基于ASAP3协议的变速器台架试验系统搭建

收稿日期：２０１７－１２－１６作者简介：那天明（１９８２ ），男，工学硕士，工程师，致力于新能源变速器开发试验方向研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：Ｔｉａｎｍｉｎｇｎ＠ｓａｇｗ ｃｏｍ㊂ＤＯＩ：１０ １９４６６／ｊ ｃｎｋｉ １６７４－１９８６ ２０１８ ０５ ００２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）摘要：基于ＡＳＡＰ３协议，结合ＣＡＮ总线技术，以典型新能源变速器和典型变速器标定系统ＩＮＣＡ为例，阐述一种通用稳定的台架试验系统构成，重点介绍ＡＳＡＰ３协议通信要点㊁试验系统逻辑框架㊁试验系统网络通信框架㊁系统各部分功能和接口要点㊂该试验系统框架可应用于ＴＣＵ控制驱动的自动变速器㊁新能源变速器，可有效地对台架控制与变速器控制㊁台架安全保护与样件安全保护㊁台架运行数采与样件运行数采进行解耦协同控制㊂关键词：ＡＳＡＰ３协议；ＣＡＮ总线；ＩＮＣＡ标定；ＴＣＵ控制器中图分类号：Ｏ３４４；ＴＬ３４１㊀㊀文献标志码：Ｂ㊀文章编号：１６７４－１９８６（２０１８）０５－００６－０５ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＴｅｓｔＢｅｎｃｈＳｙｓｔｅｍＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＡＳＡＰ３ＳｔａｎｄａｒｄＮＡＴｉａｎｍｉｎｇ（ＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＧｅａｒＷｏｒｋｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１８００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｔａｂｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｓｔｂｅｎｃｈｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎＡＳＡＰ３ｓｔａｎｄａｒｄ，ｔａｋｉｎｇＩＮＣＡａｎｄａｔｙｐｉｃａｌｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｓｅｘａｍｐｌｅ，ｅｍｐｈａｓｉｚｉｎｇｏｎＡＳＡＰ３ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｒｕｌｅｓ，ｔｅｓｔｂｅｎｃｈｌｏｇｉｃａｌｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｕｂ⁃ｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｋｅｙ⁃ｐｏｉｎｔ，ＣＡＮｂｕｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓｔｅｓｔｂｅｎｃｈｓｙｓｔｅｍｃａｎｅａｓｉｌｙｕｓｅｄｔｏｃｏｎｔｒｏｌａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｕｔｏｍａｔｉｃｍａｃｈｉｎｃａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｄｕａｌｃｌｕｔｃｈｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｕｓｉｎｇｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ．Ｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｄｅｃｏｕｐｌｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｅｓｔｂｅｎｃｈａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｅｓｔｂｅｎｃｈａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｔｅｓｔｂｅｎｃｈｄａｔａａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｄａｔａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＳＡＰ３ｓｔａｎｄａｒｄ；ＣＡＮｂｕｓ；ＩＮＣＡｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ；Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｕｎｉｔ（ＴＣＵ）０㊀引言文中所指自动变速器为广义自动变速器，包括ＡＴ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）㊁ＤＣＴ（ＤｕａｌＣｌｕｔｃｈＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）㊁ＣＶＴ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）㊁ＡＭＴ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭａｃｈｉｎｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）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（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）变速器㊁ＢＥＶ（ＢａｔｔｅｒｙＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）变速器㊁ＦＣＥＶ（ＦｕｅｌＣｅｌｌＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）变速器㊁搭载电机的纯电动减速箱总成，以及近期提出的ＤＨＴ（ＤｅｄｉｃａｔｅｄＨｙｂｒｉｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）概念变速器等㊂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㊂有只控制变速器换挡策略的ＴＣＵ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ），有电换挡控制器ＳＣＵ（ＳｈｉｆｔＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ），有电离合控制器ＣＣＵ（ＣｌｕｔｃｈＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ），有控制整个混合动力系统策略的ＨＣＵ（ＨｙｂｒｉｄＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ），有用于纯电动动力总成控制策略的ＶＣＵ（ＶｅｈｉｃｌｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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㊂文中将所有变速器控制器暂以ＴＣＵ代称㊂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㊁ＰＥＢ（ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｉｃＢｏａｒｄ）自主研发㊁混合动力３Ｅ（Ｅ－Ｐａｒｋ㊁Ｅ－Ｓｈｉｆｔ㊁Ｅ－Ｃｌｕｔｃｈ）自主研发㊁ＤＨＴ自主研发㊁Ｅ－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㊁在台架运行数据与样件数据的采集上㊁在被试件与台架的数据交互联动上都遇到了瓶颈㊂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㊁通用性差，时间成本和预算成本也大幅增加㊂１㊀ＡＳＡＰ３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（ＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｏｆＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓＴａｓｋＦｏｒｃｅ）发展而来，已逐渐被世界各大汽车公司所采用［１］㊂１ １㊀ＡＳＡＰ３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］㊂图１为典型ＡＳＡＰ３协议控制驱动样件逻辑图㊂ＩＮＣＡ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㊂图１㊀典型ＡＳＡＰ３协议控制驱动逻辑图㊀㊀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㊂然而，另一方面其自动化差㊁对外通用软件接口有限㊁二次开发性差，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㊂ＡＳＡＰ３协议恰好解决了这一问题㊂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㊂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ＰＣ㊂１ ２㊀ＡＳＡＰ３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㊁参数配置系列函数㊁标定量表格处理系列函数㊁数采和记录系列函数等㊂这些函数可有效完成远程变量标定㊁变量采集等功能㊂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㊂图２㊀ＡＳＡＰ３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）㊂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㊂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㊂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㊂图３㊀ＡＳＡＰ３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㊂２ １㊀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㊁ＰＥＢ和变速器冷却单元，必要试验需求下，需配备功率分析仪㊂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㊂图４为典型的新能源变速器完整的台架试验系统㊂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㊂图４㊀基于ＡＳＡＰ３协议的典型新能源变速器台架试验系统㊀㊀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㊁电机转速扭矩的控制值权限㊁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㊁扭矩㊁温度㊁振动㊁压力等值㊂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㊁离合器㊁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㊁电流㊁换挡行程位移㊁液压系统油温㊁压力等成百上千的变量㊂２ ２㊀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㊂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㊂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㊂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㊂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㊂图５为试验系统控制逻辑图㊂图５㊀试验系统控制逻辑图㊀㊀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㊂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㊂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㊂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㊂图６为报警急停系统控制逻辑图㊂图６㊀报警急停系统控制逻辑图㊀㊀ＩＮＣＡ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㊂图７㊀台架试验系统数采系统框架图２ ３㊀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㊂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㊂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㊂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㊁油门踏板信号㊁ＢＭＳ信号等㊂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㊂ＩＮＣＡ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㊂图８㊀一款新能源变速器换挡试验系统网络框架图３㊀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㊁监控㊁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㊂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㊁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㊂参考文献：［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．ＬＩＪＲ，ＺＨＯＮＧＺＭ．ＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＡＳＡＰＳｔａｎｄａｒｄｓｆｏｒＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＯｎｂｏａｒｄＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４（１０）：１－４．［２］ＳＣＨＭＩＤＴＦＷ．ＡＳＡＰ（Ｖｅｒｓｉｏｎ２ １ １）［Ｍ］．ＲｏｂｅｒｔＢｏｓｃｈＧｍｂＨ：ＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐｏｎＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎｏｆＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ，１９９９：５－６，７－６３．亨斯迈开发出专用于增强聚丙烯涂布性能的新型添加剂㊀㊀亨斯迈功能产品事业部门开发出一项先进的添加剂技术，该项技术专门用于增强热塑性聚烯烃（包括聚丙烯）的表面能与极性㊂该项技术产品 ＥＬＡＳＴＡＭＩＮＥ®ＸＰＭ添加剂在２０１８年４月底的中国国际橡胶塑料展上引介，这是一项能够增强聚烯烃表面可涂性的崭新技术手段㊂热塑性聚烯烃广泛用于汽车㊁包装及电子行业，但其表面能偏低且具疏水性，部分产品开发时需要考虑特殊涂层及处理㊂热塑性聚烯烃树脂中加入ＥＬＡＳＴＡＭＩＮＥ®ＸＰＭ添加剂后，聚烯烃表面预料将可无需底涂处理，从而节约塑料生产厂商的时间与成本㊂此外，它与更精简，更高效的制造工艺的思路不谋而合，能够使得生产流程更有效㊂亨斯迈ＥＬＡＳＴＡＭＩＮＥ®ＸＰＭ添加剂的推介引起聚丙烯配混料厂商㊁汽车保险杠制造商㊁汽车原始设备制造商（ＯＥＭ）㊁家电ＯＥＭ和塑料包装公司等广泛的兴趣㊂在本次中国国际橡胶及塑料展上，亨斯迈就这一新技术召开特别演示会，让参访者有机会进一步了解亨斯迈的ＥＬＡＳＴＡ⁃ＭＩＮＥ®ＸＰＭ添加剂㊂此外，亨斯迈展台还展出了一套采用ＥＬＡＳＴＡＭＩＮＥ®ＸＰＭ添加剂改性聚丙烯树脂制成的汽车保险杠小样㊂（来源：俞庆华）。