10吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统软件设计说明

1、10 吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统 软件设计说明软件设计说明 目 录 1.1. 引言引言.2 1.1 编写目的.2 1.2 项目背景.2 1.3 定义.2 1.4 适用对象.2 2 2 任务概述任务概述.2 2.1 目标.2 2.2 运行环境.3 2.3 需求概述.3 2.4 条件与限制.3 3 3 系统设计介绍系统设计介绍.4 3.1 创作目的.4 3.2 主要功能.4 3.3 用途.4 3.4 技术特点.4 3.5 控制流程.4 3 3 TCU 模块命名规则模块命名规则.5 4.4. TCU 模块汇总模块汇总.5 4.1 TCU 主要模块.5 4.2 T

2、CU 信号参数汇总表.5 4.3 TCU 模块汇总表.6 4.4 TCU 主要模块关系图.7 4.5 TCU 各主要模块工作流程图.7 4.6 TCU 主要模块的运行优先级.11 1.1. 引言引言 1.11.1 编写目的编写目的 本文档主要是对 10 吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统设计进行必要的说 明，主要是介绍项目背景，明确系统设计目的、用途和实现的功能，以及设计 中的功能模块划分、模块关系框图。 1.21.2 项目背景项目背景 本项目开发单位是由合肥工大汽车工程技术研究院有限公司，主要是针对 传统 10 吨内燃平衡重叉车进行自动变速控制产品开发，通过对原有手动电液动 力换档机构进行局部

3、改造升级，在此基础上通过加装相应的传感器，进行自动 变速控制系统的开发。旨在解决 10 吨内燃平衡重叉车的自动变速控制难题，突 破国外的技术封锁，提升国内 10 吨内燃平衡重叉车的核心竞争力。 1.31.3 定义定义 自动变速控制系统：Transmission Control Unit （缩写：TCU） 。 1.41.4 适用对象适用对象 本控制系统软件适用于有手动电液机械换挡基础的 10 吨内燃平衡重叉车， 可以通过对原有液压系统的局部改造和加装相应传感器和本控制系统实现其自 动变速控制。 2 2 任务概述任务概述 2.12.1 目标目标 通过对 10 吨内燃平衡重叉车现有电液机械换挡液压系

4、统局部改造和加装相 应传感器，在此基础上进行自动变速控制系统开发，实现以下目标： 1、实现 10 吨内燃平衡重叉车的两个前进档和两个倒退档的自动换档； 2、减小或消除换挡冲击、改善换档平顺性； 3、实现 10 吨内燃平衡重叉车的冲坡自动降挡。 开发出满足以上目标的 10 吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统可极大地降 低叉车操作人员的劳动强度、提高运转效率、打破国外的技术封锁，提高国内 叉车自动变速水平，形成自主知识产权的叉车自动变速产品。 2.22.2 运行环境运行环境 1、硬件环境 英特尔奔腾 4 CPU 800 MHz 以上； 飞思卡尔 S12 系列 16 位以上单片机; 内存 256MB

5、以上； 硬盘 2GB 以上。 2、软件环境 Windows XP 操作系统； CodeWarrior for S12(X) V5.0 编程工具。 2.32.3 需求概述需求概述 对 10 吨内燃平衡重叉车进行自动变速控制系统开发，需求如下： 1、具有手动电液动力换挡系统的 10 吨内燃平衡重叉车； 2、控制系统需要 10 吨内燃平衡重叉发动机转速、涡轮转速、车速、节气门、 制动、微动等传感信号。 3、实现换挡冲击小，提升换档平顺性； 4、提高叉车的周转效率进而提高其燃油经济性； 5、自动识别叉车的运行状态和自动选用对应工况换挡控制策略。 2.42.4 条件与限制条件与限制 目前具备或共享到以下

6、开发条件： 1、试验用 10 吨内燃平衡重叉车一台； 2、叉车自动变速器试验台； 3、德国 dSPACE 硬件在环仿真试验平台； 4、飞思卡尔单片机硬件和软件开发平台； 5、控制程序下载调试工具。 目前还存在一些硬件限制条件： 1、发动机与变矩器联合工作试验台； 2、反应速度更快的电磁阀； 3、精度和性能更好的车速传感器； 4、整车电磁环境干扰严重。 3 3 系统设计介绍系统设计介绍 3.13.1 设计开发设计开发目的目的 目前工程车辆大部分都是电液机械换挡结构，通过对现有系统局部改造， 加装相应的传感器和自动变速控制器，实现其自动变速。国内 90以上的工程 车辆都是手动电液换档机构，因而实现

7、其的自动变速可大大提升我国工程车辆 的技术水平和核心竞争力。10 吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统的创作可极 大地降低叉车操作人员的劳动强度、提高运转效率、打破国外的技术封锁，提 高国内叉车自动变速水平，形成自主知识产权的叉车自动变速产品。 3.23.2 主要功能主要功能 10 吨内燃平衡重叉车自动变速控制系统主要功能是实现手动变速叉车的自 动变速。可根据驾驶员操作意图、工作环境、自身工况和载荷状况进行自动换 档，改善工程车辆操作性能、减轻驾驶员劳动强度，提高工程车辆传动效率和 作业生产率。该系统通过采集叉车发动机转速、涡轮转速、车速、节气门开度、 拨档开关、制动等信号，计算出节气门开度变化、

8、泵轮和涡轮转速滑差、车辆 运动参数等控制参数，即：通过传感器信息融合技术获取更多反映驾驶员操作 和叉车工况和工作环境的信息，进行综合分析、判断、辨识，进而判断出驾驶 员驾驶和操作意图、叉车的工作环境以及运行工况，根据对应的控制策略和设 定的自动变速控制程序，实现自动换挡。 3.33.3 用途用途 用于手动电液换档叉车的自动变速。在原有手动电液换档执行机构的基础 上，通过加装 10 吨内燃平衡重叉车电子控制硬件系统和自动变速控制软件系统 V1.0，形成自动变速电子控制系统，实现叉车的自动换档控制。 3.43.4 技术特点技术特点 1、传统系统继承性好，通过对原有手动电液换档执行机构进行简单的技术

9、改造 就可以实现其自动换挡； 2、大大降低了换挡冲击，改善换挡平顺性； 3、通过提高叉车的周转效率来提高其燃油经济性； 4、智能化程度高，能够较好地自动识别叉车的运行状态和工况，并采用相应的 控制策略实现自动变速控制。 3.53.5 控制流程控制流程 通过采集叉车发动机转速、涡轮转速、车速、节气门开度、拨档开关、 制动等信号，通过传感器信息融合技术获取节气门开度变化、泵轮和涡轮转 速差、车辆运动参数等更多反映驾驶员操作和叉车工况和工作环境的信息， 再进行综合分析、判断、辨识，进而判断出驾驶员驾驶和操作意图、叉车的 工作环境以及运行工况，根据设定的控制策略和自动变速控制程序，实现自 动换挡控制。

10、 3 3 TCU 模块命名规则模块命名规则 本软件变量命名规则为：以参数的中文拼音全拼、英文单词全拼以及英文 单词简写的组合作为相应变量的命名； 本软件函数命名规则为：以本函数功能的汉语拼音简写、相同含义的英文 单词全拼以及英文单词简写的组合作为相应函数的命名； 本软件模块命名规则为：以本模块功能的汉语拼音简写、相同含义的英文 单词全拼以及英文单词简写的组合作为相应函数的命名。 4.4. TCU 模块汇总模块汇总 4.14.1 TCU 主要模块主要模块 TCU 控制源代码主要包括以下三个程序模块： 1、主程序 main； 2、子程序 UP_DOWN_Shift； 3、子程序 ShiftLogi

11、c； 4、子程序 Threshold。 4.24.2 TCU 信号参数汇总表信号参数汇总表 自动变速控制系统（自动变速控制系统（TCUTCU）信号参数）信号参数 序号序号信号名称信号名称符号符号信号类型信号类型信号来源信号来源 1发动机（泵轮）转速ne( nB )数字（频率）发动机转速传感器 2涡轮转速nT数字（频率）涡轮轴转速传感器 3输出轴转速no数字（频率）变速器输出轴转速传感器 4涡轮/输出轴转速差n数字（频率）n n T no 5节气门开度模拟节气门传感器 6节气门变化率模拟/td/dt 7拨档选择开关位置F、N、R数字（开关）拨档手柄 8制动B数字（开关）制动踏板微动开关 9微动操

12、作Bmin数字（开关） 制动踏板微动开关、微动踏 板微动开关 10电源电源显示数字（开关）电源接通显示 11电源电压VC模拟蓄电池输出接口 12驾驶座空位空位显示数字（开关）驾驶员座位压力传感器 13手制动BHB数字（开关）手制动微动传感器 14档位指示档位显示器数字（开关）TCU 4.34.3 TCU 模块汇总表模块汇总表 主程序主程序 main 模块名称功能简述 PLL_Init时钟初始化 AD_INIT模数转换采集初始化 Timerch0Init定时器0初始化 ECT1_Init捕获1初始化 ECT2_Init捕获2初始化 ECT3_Init捕获3初始化 caiji_bodang采集拨档

13、操作信息 Timer0_Onput定时中断处理子程序 Timer1_Onput捕获1中断处理子程序 Timer2_Onput捕获2中断处理子程序 Timer3_Onput捕获3中断处理子程序 子程序子程序 UP_DOWN_Shift 模块名称功能简述 PWM1脉宽调制通道1输出初始化 PWM2脉宽调制通道2输出初始化 PWM3脉宽调制通道3输出初始化 PWM4脉宽调制通道4输出初始化 delay_ms延时子程序 N_D1_UP完成空挡到前进1档操作 D1_D2_UP完成前进1档到前进2档操作 N_Dang完成空挡操作 N_R1_UP完成空挡到倒退1档操作 R1_R2_UP完成倒退1档到倒退2档

14、操作 D2_D1_DOWN完成前进2档到前进1档操作 R2_R1_DOWN完成倒退2档到倒退1档操作 D2_D1_DOWN_climb_hill完成前进爬坡2档降1档操作 R2_R1_DOWN_climb_hill完成倒退爬坡2档降1档操作 D_Shift完成前进挡控制 R_Shift完成倒退挡控制 N_Shift完成空挡控制 子程序子程序_ShiftLogic 模块名称功能简述 ShiftLogic完成换挡条件逻辑判断 子程序子程序 Threshold 模块名称功能简述 Threshold完成特殊工况的处理 4.44.4 TCU 主要模块关系图主要模块关系图 换挡条件逻辑判 断模块 定时中断

15、处理子 程序模块 采集拨档操作信 息模块 特殊工况处理模 块 捕获1中断处理 子程序模块 前进挡控制模块 捕获2中断处理 子程序模块 捕获3中断处理 子程序模块 倒退挡控制模块 空挡控制模块 4.54.5 TCU 各主要模块工作流程图各主要模块工作流程图 1、主程序流程图 初始化 TCU是否异常 发动机 是否工作 判断车速、节气门开度 换挡条件判断 N N Y N 报 警 灯 亮 Y 工况 识别 正常模式 电磁阀驱动 特殊模式 返回 判断拨档 主程序 正常模式 换挡控制 特殊模式 换挡控制 2、捕获 1 中断处理子程序流程图 中断子程 序入口 初始化 启动定时器1 捕获功能 捕获车速 捕获寄存器 标示位溢出 标示位及其他 参数复位 读取寄存器数 值并计算 返回 N 3、捕获 2 中断处理子程序流程图 中断子程 序入口 初始化 启动定时器2 捕获功能 捕获发动机转速 捕获寄存器 标示位溢出 标示位及其他 参数复位 读取寄存器数 值并计算 返回 N 4、捕获 3 中断处理子程序流程图 中断子程 序入口 初始化 启动定时器3 捕获功能 捕获变矩器涡轮转速 捕获寄存器 标示位溢出 标示位及其他 参数复位 读取寄存器数 值并计算 返回 N 4.64.6 TCU 主要模块的运行优先级主要模块的运行优先级