基于AMT变速箱电子控制系统的上位机设计

刘子川 郭朋彦 邵方阁 申方

（华北水利水电大学，河南郑州 450045）

基于AMT变速箱电子控制系统的上位机设计

刘子川 郭朋彦 邵方阁 申方

（华北水利水电大学，河南郑州 450045）

基于一款自主研发的AMT变速箱电子控制系统（TCU），应用LabVIEW软件开发平台对其上位机进行设计研究。基于模块化设计的思想，完成控制系统上位机各个模块的设计，建立上位机和下位机间的实时通信。结果表明，所设计的上位机能够实现控制系统各参数的实时监测和显示。

AMT变速箱；电子控制系统；LabVIEW；上位机

电控机械式自动变速箱（AMT）是在传统的手动变速箱的基础上加上一套电控系统来实现的。其能够根据油门开度、车速、发动机转速等信号来自动判断换取的最佳挡位，并且模拟司机进行离合器控制来实现自动换挡。然而，AMT对选换挡及离合器的控制是经过各种数据综合处理的。因此，自动控制比人为更加精确无误，能够实现更好的经济性、动力性及换挡品质等。与其他自动变速器相比，其具有以下优点：保留了传统齿轮变速箱传递效率高的优点；只用加上一套控制系统即可实现，因此大大降低了生产成本；AMT是在传统的变速箱基础上实现的，与其他变速箱相比，结构简单，易于制造［1］。本文根据AMT变速箱的发展现状，基于一款自主开发的AMT变速箱电子控制系统（TCU），应用LabVIEW开发平台，对其上位机进行设计，以实现上位机对TCU工作状态的实时监测。

1 控制系统上位机设计分析

入输出轴转速、目前挡位及油门开度等信号。其中，发动机转速和离合器输入轴转速信号可以视为一个信号，车速信号和离合器输出轴转速也可以视为一个信号。因此，作为输入模拟信号，可以简化为发动机转速、车速信号、油门开度信号等［2］。

其中，模拟信号中车速信号最为重要，由于车速信号可以转换为转速信号，进而转换为频率信号，在TCU的设计中可以用PWM波模拟TCU的发动机转速和车速信号输入，上位机采用仪表盘进行显示；油门开度信号是油门踏板的角度信号，也相当于一个模拟信号，因为油门踏板信号是一个连续变化信号，上位机可以使用条形计数显示模块进行显示；汽车的经济性、动力性及组合型换挡模式可以在上位机上直接显示。

TCU运用AD转换和FTM定时器模块来采集油门、离合器结合位置等模拟信号以及车速、离合器输入输出轴转速等数字信号，经过对各个信号运算和处理，根据相应的选换挡规律，判断是否达到换挡临界点。通过串口通信模块将各输入信号和反馈信号发送给上位机，以便进行实时监测、调试、分析。其整体构架如图1所示

图1 TCU工作示意图

2 上位机模块设计

为了实现对AMT控制器TCU进行实时监测与控制，采用LabVIEW软件进行上位机设计开发。与VC、VB、组态王等软件开发上位机相比，LabVIEW的编程是运用图形化进行编程，简单易懂。在LabVIEW中有很多显示模块，可以直接调用，另外也可以自定义控件和XControl。在工业应用中，尤其是在高端产业系统开发中极大地节省了开发时间和成本。因此，LabVIEW在工业中得到了广泛的应用［3］。根据本次项目需要，设计的上位机分为串口通讯模块、速度显示模块、油门开度显示模块、目前挡位显示模块、手自模式选择模块和经济动力模式选择模块等。

2.1 串口通讯模块设计

实际上有很多的通信方式，比如串口、并口、以太网等，其中串口通信较为通用，而且传输距离远且不失真，所以本次设计采用串口通信。在LabVIEW默认情况下，程序的执行顺序是沿着前后顺序的方向运行的。其中，串口通信模块设计如图2所示。

图2 LabVIEW串口通讯程序图

VISA串口通讯模块的程序编写很固定，分为串口资源配置、串口写入、串口读取及串口关闭四部分［4］，由于本次不牵涉上位机对下位机进行控制，所以用不到串口写入功能。在程序图中最前边的指令为VISA资源配置命令，根据需要设置相应的I/O端口、波特率、奇偶校验位、终止符等。需要注意的是，在串口配置时一定要与下位机设置一致，否则接收不到数据或者接收为乱码。接下来的是VISA读取命令，运用VISA读取指令来读取串口发送的数据，读取完毕采用VISA关闭指令将串口通信关闭［5］。

2.2 速度显示模块和油门开度显示模块设计

速度显示模块实际上大多采用仪表式，为了和现实更加接近，本次速度显示模块采用1个仪表显示。为了表达更加直观，本次油门开度模块采用1个水平进度条来进行显示。车速显示如图3所示，油门开度显示如图4所示。

图3 LabVIEW速度显示图

在LabVIEW中个需要注意的问题是，不同的数据类型是不能够直接连接的。比如，一个显示控件的输入要求为整数数据类型，而如果把一个输出为字符串类型连接到该输入端的话就会报错。但是也并不是没有办法，需要将字符类型运用类型转换类命令就可以实现相连。在本次串口接收到的数据类型为字符串类型的，仪表盘的输入要求为整数数据类型，不可以直接相连。所以，将串口发送的数据进行字符串和数值转换即可连接到仪表盘进行显示。

2.3 目前挡位显示模块和模式选择模块设计

在LabVIEW中有很多仪表盘可以显示数据，也可以运用数字显示控件显示数字，但是有的不明显，有的不美观。所以，可以运用点阵来显示想要显示的内容，既美观又明显。在LabVIEW中显示点阵是一种比较新颖的技术，也是LabVIEW程序设计中一个重要的显示技巧。所谓点阵，就是用灯的亮灭来显示各类图形，但在LabVIEW中却不用那么麻烦，其中有已经做好的控件，不运用程序进行控制灯的亮灭，直接将需要显示的文字或者数字先转换成文本，然后转换成相应的像素图，通过一系列处理就可以显示［6］。其程序如图5所示。

其中，第1个指令为在矩形中绘制文本，在这个指令中可以设置所需字体、背景图片、文本显示方向、文本颜色和矩形点阵的大小等点阵显示的基本性质，在速度、油门开度表示的时候需要先进行数据类型转换，而这个命令的输入要求为字符串类型的，所以这里不需要进行转换；通过第2个指令将图片向像素图转换，其中用图像深度来指定图像的深度，分为1、4、8、24位，而本次采用的是1位；第4个指令是一个for指令，在for指令中含有1个一位数组循环移位命令，通过这个命令可以实现文字的移动，使得文字显示在整个点阵的正中间。通过一系列的设计，最终就能在目前挡位中显示挡位的信息。目前，挡位、A/M模式及E/P模式显示如图4所示。

图4 LabVIEW油门开度以及点阵显示图

图5 LabVIEW点阵程序图

2.4 信号处理

由于串口通讯中发送数据频率太高，会出现数据丢失错位等，仪表挡位等显示就会出现巨大的波动，所以采集到的数据需要进行滤波处理。其中，数据处理程序如图6、7所示。

图6 LabVIEW求平均值程序图

图7 LabVIEW反馈节点程序图

经过试验发现波特率调低会是数据波动明显降低，所以本次设计将波特率调低，但是又不能太低，太低的话导致数据不连续，也会引起仪表波动较大。因此，此次设计串口通讯波特率由原来的9 600调位4 800。另外，运用中值滤波方法，取采集的前100项和求其平均值，也同样可以有效降低数据波动问题［7］。同时，由于本次设计是不允许跨挡位进行换挡的，所以不可能出现挡位变化大于二。因此，在挡位模块中加上一个反馈节点，将要显示的值与上一时刻的进行比较，如果不在允许变化范围之内，将继续发送上一时刻的值，直到满足即可。TCU上位机显示如图8所示。

图8 AMT上位机图

3 上位机调试

通过运用LabVIEW开发设计出AMT控制器的上位机，通过多次试验发现，上位机能够准确稳定地显示车速、油门开度、目前挡位、手自模式选择及经济动力模式选择等信息，满足了TCU功能要求，实现了预期效果，上位机调试如图9、10所示。

图9 自动挡经济模式上位机显示图

图10 手动挡动力模式上位机显示图

4 结语

本文基于自主开发的AMT变速箱TCU对其上位机进行了设计研究，完成了变速箱通讯上位机的设计。虽然上位机能够满足使用要求，在显示的过程中由于数据采集频率太快出现了一定的波动。所以，本次设计适当降低了串口波特率和采集频率，并且进行适当的滤波处理，经过最终的改进，波动情况有了明显的改善，满足了实际的使用要求。

［1］赵强.汽车自动变速箱的发展现状及其技术趋势［J］.机械，2010（12）：1-5.

［2］顾佳鼎.混合动力HEV轿车AMT控制器硬件开发［J］.上海汽车，2009（1）：3-8.

［3］马草原.基于LABVIEW的串口调试与数据分析［J］.工矿自动化，2005（4）：74-76.

［4］许美玲.基于LabVIEW串口通讯的的多路数据采集系统［J］.机械与电子，2010（S1）：172-174.

［5］赵梅.基于LabVIEW的AMT数据采集系统设计与研究［J］.山东大学学报，2011（6）：70-74，79.

［6］吴红卫.基于LabVIEW的汉字点阵字模提取［J］.三峡大学学报（自然科学版），2006（6）：545-547.

［7］赵杰.交流异步电机测功机系统的设计与建模［D］.长沙：湖南大学，2006.

The Design of Upper Computer Based on AMT Transmission Electronic Control System

Liu Zichuan Guo Pengyan Shao Fangge Shen Fang
（North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou Henan 450045）

In this paper,based on one independent development AMT transmission electronic control system(TCU), the upper machine was designed and researched through using the LabVIEW software development platform.The de⁃sign of the control system of each module of the upper computer was completed,and a real-time communication be⁃tween upper machine and lower machine was set up based on the idea of modular design.The results show that the upper machine of the design can realize real-time monitoring and display for the parameters of the control system.

AMT transmission；electronic control system；LabVIEW；upper computer

TK46

：A

：1003-5168（2017）01-0037-03

2016-12-25

河南省教育厅科学技术研究重点项目资助计划（13A460693），华北水利水电大学大学生创新计划项目资助（HSCX2014112）。

刘子川（1990-），男，硕士，研究方向：车辆、发动机及测试方面的研究。