与汽车发动机ECU 的信息交换,实现ECU 之间的CAN 通信。

(2) 输入电路： 对于主控芯片TMS320F2812 芯片上带有AD 转换模块的处理芯片， 其输入的模拟信号需要经过简单的滤波、放大后才可接入DSP。开关量信号采用光电隔离来实现信号的转换，数字信号调理部分的作用是将仿正弦信号经过处理后，变成电平范围在DSP 允许范围内的方波信号。数字信号调理部分的设计采用先滤波后整形，最后光电隔离的办法。

(3) TMS320F2812 主控芯片EV 外设提供的PWM 外设功能，对电路进行控制，但，由控制器输出的PWM 波的峰值电压只有5V， 不足以驱动电磁阀， 这就需要电磁阀驱动电路将PWM 控制信号的功率进行放大，从而控制电磁阀正常工作。

4 结论

自行设计了TCU 软硬件， 对设计的TCU 做了相应的硬件在环试验， 利用Real Time Workshop 实现控制模型向C 代码的转化，优化后下载到TCU，进行了硬件在环仿真实验，篇幅有限，本文不做具体说明。试验结果表明，设计的该TCU，能按照控制策略实时、准确、可靠的控制AMT 的换挡过程，同时，同时获得了较好的经济性以及动力性能。为AMT 控制器的开发提供了参考。