兰海龙，李 萍，彭一涛，李 泽

(中国重汽集团 大同齿轮有限公司,山西 大同 037305)

0 引言

机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission, AMT)作为一种自动变速器，能够显著降低司机的驾驶疲劳强度，且具有高可靠性和燃油经济性，在重卡市场的占有率越来越高。而传统的机械式换挡手柄由于其采用的是硬线直连方式，已经无法适用于搭载AMT变速器的重卡，因此需要开发一款搭载电子控制单元(ECU)的带挡杆的可替代换挡手柄，同时兼顾司机的驾驶习惯[1,2]。

AMT换挡手柄的驱动核心是控制软件[3]。传统的控制软件开发采用手写代码的形式，开发周期长；MATLAB的Simulink是基于方块图的模型化的软件代码开发工具[4]，能够实现复杂控制逻辑的开发，而利用MATLAB平台自动生成代码能极大地缩短代码开发周期，且自动生成代码的运行效率不低于手工代码的10%，内存占用率不超过手工代码的10%[5]，MATLAB平台使得AMT换挡手柄的控制软件开发过程变得简单易行，提高了产品开发进度。

1 AMT换挡手柄控制系统

换挡手柄软件系统的主要功能是：实时接收按键硬件信号和整车CAN通信信息，综合分析各输入信息，判断出司机的真实驾驶意图并发出换挡请求指令，通过CAN通信模块通知TCU进行换挡操作；实时对手柄按键硬件和CAN收发器硬件状态进行监测与诊断，如果发现硬件功能异常，则通过蜂鸣器、显示灯或仪表信息提示，通知驾驶员手柄硬件功能异常，同时手柄软件自动进入安全保护模式[6]。按照功能定义将换挡手柄软件系统主要划分为信号处理模块、驾驶意图识别模块、故障诊断模块和CAN通信模块，换挡手柄应用软件架构如图1所示。

图1 换挡手柄应用软件架构

2 换挡手柄应用软件开发

在MATLAB环境中搭建换挡手柄软件开发平台，按照系统定义的功能模块划分对各子系统进行了详细的软件开发工作。按照软件开发“高内聚低耦合”的代码封装原则，从软件逻辑角度对系统功能划分进行了适当更改，将信号处理模块详细划分为输入信号处理模块和输出信号处理模块，并将故障诊断模块并入了输出信号处理模块；将CAN通信模块分为CAN通信输入模块和CAN通信输出模块，分别并入了输入信号处理模块和输出信号处理模块；将驾驶意图识别模块划分为控制系统监控模块、整车状态识别模块和换挡请求计算模块。开发完成后的应用软件代码结构如图2所示。

图2 应用软件代码结构

输入信号处理模块的功能为：①对接收到的CAN信号进行分类解析；②识别司机按键和挡杆位置信号，并依照识别的按键信号类型和AMT反馈状态，识别出模式切换请求，如经济/动力模式、A/M模式、高/低挡切换请求等；实时监控挡杆位置信号状态变化，并依次识别出司机换挡请求。

输出信号处理模块的功能为：①对需要输出到整车CAN环境的信号进行综合处理校验；②实时、准确地向仪表播报换挡系统状态信息；③借助于手柄集成的蜂鸣器，实时、准确地反馈手柄工作状态，以提示司机。

控制系统监控模块的功能为：识别并区分换挡手柄控制系统的工作状态，如上下电、正常/故障工作模式等，作为换挡系统工作模式切换的总协调。

整车状态识别模块的功能为：识别出当前AMT整车状态，如静止与否、前进还是倒车；辅助换挡手柄系统准确识别出整车状态，并作为软件系统模式切换的输入信息等。

换挡请求计算模块的功能为：综合系统输入，控制系统状态、整车状态和按键/挡杆的物理状态，并在考虑了控制系统模式、节油、安全性等因素后，准确地计算出司机的换挡请求。

3 手柄软硬件集成与整车集成调试验证

3.1 手柄软硬件集成调试

手柄软硬件集成的主要工作是将开发完成后的手柄系统软件经过编译器编译生成目标文件，利用刷写工具将目标文件刷写到手柄控制单元ECU中。刷写完成后，在办公室搭建简单的测试环境，利用Vector CAN工具进行基本的手柄功能逻辑验证，例如，移动挡杆进行换挡请求操作，观测挡位请求信号与当前挡杆位置是否一致，CAN信号是否正常接收或发出，发出的CAN信号是否与软件计算的信息一致等。CAN工具采集的部分测试信号如图3所示。

图3 CAN工具采集的部分测试信号

3.2 整车集成调试与功能验证

整车集成调试的主要工作是：将软硬件集成完成后的换挡手柄安装到AMT整车的预留位置上，连接好线束接插件，发动机打火后，利用Vector CAN工具进行数据采集监测并观察整车仪表盘显示，进一步检查确认手柄接收到CAN信号及按键信号是否正确，手柄发出的CAN信号和换挡请求信号是否被整车AMT和仪表控制单元正确地接收到，如果不一致，则排查该信号涉及到的线束是否连接正确或软件功能逻辑是否合理，所有信号检查确认无误后，进行手柄软件功能在整车上的验证测试。

手柄软件功能在整车上的验证应依据软件系统定义时各子功能模块的需求定义逐一进行，主要包括：静止和行驶状态下换挡请求是否能够被AMT正确地接收并挂入正确的档位；经济/动力模式切换验证；A/M模式切换功能验证；仪表信息显示与蜂鸣器报警提示合理性验证、故障模式下的手柄工作模式功能验证。图4为手柄因故障而进入安全工作模式的仪表显示。

图4 故障状态下的安全工作模式显示

4 结论

基于MATLAB平台的自动代码生成工具使得控制系统软件代码的开发过程易于实现。本文依据适用于AMT变速器的电子式换挡手柄的控制系统软件开发需求定义，基于MATLAB平台开发了该手柄控制软件，实车验证测试结果表明：所开发的控制软件实现了挡位信号在换挡手柄与AMT变速器和整车仪表之间的实时可靠通信，并成功地实现了司机的换挡意图。