汽車無級變速(CVT)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、MC68HC912DG128A單片機在汽車無級變速（CVT）控制系統(tǒng)中的應(yīng)用摘要本文論述了基于MC68HC912DG128A單片機的汽車無級變速（CVT）控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計和研制。 1 引言車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動機，而且在很大程度上還依賴于變速器及變速器與發(fā)動機的匹配。在汽車上使用的自動變速器大致有三類：液力自動變速器（Automatic Transmission， AT）、電子控制機械自動變速器 （Automatic Mechanical Transmission，AMT） 和金屬帶式無級變速器（Continuously Variable Transmission，CVT）。前兩

2、種變速器都是有級或分段無級自動變速，無級變速器CVT避免了齒輪傳動比不連續(xù)的缺點，具有傳動比連續(xù)、傳遞動力平穩(wěn)、操縱方便、可使汽車行駛過程中經(jīng)常處于良好的性能狀態(tài)、可改善汽車排放和降低燃油消耗等特點，真正實現(xiàn)了無級變速。 我國的汽車工業(yè)與發(fā)達國家有較大的差距，通過研制無級變速（CVT）控制系統(tǒng)對縮小差距和世新紀(jì)發(fā)展我國民族汽車工業(yè)都具有十分重要的意義。無級變速（CVT）控制系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車的一項關(guān)鍵技術(shù)，它對整車的安全高效運行是非常重要的。我們研制無級變速（CVT）控制系統(tǒng)由傳感器、MC68HC912DG128A單片機系統(tǒng)、LCD顯示屏、無線MODEM、CAN模塊和輸出模塊等裝置組成。該系統(tǒng)裝備

3、于東風(fēng)汽車公司開發(fā)的輕型客車EQ6480，促進我國CVT的發(fā)展。 2 控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器CVT輸入轉(zhuǎn)速傳感器CVT輸出轉(zhuǎn)速傳感器脈沖輸入油門開度傳感器制動踏板傳感器離合器位置傳感器機油溫度傳感器模擬量輸入檔位選擇（D P R N M）自檢開關(guān)程序模式選擇開關(guān)數(shù)字量輸入MC68HC912GP128A單片機系統(tǒng)捕捉A/DI/0倒車離合器前進離合器主動油壓閥脈沖輸入被動油壓閥PWMLCD顯示屏320240顯示驅(qū)動1335I/0SCI0接口SCI1接口CAN接口無線MODEM筆記本PC仿真和編程等整車控制器SCI0SCI1CAN本課題所研究的V型金屬帶傳動無級變速器，其變速部分由

4、主動輪組、V型金屬帶和被動輪組成（圖1）。每個帶輪都由兩個帶有斜面的錐盤組成，其中一個錐盤是固定的，另一個錐盤通過單片機輸出模塊控制液壓閥使其移動達到變速的目的。2.1 CVT控制系統(tǒng)原理圖圖1 CVT結(jié)構(gòu)圖 1輸入軸 2行星架 3倒檔離合器 4前進離合器 5從動輪固定錐盤 6從動輪可動錐盤 7從動輪齒輪 8惰輪 9輸出軸 10金屬推力帶 11主動輪固定錐盤 12從動輪可動錐盤13外行星齒輪 14內(nèi)行星齒輪CVT控制系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。系統(tǒng)主要是由MC68HC912DG128A單片機系統(tǒng)、脈沖輸入捕捉電路、模擬量輸入電路、I/O量輸入電路、PWM電磁閥驅(qū)動電路、LCD顯示電路、CAN接口等

5、電路組成，另外還有電源電路，通訊電路等。對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、CVT輸入和輸出轉(zhuǎn)速的測試，我們采用霍耳傳感器，傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)處理后，輸入到捕捉定時器，算出各轉(zhuǎn)速。節(jié)氣門（油門）開度傳感器，我們采用霍爾線性傳感器，通過采樣電路進入A/D轉(zhuǎn)換器。在 I/O輸入信號中，檔位信號代表駕駛員掛的檔，其中D-前進檔；N空擋；R倒檔；P鎖止檔；M（保留）。程序選擇器用來選擇CVT不同的控制模式：經(jīng)濟模式、動力模式和普通模式。在控制過程中，系統(tǒng)根據(jù)得到的檔位，接合相應(yīng)的離合器，然后對輸入信號采集和處理，根據(jù)控制策略計算得到相應(yīng)的傳動比，然后，通過PWM控制液壓閥，輸出相應(yīng)的主從動缸油壓，使CVT實現(xiàn)無級變速。

6、圖2 CVT控制系統(tǒng)硬件原理圖2.2 CVT控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計· 模擬量數(shù)據(jù)采集 通過對各傳感器信號進行處理，使其成為0至5V的電壓量，利用MC68HC912DG128A的A/D口，定時采集和查表，將傳感器信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，供計算、判斷用。查表的目的是消除非線性誤差和提高處理速度。在軟件編程中，將廣泛應(yīng)用查表法。· 車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、和CVT轉(zhuǎn)速的測量和計算 車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、和CVT轉(zhuǎn)速傳感器是霍爾開關(guān)脈沖式，MC68HC912DG128A的TIM接口感應(yīng)轉(zhuǎn)速，其中車速的計算公式為： 式中： V 車速 Km/h n 傳動軸轉(zhuǎn)速 r/min i0 主傳動比 r 車輪半徑 m

7、· LCD液晶屏顯示PB0-PB2PA0-PA768HC912DG128A單片機1335LCD控制器LCD液晶屏(320*240)由1335等芯片和LCD液晶屏組成顯示模塊（圖3所示），利用MC68HC912DG128A的PA和PB口，顯示各種數(shù)據(jù)、曲線和無線MODEM的狀態(tài)。圖3 LCD接口電路· 濕式離合器Fuzzy控制模糊邏輯控制技術(shù)是一種設(shè)計、優(yōu)化和相對易于實現(xiàn)較復(fù)雜系統(tǒng)的有效方法，是一種低成本高附加值的智能控制途徑。濕式離合器的模糊控制就是將駕駛員的經(jīng)驗形成語言規(guī)則，利用68HC12的Fuzzy功能，在實時工況下選擇合適的語言變量和控制參數(shù)來實現(xiàn)對離合器的合理控制

8、。· 硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)控制器制作完成后，一般并不能直接上車使用，需要大量的調(diào)試工作。硬件在環(huán)仿真是一條有效的調(diào)試手段（圖4所示）。我們在PC機上開發(fā)了一個單片機集成調(diào)試環(huán)境，包括友好的人機界面、與單片機的通信模塊、控制過程的顯示及系統(tǒng)的性能分析模塊等。同時也要為單片機編寫相應(yīng)的串行口通信和命令服務(wù)程序。設(shè)計在線編程軟件就可隨時將更新的控制算法和控制參數(shù)下載到單片機的Flash中執(zhí)行，反映控制過程及系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)亦通過串行口采集到PC機中進行處理?？刂破鬏敵鼋涌谳斎虢涌趩纹瑱CSCI口PC機（單片機集成調(diào)試環(huán)境）串口被控對象執(zhí)行器傳感器圖4 硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)·· 無線

9、Modem無線Modem的最大特點是無線傳輸，利用無線傳輸，可實現(xiàn)軟件遠程升級、遠程監(jiān)控和故障診斷、E車概念和整車集成控制系統(tǒng)，見圖5。PTR2000無線Modem的DI接單片機串口的發(fā)送，DO接單片機串口的接收。用單片機的IO控制模塊的發(fā)射控制、頻道轉(zhuǎn)換和低功耗模式。如果直接接計算機串口，可以用RTS來控制PTR2000無線Modem的收發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換（RTS需經(jīng)電平轉(zhuǎn)換）。圖5 單片機與PC機通過無線Modem相連68HC912DG128A單片機系統(tǒng)（CVT控制器）無線MODEMTXDRXDVSS PC機（CVT動力學(xué)模型與計算）無線MODEMI/O· CAN接口設(shè)計和在線編程MC6

10、8HC912DG128A單片機有兩個CAN控制器，由82C250組成CAN總線系統(tǒng)（見圖6），CAN編程需要考慮的問題有CAN協(xié)議、CAN速率、CAN中斷等。通過CAN軟硬件研制，實現(xiàn)了CAN協(xié)議的調(diào)試功能?？紤]MC68HC912DG128A特點，研究了單片機在線編程技術(shù)，實現(xiàn)了PC機和CAN總線的單片機在線編程，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。圖6 CAN總線示意圖· 程序流程圖該系統(tǒng)軟件由測量、判斷、顯示、報警和控制組成。程序框圖如下頁圖7所示。圖7 程序流程圖開始初始化自檢正常？LCD顯示讀取檔位，程序控制模式，發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne，CVT輸出軸轉(zhuǎn)速（車速Ua）倒車檔R倒檔控制程序接倒檔離合器傳動比ig=imax行車檔D空檔N傳動比igNe>臨界轉(zhuǎn)速離合器FUZZY控制，將起步加速設(shè)置值QBJS賦1 QBJS=1C BNoYesYNNYYAA讀取離合器，油門，制動踏板的位置，讀取CVT的輸入，輸出軸轉(zhuǎn)速及發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne經(jīng)濟模式動力模式普通模式調(diào)經(jīng)濟模式參數(shù)調(diào)動力模式參數(shù)調(diào)普通模式參數(shù)C算出對應(yīng)油門及模式下的最佳換檔轉(zhuǎn)速NdQBJS=1?Ne<Nd？起步加速控制程序轉(zhuǎn)入非起步加速的其他控制模式置QBJS=0油門變化?保持傳動比不變油門加大？油門減為普通減速控制程序全減速控制程序D BC11A11ENNNYYYYYYYYNNN