機械式自動變速器控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究_圖文

1、機械式自動變速器控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究時國平機械式自動變速器控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究時國平(安徽池州學(xué)院物理與機電工程系安徽池州。247000摘要:綜述了自動變速技術(shù)的發(fā)展過程、結(jié)構(gòu)、原理,分析了關(guān)鍵技術(shù)和換檔時刻汽車的動力傳動系統(tǒng)各組成部分的特性及控制方法,并進行了自動變速控制系統(tǒng)電子控制單元的軟硬件設(shè)計。關(guān)鍵詞:機械式自動變速;電子控制裝置;微控制器Abstract:This paper surolBa.rizes the development ofAMT and its principle&￥tructur船,analyses the key technologies,and the

2、 shiR moment,the various components of drive trains and its control methods are analyzed.The hardware and software circuit ofthe electronic control unit(ECUis designed based on embedded system platform.Key words:Automatic mechanical transmission;Electronic control equipment;Micro controller中圈分類號:TP3

3、32.3文獻標(biāo)識碼:A文章編號:11-9227(2008Oe24O前言隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展,以及與汽車技術(shù)結(jié)合,給汽車業(yè)帶來了勃勃生機。汽車工業(yè)比較發(fā)達的國家,汽車電控技術(shù)的集成化程度越來越高,且不斷向智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制發(fā)展。我國目前使用的汽車絕大多數(shù)仍為手動變速,手動變速汽車由于頻繁換檔的操作,易使駕駛員疲勞,影響行駛安全:而不同的駕駛技術(shù)水平對車輛的燃料經(jīng)濟性、動力性、乘坐舒適性造成極大差異,所以自動變速是人們長期追求的目標(biāo),是車輛向高級階段發(fā)展的重要標(biāo)志。機械式自動變速器(AMT是汽車行業(yè)十分關(guān)注的汽車電子高新技術(shù)產(chǎn)品。它能減輕駕駛強度,提高經(jīng)濟性和動力性,改進舒適

4、性和安全性,且成本低、制造方便,因此在自動變速領(lǐng)域具有強大的競爭力和廣闊的應(yīng)用前景。組成。以菲利浦的LPC2294ARM微處理器為核心,它對各個傳感器信號進行處理,然后根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出控制信號,控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)自動換檔。當(dāng)系統(tǒng)上電時,由監(jiān)控電路產(chǎn)生復(fù)位脈沖,使微處理器開始工作,當(dāng)出現(xiàn)程序跑飛等錯誤時,由監(jiān)控電路負(fù)責(zé)復(fù)位系統(tǒng),避免系統(tǒng)死機。車速傳感囂啟動和剎車等信號脈沖量輸入電路模擬量輸入電路開光量輸入電路電源l1監(jiān)控電路圖I系統(tǒng)整體框圖l機械式自動變速器控制系統(tǒng)硬件組成及工作原理1.1機械式自動變速器控制系統(tǒng)硬件組成(2傳感器機械式自動變速器仍保持原發(fā)動機、離合器和變速器該系統(tǒng)有下列各類傳感器

5、:車速和變速器輸入軸轉(zhuǎn)速總成,僅少量改變了變速器的操縱系統(tǒng)。它的電控系統(tǒng)由微傳感器:發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器:加速踏板位移傳感器:節(jié)氣門開型計算機、傳感器和執(zhí)行機構(gòu)組成。微機代替駕駛員的大度傳感器:離合器行程傳感器:檔位位置傳感器。通過這些傳腦:傳感器代替人的感覺神經(jīng):執(zhí)行機構(gòu)代替駕駛員的手和腳感器實時把握車輛的行駛狀態(tài),將所測的參數(shù)傳遞給微控制的換檔動作,使車輛始終處于最佳的檔位下行駛。其中,使器,進而對發(fā)動機供油、離合器的分離與接合以及變速器換用了多個傳感器,AMT系統(tǒng)正是依靠這些傳感器及時準(zhǔn)確地檔進行摔制,實現(xiàn)對三者的動作與時序的最佳匹配,從而獲獲知車輛運行狀態(tài)。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。得良好的

6、換檔性能。(1電子控制單元(ECU(3執(zhí)行機構(gòu)它是控制系統(tǒng)的心臟,其電路大體由輸入處理部件、它完成控制器發(fā)出的指令。由兩部分組成:離合器執(zhí)行CPU(包括RAM、ROM、輸出電路部件和穩(wěn)壓電源四個部分機構(gòu)、變速器控制執(zhí)行機構(gòu)。收稿日期:200808-16(4被控制系統(tǒng)池州學(xué)院2008年度校級科研項目(XK083524萬方數(shù)據(jù)!自麴絲蘭絲翌叢塞&2QQ§生筮曼塑l篁筮;!Q塑2變速器、離合器、發(fā)動機。2刪T系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問曩系統(tǒng)工作過程如下:首先控制器LPC2294通過前向通道2.1AMT換檔過程控制采集數(shù)據(jù),然后按照存儲在ROM中的換檔規(guī)律得到當(dāng)前狀態(tài)下合理的檔位及油門位置。最

7、后,通過驅(qū)動電路驅(qū)動選換檔執(zhí)行機構(gòu)和離合器執(zhí)行機構(gòu),完成換檔過程。通過LED顯示所采集的信息(如發(fā)動機轉(zhuǎn)速和當(dāng)前的檔位。1.2AMT系統(tǒng)工作原理AMT是在不改變固定軸式齒輪變速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,把選檔、換檔、離合器及發(fā)動機供油的操縱,由以微處理器為控制核心的控制器來完成,具有操作簡便、換檔平順、燃油經(jīng)濟性好、傳動效率高及成本低等優(yōu)點。其基本工作原理是:以諸多傳感器代替人的感覺器官,來獲取當(dāng)前車輛的運行狀態(tài)、路面情況及駕駛員意圖:以E2PROM中存儲的功能強大的程序,模擬人的思維過程:以微處理器控制執(zhí)行機構(gòu),代替人手腳的動作。完成離合器、變速器和發(fā)動機供油的協(xié)調(diào)自動控制。AMT整體控制原理見圖

8、2。汽車在行駛過程中,變速器ECU通過CAN總線與發(fā)動機ECU通信了解油門位置信息,ECU 根據(jù)油門值以及當(dāng)前車輛行駛速度,利用兩參數(shù)換檔規(guī)律判斷車輛應(yīng)處的最佳檔位,決定升檔、降檔或保持原檔位不變,從而達到加速或減速的目的。電信號璺墓.機械曲作變速箱刪薹p P麓執(zhí)行機速l構(gòu)環(huán)境1二=駕駛員二加速踏板CAN總線發(fā)動機日口U車輛_H變速箱卜-一離合器-一發(fā)圖2AMT整體控制原理節(jié)氣門1.3AMT系統(tǒng)程控工作過程軟件系統(tǒng)的主控程序為一循環(huán)程序,循環(huán)程序不斷讀取選擇開關(guān)的位置,實時判斷駕駛員的意圖,并調(diào)用相應(yīng)的子程序進行起步、檔位決策、升檔和降檔控制、離合器控制等。AMT電控系統(tǒng)的核心功能是實現(xiàn)換檔操

9、作,離合器控制及油門隨動控制。根據(jù)這些功能要求,將整個系統(tǒng)劃分為7個任務(wù)。系統(tǒng)上電后,系統(tǒng)首先進入初始化部分,該部分主要是對單片機芯片的內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器、芯片的時鐘、中斷及堆棧指針進行設(shè)置。系統(tǒng)總體任務(wù)框圖如圖3所示。換檔控制是自動變速器的核心問題之一,換檔控制性能直接影響車輛的動力性、燃油經(jīng)濟性及對環(huán)境的適應(yīng)能力,是決定車輛在采用自動變速傳動方式后,能否充分發(fā)揮其最佳工作性能的關(guān)鍵。AMT車輛對換檔控制的基本要求是,應(yīng)能根據(jù)車輛的行駛狀況、道路條件和駕駛員的操縱意圖等信息,遵循相應(yīng)的換檔規(guī)律,并通過選換檔執(zhí)行機構(gòu),使變速器及時準(zhǔn)確地切換到最佳檔位,具有良好的換檔品質(zhì)。l初始化任務(wù)l

10、A,D轉(zhuǎn)換任務(wù)lI遽度計算任務(wù)1檔位決策任務(wù)IlIlIII I I捕獲中斷和定時節(jié)氣門控制任務(wù)換檔處理任務(wù)實時顯示任務(wù)器中斷采集脈沖圖3系統(tǒng)總體任務(wù)框圖Affr換檔過程與手動換檔過程相似,可以認(rèn)為是用電控單元EcU代替人腦,電機執(zhí)行機構(gòu)代替人的手和腳來實現(xiàn)換檔過程的自動操縱。按照換檔時序可將該過程分為動力中斷、選檔、掛檔和動力恢復(fù)四個階段。見圖4。換檔過程由分離離合器一收油一摘檔一(選檔一換檔一接合離合器一恢復(fù)供油6或7個動作組成(按操縱方案,選檔僅出現(xiàn)在某些檔位的換檔過程中,為7個動作;而另外一些檔位的換檔過程則無選檔只有6個動作。這幾個階段并不是孤立的,而是存在一定的時序匹配關(guān)系,其中離合

11、器分離階段與斷油階段的時序匹配關(guān)系、離合器接合階段與恢復(fù)供油階段的時序匹配關(guān)系最為重要,它直接影響換檔品質(zhì)的優(yōu)劣。-r。-<苧要竺!夕L一.一jL+分離離合器收油t摘檔選檔I掛檔d接合離合囂恢復(fù)供油嶺圖4Affl"換檔過程圖中斷動力換檔恢復(fù)動力自動變速器換檔時。駕駛員通過選檔控制器和油門踏板向ECU表達意圖,傳感器監(jiān)測汽車的運行狀態(tài),根據(jù)所設(shè)定的最佳換檔規(guī)律、離合器控制規(guī)律、發(fā)動機油門自適應(yīng)調(diào)節(jié)規(guī)律,對油門開度、離合器接合以及檔位變換三者進行控25發(fā)動機轉(zhuǎn)速構(gòu)一機一刪丁火一點一行一執(zhí)一銷T動一自一萬方數(shù)據(jù)機械式自動變速器控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究時圍平制。實現(xiàn)動力傳動系統(tǒng)的最佳匹配。

12、2.2發(fā)動機控制車輛沖擊度與發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩對時間的一階導(dǎo)數(shù)成正比。為了降低沖擊度,改善換檔品質(zhì),就要在換檔過程中對發(fā)動機進行供油調(diào)節(jié)。發(fā)動機油門在換檔過程中的控制主要是對其輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的控制。目的是使離合器接合時適應(yīng)新的輸入軸轉(zhuǎn)速,從而減少掛檔后離合器接合的沖擊。在換檔過程中,因整車慣性很大,車速下降小,可認(rèn)為車速不變。而由于速比的變化,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生急速變化,從發(fā)動機到變速器之間的全部旋轉(zhuǎn)零件都將有很大的慣性能量釋放出來,這種慣性能量將轉(zhuǎn)換成巨大的轉(zhuǎn)矩擾動傳遞給車輛,引起巨大的換檔沖擊.因此,在換檔期間應(yīng)對發(fā)動機油門實施有效的控制,調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速,使發(fā)動機的慣性能量在離合器接合前盡量釋放

13、出來。低檔換高檔時,需要降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速。由高檔換低檔時發(fā)動機轉(zhuǎn)速必須要升高,才能與換檔前的車速匹配而不至于引起車速的突變。2.3離合器控制機械式自動變速器是在原來手動變速箱和離合器基礎(chǔ)上通過加裝自動操縱系統(tǒng)而實現(xiàn)自動化的,并且取消了離合器踏板。因此,實現(xiàn)機械傳動自動化的一個重要問題就是研究離合器的分離、接合過程,進而得出離合器控制策略。在此基礎(chǔ)上才有可能保證換檔的品質(zhì)。提高其使用壽命和乘坐舒適性。同時也可以明確離合器控制應(yīng)完成的內(nèi)容,為軟硬件設(shè)計打下基礎(chǔ)。離合器的工作過程包括分離和接合兩種不同過程,由于分離過程比較簡單,一般不會對車輛性能產(chǎn)生影響,所以總是希望越快越好。2.4換檔過程中發(fā)動機、

14、離合器以及變速箱之間的協(xié)調(diào)關(guān)系(1為了縮短動力中斷時間,保證動力中斷時發(fā)動機轉(zhuǎn)速不會迅速上升,避免產(chǎn)生發(fā)動機轟響,離合器的分離和發(fā)動機的切斷供油應(yīng)該同時進行,而且以最快的速度進行。(2為了避免拉傷相互嚙合的齒面,要保證摘檔動作在沒有轉(zhuǎn)矩傳遞的條件下進行。同時摘檔動作對于摘檔指令存在滯后.可以在離合器完全分離前就發(fā)出摘檔指令。(3為了避免選檔不到位或者掛不上檔,摘檔、選檔和掛檔要有嚴(yán)格的時間上的連續(xù)性,只有一個動作完成后,才能開始下一個動作。(4掛檔時離合器不能傳遞動力,否則同步器容易損壞,也就是說摘檔、選檔和換檔期間,離合器都要保持完全分離狀態(tài)。(5離合器接合時,發(fā)動機要恢復(fù)供油。離合器接合動

15、作和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的上升相對于控制指令而言都存在滯后,控制的原則還是先發(fā)出滯后時間長的指令。在降檔時,為了讓發(fā)動機轉(zhuǎn)速快速升上去,從而減小離合器主從動片之間的轉(zhuǎn)速差,減小滑磨時間、沖擊度和滑磨功,可以在接合離合器之前適當(dāng)供油。使它朝目標(biāo)轉(zhuǎn)速(離合器從動盤的轉(zhuǎn)速靠近,這樣在掛上新檔后,就無需等待離合器的主從動盤轉(zhuǎn)速差的下降至一定范圍之內(nèi)。一方面可以減少等待所需的時間,另一方面可以加快接合速度3結(jié)束語AMT技術(shù)保留了原齒輪變速箱傳動效率高、成本低、易制造和維護的優(yōu)點,且使用方便、簡單安全、乘坐舒適,越來越受到人們的歡迎,成為開發(fā)適合我國國情的新型汽車自動變速器的熱點。參考文獻1吳文淵.現(xiàn)代汽車電子控制

16、技術(shù)M.北京:人民交通出版社。2002 2Burkhard Pollak,Electro-Mechanical Actuators Shifting Transmissions Into Gear.LuK.SYMPOSIUM.2002.P.173183 3何濤.自動變速器換檔控制技術(shù)的研究D.北京:北京林業(yè)大學(xué),2005.64秦貴和.機械式自動變速器控制技術(shù)的研究和系統(tǒng)開發(fā)D.吉林工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文,2004.(上接第9頁安全運行提供了有力的保障。4參考文獻1董海鷹,賈石峰,李華,范多旺.基于多Agent的列車分布式智能控制研究J.鐵道學(xué)報,2004,26(5:61652Miliar R J

17、.An artificial intelligence based framework for planning air launched cruise missileR.ADAl54466。5 19863何友,王國宏,陸大等著.多傳感器信息融合及應(yīng)用M.北6 26京:電子工業(yè)出版社,2000.4758Sylvie Le Hegarat-Mascle,Isabelle Bloch,VidalMadjar D.Appl ication of DempsterSharer evidence theory to unsupervised classification in multisource r

18、emote sensing J.IEEE Trans.on Geoscience and Remote Sensing.1997, 35:1015-1031任紅衛(wèi),鄧飛其.基于證據(jù)理論的信息融合故障診斷方法J.系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2005。27(3:471473李若瓊,李欣,董海鷹.基于證據(jù)理論的多信息融合故障診斷研究J.自動化與儀器儀表,2006,(6:I-4萬方數(shù)據(jù) 機械式自動變速器控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究作者:時國平, SHI Guo-ping作者單位:安徽池州學(xué)院物理與機電工程系,安徽池州,247000刊名:自動化與儀器儀表英文刊名:AUTOMATION & INSTRUMENTA

19、TION年,卷(期:2008,(6被引用次數(shù):1次參考文獻(4條1.吳文淵現(xiàn)代汽車電子控制技術(shù) 20022.Burkhard Pollak Electro-Mechanical Actuators Shifting Transmissions Into Gear 20033.何濤自動變速器換檔控制技術(shù)的研究學(xué)位論文 20054.秦貴和機械式自動變速器控制技術(shù)的研究和系統(tǒng)開發(fā)學(xué)位論文 2004相似文獻(3條1.期刊論文汪偉華.時國平.WANG Weihua.SHI Guoping車輛機械式自動變速器控制系統(tǒng)的研制-工業(yè)儀表與自動化裝置2009(4綜述了自動變速技術(shù)的發(fā)展過程、結(jié)構(gòu)、原理,分析了關(guān)

20、鍵技術(shù)和換擋時刻汽車的動力傳動系統(tǒng)各組成部分的特性及控制方法.并進行了自動變速控制系統(tǒng)電子控制單元的軟硬件設(shè)計.2.學(xué)位論文許曉紅AMT汽車離合器自動控制系統(tǒng)的研制2008電控機械式自動變速器AMT是在干式摩擦離合器和傳統(tǒng)的手動固定軸式齒輪變速器基礎(chǔ)上改進的,它既具有液力自動變速器自動變速的優(yōu)點,又保留了原手動變速器齒輪傳動的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡單、易于制造的長處。它揉合了二者優(yōu)點,是非常適合我國國情的機電一體化高新技術(shù)產(chǎn)品。AMT技術(shù)的關(guān)鍵之一就是汽車離合器自動控制,它直接影響到汽車的行駛狀況和換檔品質(zhì)。為此,本文首先論述了離合器的系統(tǒng)模型,分析了離合器接合過程中兩個性能評價指標(biāo)-沖擊度、

21、滑摩功。確定了離合器接合量和接合速度作為控制對象,并得出了“快-慢-快”的接合控制規(guī)律。這些為離合器控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用80C196單片機作為微處理器,完成了離合器控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計,并進行了PCB電路板設(shè)計及電子控制裝置(ECU的制作。充分利用單片機功能資源,完成了電源電路、轉(zhuǎn)速檢測電路、檔位檢測電路、液晶顯示驅(qū)動電路、電機H橋驅(qū)動電路的設(shè)計,這些構(gòu)成了離合器控制系統(tǒng)的硬件平臺。采用M/T測速方法,設(shè)計了車速及發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量程序,利用單片機HSI功能和定時計數(shù)器,解決了低頻信號轉(zhuǎn)速測量問題。采用數(shù)字濾波技術(shù)處理測量數(shù)據(jù),有效抑制了噪聲干擾。對電機的控制采用數(shù)字PID

22、控制技術(shù),實現(xiàn)了離合器接合位置與速度的精確控制。完成了離合器接合點測試程序,這使離合器的控制能夠自適應(yīng)地調(diào)整。根據(jù)離合器控制策略,完成了汽車起步離合器控制程序。文中詳細(xì)給出了上述內(nèi)容的原理及流程框圖,這些構(gòu)成了軟件系統(tǒng)的核心。ECU裝置經(jīng)過安裝、調(diào)試并裝車測試,達到了優(yōu)秀駕駛員的標(biāo)準(zhǔn)。3.學(xué)位論文賴序年基于CAN總線的HEV監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)2006近30年來,汽車技術(shù)所取得的重大成就幾乎每一項都和汽車電子技術(shù)的應(yīng)用相關(guān)。汽車電子產(chǎn)品可分為車載汽車電子裝置和汽車電子控制裝置兩類。汽車電子化程度的高低已成為衡量汽車綜合性能和現(xiàn)代化技術(shù)水平的重要標(biāo)志。在混合動力電動汽車(Hybrid Electric Vehicle,簡稱HEV上必須大量采用電子控制技術(shù)實現(xiàn)對車輛運行的控制。本文就是以HEV作為載體,研究在HEV上如何實現(xiàn)電子控制,進而建立HEV的整車監(jiān)控系統(tǒng)。建立了信息處理的各個環(huán)節(jié)信息的采集輸入、微處理器對信號的處理、輸出控制信號等過程以及電路可靠性的電子電路模型,并利用電子設(shè)計仿真軟件對其進行了計算、仿真,根據(jù)仿真結(jié)果試制出了硬件電路。在實驗室中編寫了軟件程序,并進行了軟硬件調(diào)試。最終把經(jīng)過調(diào)試的軟硬件在HEV上進行了調(diào)試、運用,獲得了較好的功能和性能。為了實現(xiàn)整車的信息共享和