基于ASAP3协议的变速器台架试验系统搭建

那天明

(上海汽车变速器有限公司检测中心,上海 201800)

0 引言

文中所指自动变速器为广义自动变速器，包括AT(Automatic Transmission)、DCT(Dual Clutch Transmission)、CVT(Continuously Variable Transmission)、AMT(Automatic Machincal Transmission)等；文中所指新能源变速器为广义新能源变速器，包括一般HEV(Hybrid Electric Vehicle)变速器、BEV(Battery Electric Vehicle)变速器、FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)变速器、搭载电机的纯电动减速箱总成，以及近期提出的DHT(Dedicated Hybrid Transmission)概念变速器等。目前自动变速器和新能源变速器的控制器根据不同企业和标准的定义，定义名称不同。有只控制变速器换挡策略的TCU(Transmission Control Unit)，有电换挡控制器SCU(Shift Control Unit)，有电离合控制器CCU(Clutch Control Unit)，有控制整个混合动力系统策略的HCU(Hybrid Control Unit)，有用于纯电动动力总成控制策略的VCU(Vehicle Control Unit)等；根据不同网络和控制框架定义，有的某个控制器集成其他控制器，例如多数混动控制器HCU集成TCU功能，或TCU作为HCU的下位机控制器。文中将所有变速器控制器暂以TCU代称。

自动变速器和新能源变速器日益成为国内多数变速器公司的核心发展方向，尤其是新能源变速器更是在近几年内雨后春笋般地兴起，并蓬勃发展，随着各公司开展TCU自主研发、PEB(Power Electric Board)自主研发、混合动力3E(E-Park、E-Shift、E-Clutch)自主研发、DHT自主研发、E-DCT等新能源扩展变速器自主研发，多数传统试验台架已无法满足多变的试验工况和变速器控制要求，在台架安全保护与样件早期失效的保护上、在台架运行数据与样件数据的采集上、在被试件与台架的数据交互联动上都遇到了瓶颈。目前国内多数变速器开发公司采取的方式方法为购买国外昂贵的开放性定义试验系统设备，或根据不同项目向供应商定制特定功能，或花大精力开发台架版TCU，这样不仅耗时长、通用性差，时间成本和预算成本也大幅增加。

1 ASAP3协议框架

ASAP3协议(现已更名为ASAM-MCD-3MC，由于行业内普遍认同原名称，文中暂沿用)是自动测量系统标准化协会定义的一个标准，最初由知名欧洲汽车公司成立的标准化组织ASAP(Standardization of Application Calibration Systems Task Force)发展而来，已逐渐被世界各大汽车公司所采用[1]。

1.1 ASAP3协议驱动控制框架

ASAP3是以Ethernet或RS232为物理通信介质定义的一套远程控制标定应用层协议[2]。图1为典型ASAP3协议控制驱动样件逻辑图。INCA标定系统可通过XCP或CCP等协议读取或同步标定TCU中关注变量的值，而远程控制PC可通过ASAP3协议控制或读取INCA标定系统中相应变量的值，由此达到间接控制或采集TCU关注变量的目的。

图1 典型ASAP3协议控制驱动逻辑图

由于INCA标定系统更专注于变速器标定量的监控和控制，它有强大的数据采集和标定通信模块。然而，另一方面其自动化差、对外通用软件接口有限、二次开发性差，台架试验系统在关注变速器标定量的同时，还需关注台架本身的控制以及数据采集。ASAP3协议恰好解决了这一问题。当控制PC通过ASAP3协议发送命令消息，INCA标定系统接收指令，并执行动作。当控制PC通过ASAP3协议请求一个测量信号时，INCA标定系统将进行数据获取，然后转发给控制PC。

1.2 ASAP3协议语法结构

ASAP3协议定义了丰富的命令结构，包括初始化函数、参数配置系列函数、标定量表格处理系列函数、数采和记录系列函数等。这些函数可有效完成远程变量标定、变量采集等功能。图2为ASAP3协议一般语法顺序，控制PC作为Master主控向 Slave从控INCA标定系统发送特定指令, INCA标定系统收到指令后会进行确认,如收到指令有问题,INCA标定系统会返回错误状态,如正确,INCA系统会根据控制PC请求答复相应请求量。

图2 ASAP3协议一般语法顺序

针对台架试验系统的控制标定和数采的需求，最常用到ASAP3协议中的获取变量值(命令代码19)和标定变量命令(命令代码15)。图3为ASAP3协议台架远程控制标定常用命令结构，首先进行初始化连接，然后Master系统识别，选取对应标定变量文件。针对数采需求和标定需求，并行发送变量值获取命令和标定变量指令。将该过程集成到台架控制系统中，即可顺利完成台架试验系统框架的搭建。

图3 ASAP3协议台架远程控制标定常用命令结构

2 试验系统搭建

以典型的新能源变速器为例，在原有手动变速器台架系统的基础上进行通用型新能源台架试验系统的搭建，该系统框架同时也适用于自动变速器。

2.1 台架试验系统整体逻辑框架

搭载电机的新能源变速器在原有手动变速器台架系统硬件配置基础上，需同时配备电池模拟器、PEB和变速器冷却单元，必要试验需求下，需配备功率分析仪。试验系统控制上需配备INCA标定系统(如无数采需求，配置低成本的ETAS581和INCA软件即可)，配置必要CAN卡，同时基于ASAP3协议和CAN协议自行编写配置一套通用的上位机软件就可。图4为典型的新能源变速器完整的台架试验系统。其中扩展部分为在手动变速器台架基础上增加配置的部分。

图4 基于ASAP3协议的典型新能源变速器台架试验系统

台架原控制系统以CAN的方式开放台架控制权限，包括台架输入输出电机控制模式控制权限、电机转速扭矩的控制值权限、台架的报警和急停控制权限，以及其他一些试验过程中需要试验系统主控控制的驱动权限；同时台架控制系统需通过CAN网络反馈台架实时状态参数，包括台架输入输出电机实际控制模式，台架传感器读到的实际转速、扭矩、温度、振动、压力等值。

试验系统主控通过ASAP3协议取得标定系统控制权限并采集变速器相关变量实时参数，包括变速器搭载电机的工作模式，转速扭矩控制以及实时反馈，换挡、离合器、驻车等子系统的控制权限及实时状态反馈，变速器试验过程中关注的例如电压、电流、换挡行程位移、液压系统油温、压力等成百上千的变量。

2.2 台架系统与标定系统的解耦协同控制

台架系统与标定系统控制的解耦主要包括3个部分内容：台架的控制与变速器控制的解耦协同，台架参数报警急停与变速器参数报警急停的解耦协同，台架状态数采与变速器关注变量数采的解耦协同。这里在传统台架主控和标定系统的基础上增加一套试验系统主控作为整个台架试验系统的控制中枢，同时，3个节点分工合作，可以简单有效地完成以上3个部分工作。

试验系统主控根据试验工况分别通过CAN总线和ASAP3协议分别对台架和标定系统下达动作指令，台架各子系统和变速器各子系统动作分别由台架主控和INCA标定系统控制完成。同时，试验系统主控通过CAN总线和ASAP3协议采集读取台架各子系统和变速器各子系统的最新状态进行反馈控制。这样，台架系统和TCU可根据其自身控制逻辑和控制策略完成各自控制动作，该框架在控制上既可以使控制解耦分离，保证各自控制的完整性和真实有效性，又可同时保证两个系统的协同性。图5为试验系统控制逻辑图。

图5 试验系统控制逻辑图

试验系统的报警急停包含台架参数报警急停与变速器参数报警急停。这里采用图6的报警急停控制框架完成整个系统的报警急停处理。试验主控报警急停系统检测到变速器状态参数有异常，它通过ASAP3协议对变速器执行相应急停动作，同时通过CAN总线向台架发出急停请求，由台架主控报警急停系统对台架动作进行处置。另一方面，如果台架主控报警急停系统检测到台架监控参数异常，它在对台架进行报警急停操作的同时，通过CAN向试验系统主控进行报警，由它对变速器进行相应动作。图6为报警急停系统控制逻辑图。

图6 报警急停系统控制逻辑图

INCA标定系统有强大的数采和数据分析能力，整个系统的数采框架可以根据图7的配置进行，由INCA系统采集变速器关注参数和通过CAN总线同步传来的台架相关参数，台架数采系统只需对传统关注参数进行采集即可，无需进行额外配置。

图7 台架试验系统数采系统框架图

2.3 试验系统网络框架

试验系统的网络框架是搭建整个试验系统的核心要素。这里以某新能源变速器换挡试验系统网络框架搭建为例,如图8所示：CAN1网络对应传统整车动力CAN网络，CAN2为整车上基于新能源控制策略开发混动CAN网络，CAN3为台架主控与试验系统控制指令与台架数据交互CAN，CAN4为电池模拟器控制CAN和数据交互CAN；Ethernet用于控制交互试验系统主控与INCA标定系统标定数据；同时，根据整车CAN网络定义，换挡控制器SCU在CAN2网络上，两个电机控制器同时在CAN1和CAN2网络上。台架主控通过RS485协议对台架电机和冷却系统进行控制，通过DAQ系统对台架必要数据进行采集。为了进行整车控制策略，试验系统主控需在CAN1和CAN2上模拟必要的整车信号信息，例如车速信号、油门踏板信号、BMS信号等。试验系统主控通过4路CAN总线和1路Ethernet线上监控整个试验系统变量状态，根据试验工况对各子系统进行驱动，同时集成报警急停功能，保证系统运行稳定性和安全性。INCA标定系统通过4路CAN总线完成对整个试验系统的数据采集和记录，完成试验过程数据的收集工作和数据后处理工作。

图8 一款新能源变速器换挡试验系统网络框架图

3 总结

该套台架试验系统架构可用于搭建绝大多数新能源变速器和自动变速器的台架试验，降低了对台架原本复杂多变的要求，通用性强，TCU无需经框架性修改，在充分利用台架本身控制、监控、报警急停处理能力的同时，很好地协同了对被试件状态的控制和报警急停处理，同时充分利用INCA标定系统的数据采集能力和分析能力，增加了试验的有效性和可靠度，降低了对试验系统主控系统的技术要求和开发难度。在新能源和DCT变速器的开发性试验系统搭建过程中采用该架构，周期短，成本低，可靠性、通用性好，同时无需对台架供应商开放过多项目信息，兼具保密性功能。

参考文献:

[1]李计融,钟再敏.车载控制器匹配标定ASAP标准综述[J].汽车技术，2004(10)：1-4.

LI J R,ZHONG Z M.Overview of ASAP Standards for Calibration of Automotive Onboard Controllers[J].Automobile Technology,2004(10)：1-4.

[2]SCHMIDT F W.ASAP(Version 2.1.1)[M].Robert Bosch GmbH：Working Group on Standardization of Application Systems Interface Specification，1999:5-6,7-63.