汽车AMT数据收集与分析系统研究.docx

《汽车AMT数据收集与分析系统研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车AMT数据收集与分析系统研究.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、汽车AMT数据收集与分析系统研究dujing导语：数据收集与分析系统对AMT系统的开发有重要意义。本文介绍了基于串行通讯与虚拟仪器技术的汽车AMT数据收集与分析系统，阐述了系统的工作原理以及软、硬件的设计摘要：数据收集与分析系统对AMT系统的开发有重要意义。本文介绍了基于串行通讯与虚拟仪器技术的汽车AMT数据收集与分析系统，阐述了系统的工作原理以及软、硬件的设计。关键字：AMT数据收集串行通讯虚拟仪器AMTAutomatedMechanicalTransmission即机械式自动变速器，是在原有的机械变速器离合器构造不变的情况下，通过加装微机控制的自动操纵机构取代原来由驾驶员人工完成的离合器别

2、离、接合、摘档与悬挂档以及发动机相应同步调节等操纵，最终实现换档全经过操纵的自动化它既具有AT自动变速的优点又保存来原手动变速器MT齿轮传动效率高本钱低构造简单轻易制造的优点。系统的根本控制原如图1所示。AMT系统是一个复杂的多输入多输出控制系统、参数多，变化快，时间历程短。一般凭人工直接观测或者普通的测试仪表难以观察到的一些现象，十分是多个控制参数瞬息变化的复杂动态经过，只有利用数据收集及分析系统，才能进展完好、细致的分析。自动换档操纵系统对于多个设计方案的选择，传感器、执行机构等硬件确实定，十分是软件的设计、调试，都有赖于通过大量的试验、试车。随着自动变速理论开展和不断完善，为了更公道地确

3、定换档规律，进步自动变速系统对不同驾驶员、道路、车况的适应性，这些都需要做大量的试验，收集一定量的数据作为设计的根据。即使有了大量的数据，要想得到技术人员关心的性能指标，还要对其进展处理和分析。这些工作的完成对人来讲是很费时的，利用数据收集及分析系统可对收集到的数据自动进展处理和分析，很快地得到有用的试验结果，并以形象直观的方式提供应设计人员。由于随车数据收集及分析系统对开发AMT具有重要意义，出于研究、设计AMT的需要我们开发了这样一个系统。1.系统的组成数据收集系统可以有两种实现方式：一种是基于数据收集卡的单上位机方式，一种是基于AMT电控单元ECU作为下位机PC机作为上位机的方式。由于数

4、据收集系统的信号同时也是AMT的电控制单元ECU所要用的，为了系统构造简单，收集系统下位机与AMT的控制系统可共用局部硬件并在此根底上增加串行通讯接口电路。由于PC机具有强大的功能和丰富的软件，因此我们选择装有WINDOWSXP操纵系统的普通便携式PC机作为上位机。下位机负责完成数据的收集和转换并将数据通过串口传给上位机，上位机负责把接收到的数据进展分类、存储以及分析把研究人员所关心的数据显示出来。2.系统的硬件设计系统的硬件主要有以下几个局部：传感器，信号调理电路，下位机ECU，串行通讯接口电路，电源电路，上位机PC，以及一些必要的外围电路，构造框图如图2所示。2.1传感器的选择及信号调理电

5、路的设计数据收集系统的信号是由传感器形成并发送的，传感器是数据收集系统的源头。传感器选择的适宜与否将对数据收集及以后的分析工作产生重要影响。由于数据收集系统的信号也是AMT电控单元ECU所用的，所以传感器的选择要兼顾AMT控制系统和数据收集系统的要求，综合考虑。AMT系统是一个多信号输入系统按信号的类型可大致分为：模拟量，开关量，频率量，相应的传感器也就分为模拟量传感器，开关量传感器，频率量传感器。模拟量包括加速踏板位移、选换档位置、油门开度、离合器位移，选用旋转电位器；开关量包括起步、倒档选择、制动踏板信号，选用普通按钮；频率量包括发动机转速、输入轴转速、输出轴转速车速选用霍尔式传感器。由传

6、感器输出的信号并不能为电控系统ECU直接利用必需要经过相应的处理。对于不同的信号其处理电路也是不同的。模拟信号经过电缆引入控制系统后，在传输经过中轻易受到干扰，在引入A/D转换模块的模拟输入管脚之前，应当进展滤波、放大和限幅使之在ECU的模数转换模块可以处理的幅值范围之内。开关信号通过光电隔离后与ECU数据总线相连。频率信号要经过滤波、钳位、放大和整形使之成为单片机可以处理的脉冲信号。22下位机的选择及通讯接口的设计下位机是数据收集的核心局部，其不但要完成自动换档的相应控制还要完成数据收集的任务，它的选择关系到整个AMT控制系统的优劣。我们选用MOTOROLA公司消费的16位MC68HC912

7、BC32单片机，它具有1000字节的RAM，768字节的EEPROM，32000字节的FLASH，以及定时器TIM模块、模数转换ATD模块、串行接口SCI与SPI模块、脉冲宽度调制PWM模块以及在车辆电控系统中广泛应用的CAN总线通讯接口等，其出色的性能为同时完成自动换档控制和随车数据收集任务提供了强有力的支持。下位机MC68HC912BC32与上位机PC都带有串行接口，它们之间的通讯就是通过串行口完成的。但是MC68HC912BC32的SCI口是CMOS电平，而PC机的串口是按照RS-232标准设计的，RS-232标准电平是负逻辑电平即“-3-15V为“1，“+3+15V为“0，两者的电平不

8、兼容，系统选用MAX232作为接口芯片，连接电路如图3所示。2.3电源电路汽车上的电源是+24V，单片机电源要+5V，系统采用DC/DC转化电路将车上的+24V转化为+5V，同时将数据收集系统的地与车上电源的地进展隔离防止了互相干扰，保证收集系统的可靠性。3.系统的软件设计硬件是系统的根底，而软件是系统的灵魂。数据收集系统的软件主要包括两局部：一局部是下位机的数据收集和数据发送软件，用MOTOROLA单片机汇编语言编写，一局部是上位机的数据接收、数据分析处理以及监测软件用虚拟仪器的开发平台LABVIEW编写。3.1下位机软件的设计由于下位机在运行收集和数据发送程序的同时，还要运行自动换档的主控

9、程序，因此为了使系统协调、高效工作，程序以中断方式为主。3.1.1数据组成数据的异步串行传输以字节为单位，加一位起始位、一位停顿位，无奇偶校验位，组成一帧。多个字节组成数据块，连续的数据块组成数据流，数据块之间以同步字节分隔，上位机就是利用同步字节来定位数据帧的起始位置。系统中的模拟量在A/D转换时是10位精度，频率信号的收集用脉冲累加器为8位，开关量的收集用I/O口为8位。系统所有信号均10ms采样一次。把10ms内收集的数据打包成为一个数据帧。每帧数据由1个同步字节，16个数据字节共17个字节组成，这就要求1s内发送1700个字节，加上串行传输的一位起始位，一位停顿位，即17000位/秒。

10、因此采用串行通讯的19200的波特率可以知足要求。3.1.2数据收集软件设计各信号的收集由软件定时器完成，每隔一定时间间隔产生一个中断，利用这个软件中断启动输入信号的采样、转换和读取，并将需要发送数据块的首字节送入串口发送存放器，进而启动串口中断效劳程序。软件定时器中断效劳程序如图4所示。3.1.3串行数据中断发送程序设计单片机向串口发送缓冲存放器写入所要发送的字节后，相关的串口硬件电路就自动地进展字节的并串转换，向外发送数据，发送完毕后单片时机产生一个串口发送中断，将下一个要发送的字节送入串口发送缓冲存放器。程序如图5所示。3.2上位机软件的设计上位机软件包括进展数据传输的通讯模块；数据的转

11、换与显示模块；数据的自动存储模块；数据分析模块。采用虚拟仪器技术的开发平台LABVIEW编写。3.2.1虚拟仪器与LABVIEW简介虚拟仪器VirtualInstruments，简称VI是计算机技术参与仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类，在虚拟仪器中计算机软件技术和测试系统更严密地结合成了一个有机整体，它的广泛应用是测试仪器技术的一次革命，是仪器领域的一个新里程碑。虚拟仪器以“软件就是仪器为思想与传统仪器相比具有更好的灵敏性、适应性。根本硬件确定以后，仅需改变软件就可以实现不同的功能，知足不同场合的要求。虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有收集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功

12、能，使传统仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替。LABVIEWlaboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench由美国NI公司提供的虚拟仪器的开发平台，它提供了一种全新的程序编写方法即G语言graphiclanguage取代传统的文本式编程语言，使编程的效率大大进步。它还具有强大的数据分析、处理、存储、显示函数库。另外，LABVIEW还提供了功能强大的VISA库，VISAVirtualInstrumentSoftwareArchitecture是用于仪器编程的标准I/O函数库及相关标准的总称。VISA库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间

13、的软件层连接，是一个高层的API应用程序接口，通过调用低层的驱动程序来控制仪器。NI-VISA的层次构造如图6所示。3.2.2通讯模块的设计通讯模块包括对串口的配置和读串口数据。通过调用VISA库中的串行通讯结点来实现对串口的配置，必须与下位机设置的通讯协议保持一致。VISAConfigureSerialPort结点，用于完成对串口的初始化，主要参数设置如下：VISAresourcename：串口资源名，可以选择COM1或者COM2口；baudrate：波特率，为19200；databit：一帧中的数据位数，为8位；parity：奇偶校验位，设置为none；stopbit：停顿位，为1。VIS

14、Aread结点，用于对串行数据的读取，由于LABVIEW只能对字符进展读取，因此在对数据的读取后要调用“StringToByteArray结点才能实现字符串与数字之间的正确转换。以同步字节为基准把数据块从数据流中别离出来，把数据帧从数据块中别离出来，再从数据帧中提取有效的数据双字节的进展组合形成数据数组。3.2.3数据转换、显示、存储模块的设计数据转换是把由串口读入的数据进展必要的换算以得到具有实际物理意义的数据，如把A/D转换的数据复原为实际的物理量、把频率信号转化为实际的转速等。利用LABVIEW提供的数据处理函数，可以很方便的实现。把转化的数据用数据送给显示VI，用表盘gauge、实时图

15、表waveformchart以直观形式进展实时显示。同时在后台进展数据的自动存储，把存储的数据以文件的形式保存并配以文件标识，如时间、工况等，以便于以后的查找和分析。3.2.3数据分析模块数据分析是对AMT系统的性能指标如，换档经过中离合器结合与别离的时间、换档经过中的冲击度与滑摩功等进展数据统计、监视和分析。通过分析可以评估换档经过是否公道，对改善系统性能、确定控制软件的详细参数和优化软件的控制策略提供直观、快捷、准确量化的根据。LABVIEW可以实时图表实时显示性能指标，也可以把存储的文件翻开用事后图表waveformgraph进展事后分析。4.完毕语该数据收集及分析系统具有界面友好、易于

16、使用、功能丰富等优点，通过大量随车试验说明该系统软硬件工作稳定可靠，知足车辆各种工况下的使用要求。为AMT系统的控制策略的改善、参数的调整、性能的不断优化提供了有利的保障。参考文献：1葛安林车辆自动变速理论与设计机械工业出版社2杨乐平李海涛杨磊Labview程序设计与应用电子工业出版社2005.3杨国田白焰.Motorola68HC12系列微控制器原理、应用与开发技术.中国电力出版社.2003.4邵贝贝.单片机嵌入式应用的在线开发方法.清华大学出版社.2004.作者简介：薛大为，合肥工业大学电气与自动化工程学院研究生，研究方向，控制理论与控制工程.通讯地址：合肥工业大学393#，E-MAIL:xuedawei_66163孔慧芳，副教授，研究方向，控制理论与控制工程、电力电子.