基于ASAP3協議的變速器臺架試驗系統搭建

那天明

(上海汽車變速器有限公司檢測中心,上海 201800)

0 引言

文中所指自動變速器為廣義自動變速器，包括AT(Automatic Transmission)、DCT(Dual Clutch Transmission)、CVT(Continuously Variable Transmission)、AMT(Automatic Machincal Transmission)等；文中所指新能源變速器為廣義新能源變速器，包括一般HEV(Hybrid Electric Vehicle)變速器、BEV(Battery Electric Vehicle)變速器、FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)變速器、搭載電機的純電動減速箱總成，以及近期提出的DHT(Dedicated Hybrid Transmission)概念變速器等。目前自動變速器和新能源變速器的控制器根據不同企業和標準的定義，定義名稱不同。有只控制變速器換擋策略的TCU(Transmission Control Unit)，有電換擋控制器SCU(Shift Control Unit)，有電離合控制器CCU(Clutch Control Unit)，有控制整個混合動力系統策略的HCU(Hybrid Control Unit)，有用于純電動動力總成控制策略的VCU(Vehicle Control Unit)等；根據不同網絡和控制框架定義，有的某個控制器集成其他控制器，例如多數混動控制器HCU集成TCU功能，或TCU作為HCU的下位機控制器。文中將所有變速器控制器暫以TCU代稱。

自動變速器和新能源變速器日益成為國內多數變速器公司的核心發展方向，尤其是新能源變速器更是在近幾年內雨后春筍般地興起，并蓬勃發展，隨著各公司開展TCU自主研發、PEB(Power Electric Board)自主研發、混合動力3E(E-Park、E-Shift、E-Clutch)自主研發、DHT自主研發、E-DCT等新能源擴展變速器自主研發，多數傳統試驗臺架已無法滿足多變的試驗工況和變速器控制要求，在臺架安全保護與樣件早期失效的保護上、在臺架運行數據與樣件數據的采集上、在被試件與臺架的數據交互聯動上都遇到了瓶頸。目前國內多數變速器開發公司采取的方式方法為購買國外昂貴的開放性定義試驗系統設備，或根據不同項目向供應商定制特定功能，或花大精力開發臺架版TCU，這樣不僅耗時長、通用性差，時間成本和預算成本也大幅增加。

1 ASAP3協議框架

ASAP3協議(現已更名為ASAM-MCD-3MC，由于行業內普遍認同原名稱，文中暫沿用)是自動測量系統標準化協會定義的一個標準，最初由知名歐洲汽車公司成立的標準化組織ASAP(Standardization of Application Calibration Systems Task Force)發展而來，已逐漸被世界各大汽車公司所采用[1]。

1.1 ASAP3協議驅動控制框架

ASAP3是以Ethernet或RS232為物理通信介質定義的一套遠程控制標定應用層協議[2]。圖1為典型ASAP3協議控制驅動樣件邏輯圖。INCA標定系統可通過XCP或CCP等協議讀取或同步標定TCU中關注變量的值，而遠程控制PC可通過ASAP3協議控制或讀取INCA標定系統中相應變量的值，由此達到間接控制或采集TCU關注變量的目的。

圖1 典型ASAP3協議控制驅動邏輯圖

由于INCA標定系統更專注于變速器標定量的監控和控制，它有強大的數據采集和標定通信模塊。然而，另一方面其自動化差、對外通用軟件接口有限、二次開發性差，臺架試驗系統在關注變速器標定量的同時，還需關注臺架本身的控制以及數據采集。ASAP3協議恰好解決了這一問題。當控制PC通過ASAP3協議發送命令消息，INCA標定系統接收指令，并執行動作。當控制PC通過ASAP3協議請求一個測量信號時，INCA標定系統將進行數據獲取，然后轉發給控制PC。

1.2 ASAP3協議語法結構

ASAP3協議定義了豐富的命令結構，包括初始化函數、參數配置系列函數、標定量表格處理系列函數、數采和記錄系列函數等。這些函數可有效完成遠程變量標定、變量采集等功能。圖2為ASAP3協議一般語法順序，控制PC作為Master主控向 Slave從控INCA標定系統發送特定指令, INCA標定系統收到指令后會進行確認,如收到指令有問題,INCA標定系統會返回錯誤狀態,如正確,INCA系統會根據控制PC請求答復相應請求量。

圖2 ASAP3協議一般語法順序

針對臺架試驗系統的控制標定和數采的需求，最常用到ASAP3協議中的獲取變量值(命令代碼19)和標定變量命令(命令代碼15)。圖3為ASAP3協議臺架遠程控制標定常用命令結構，首先進行初始化連接，然后Master系統識別，選取對應標定變量文件。針對數采需求和標定需求，并行發送變量值獲取命令和標定變量指令。將該過程集成到臺架控制系統中，即可順利完成臺架試驗系統框架的搭建。

圖3 ASAP3協議臺架遠程控制標定常用命令結構

2 試驗系統搭建

以典型的新能源變速器為例，在原有手動變速器臺架系統的基礎上進行通用型新能源臺架試驗系統的搭建，該系統框架同時也適用于自動變速器。

2.1 臺架試驗系統整體邏輯框架

搭載電機的新能源變速器在原有手動變速器臺架系統硬件配置基礎上，需同時配備電池模擬器、PEB和變速器冷卻單元，必要試驗需求下，需配備功率分析儀。試驗系統控制上需配備INCA標定系統(如無數采需求，配置低成本的ETAS581和INCA軟件即可)，配置必要CAN卡，同時基于ASAP3協議和CAN協議自行編寫配置一套通用的上位機軟件就可。圖4為典型的新能源變速器完整的臺架試驗系統。其中擴展部分為在手動變速器臺架基礎上增加配置的部分。

圖4 基于ASAP3協議的典型新能源變速器臺架試驗系統

臺架原控制系統以CAN的方式開放臺架控制權限，包括臺架輸入輸出電機控制模式控制權限、電機轉速扭矩的控制值權限、臺架的報警和急停控制權限，以及其他一些試驗過程中需要試驗系統主控控制的驅動權限；同時臺架控制系統需通過CAN網絡反饋臺架實時狀態參數，包括臺架輸入輸出電機實際控制模式，臺架傳感器讀到的實際轉速、扭矩、溫度、振動、壓力等值。

試驗系統主控通過ASAP3協議取得標定系統控制權限并采集變速器相關變量實時參數，包括變速器搭載電機的工作模式，轉速扭矩控制以及實時反饋，換擋、離合器、駐車等子系統的控制權限及實時狀態反饋，變速器試驗過程中關注的例如電壓、電流、換擋行程位移、液壓系統油溫、壓力等成百上千的變量。

2.2 臺架系統與標定系統的解耦協同控制

臺架系統與標定系統控制的解耦主要包括3個部分內容：臺架的控制與變速器控制的解耦協同，臺架參數報警急停與變速器參數報警急停的解耦協同，臺架狀態數采與變速器關注變量數采的解耦協同。這里在傳統臺架主控和標定系統的基礎上增加一套試驗系統主控作為整個臺架試驗系統的控制中樞，同時，3個節點分工合作，可以簡單有效地完成以上3個部分工作。

試驗系統主控根據試驗工況分別通過CAN總線和ASAP3協議分別對臺架和標定系統下達動作指令，臺架各子系統和變速器各子系統動作分別由臺架主控和INCA標定系統控制完成。同時，試驗系統主控通過CAN總線和ASAP3協議采集讀取臺架各子系統和變速器各子系統的最新狀態進行反饋控制。這樣，臺架系統和TCU可根據其自身控制邏輯和控制策略完成各自控制動作，該框架在控制上既可以使控制解耦分離，保證各自控制的完整性和真實有效性，又可同時保證兩個系統的協同性。圖5為試驗系統控制邏輯圖。

圖5 試驗系統控制邏輯圖

試驗系統的報警急停包含臺架參數報警急停與變速器參數報警急停。這里采用圖6的報警急停控制框架完成整個系統的報警急停處理。試驗主控報警急停系統檢測到變速器狀態參數有異常，它通過ASAP3協議對變速器執行相應急停動作，同時通過CAN總線向臺架發出急停請求，由臺架主控報警急停系統對臺架動作進行處置。另一方面，如果臺架主控報警急停系統檢測到臺架監控參數異常，它在對臺架進行報警急停操作的同時，通過CAN向試驗系統主控進行報警，由它對變速器進行相應動作。圖6為報警急停系統控制邏輯圖。

圖6 報警急停系統控制邏輯圖

INCA標定系統有強大的數采和數據分析能力，整個系統的數采框架可以根據圖7的配置進行，由INCA系統采集變速器關注參數和通過CAN總線同步傳來的臺架相關參數，臺架數采系統只需對傳統關注參數進行采集即可，無需進行額外配置。

圖7 臺架試驗系統數采系統框架圖

2.3 試驗系統網絡框架

試驗系統的網絡框架是搭建整個試驗系統的核心要素。這里以某新能源變速器換擋試驗系統網絡框架搭建為例,如圖8所示：CAN1網絡對應傳統整車動力CAN網絡，CAN2為整車上基于新能源控制策略開發混動CAN網絡，CAN3為臺架主控與試驗系統控制指令與臺架數據交互CAN，CAN4為電池模擬器控制CAN和數據交互CAN；Ethernet用于控制交互試驗系統主控與INCA標定系統標定數據；同時，根據整車CAN網絡定義，換擋控制器SCU在CAN2網絡上，兩個電機控制器同時在CAN1和CAN2網絡上。臺架主控通過RS485協議對臺架電機和冷卻系統進行控制，通過DAQ系統對臺架必要數據進行采集。為了進行整車控制策略，試驗系統主控需在CAN1和CAN2上模擬必要的整車信號信息，例如車速信號、油門踏板信號、BMS信號等。試驗系統主控通過4路CAN總線和1路Ethernet線上監控整個試驗系統變量狀態，根據試驗工況對各子系統進行驅動，同時集成報警急停功能，保證系統運行穩定性和安全性。INCA標定系統通過4路CAN總線完成對整個試驗系統的數據采集和記錄，完成試驗過程數據的收集工作和數據后處理工作。

圖8 一款新能源變速器換擋試驗系統網絡框架圖

3 總結

該套臺架試驗系統架構可用于搭建絕大多數新能源變速器和自動變速器的臺架試驗，降低了對臺架原本復雜多變的要求，通用性強，TCU無需經框架性修改，在充分利用臺架本身控制、監控、報警急停處理能力的同時，很好地協同了對被試件狀態的控制和報警急停處理，同時充分利用INCA標定系統的數據采集能力和分析能力，增加了試驗的有效性和可靠度，降低了對試驗系統主控系統的技術要求和開發難度。在新能源和DCT變速器的開發性試驗系統搭建過程中采用該架構，周期短，成本低，可靠性、通用性好，同時無需對臺架供應商開放過多項目信息，兼具保密性功能。

參考文獻:

[1]李計融,鐘再敏.車載控制器匹配標定ASAP標準綜述[J].汽車技術，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.