汽車(chē)無(wú)級(jí)變速(CVT)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、MC68HC912DG128A單片機(jī)在汽車(chē)無(wú)級(jí)變速（CVT）控制系統(tǒng)中的應(yīng)用職 業(yè)：通訊地址：湖北省十堰市湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院汽車(chē)系郵 編：電子郵箱：電話號(hào)碼：手機(jī)號(hào)碼：傳真號(hào)碼：推派單位名稱(chēng)：推派單位地址：推派單位郵編：推派單位電話：推派單位傳真：MC68HC912DG128A單片機(jī)在汽車(chē)無(wú)級(jí)變速（CVT）控制系統(tǒng)中的應(yīng)用湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院摘要本文論述了基于MC68HC912DG128A單片機(jī)的汽車(chē)無(wú)級(jí)變速（CVT）控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。Abstract The design and development of the control system for the Continuously

2、Variable Transmission(CVT)of Autos based on the MOTOROLA MC68HC912DG128A Microprocessor are described in this paper.1 引言車(chē)輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)，而且在很大程度上還依賴(lài)于變速器及變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配。在汽車(chē)上使用的自動(dòng)變速器大致有三類(lèi)：液力自動(dòng)變速器（Automatic Transmission， AT）、電子控制機(jī)械自動(dòng)變速器 （Automatic Mechanical Transmission，AMT） 和金屬帶式無(wú)級(jí)變速器（Continuously Vari

3、able Transmission，CVT）。前兩種變速器都是有級(jí)或分段無(wú)級(jí)自動(dòng)變速，無(wú)級(jí)變速器CVT避免了齒輪傳動(dòng)比不連續(xù)的缺點(diǎn)，具有傳動(dòng)比連續(xù)、傳遞動(dòng)力平穩(wěn)、操縱方便、可使汽車(chē)行駛過(guò)程中經(jīng)常處于良好的性能狀態(tài)、可改善汽車(chē)排放和降低燃油消耗等特點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速。我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家有較大的差距，通過(guò)研制無(wú)級(jí)變速（CVT）控制系統(tǒng)對(duì)縮小差距和世新紀(jì)發(fā)展我國(guó)民族汽車(chē)工業(yè)都具有十分重要的意義。無(wú)級(jí)變速（CVT）控制系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車(chē)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它對(duì)整車(chē)的安全高效運(yùn)行是非常重要的。我們研制無(wú)級(jí)變速（CVT）控制系統(tǒng)由傳感器、MC68HC912DG128A單片機(jī)系統(tǒng)、LCD顯示屏、無(wú)線MOD

4、EM、CAN模塊和輸出模塊等裝置組成。該系統(tǒng)裝備于東風(fēng)汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的輕型客車(chē)EQ6480，促進(jìn)我國(guó)CVT的發(fā)展。 2 控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)本課題所研究的V型金屬帶傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器，其變速部分由主動(dòng)輪組、V型金屬帶和被動(dòng)輪組成（圖1）。每個(gè)帶輪都由兩個(gè)帶有斜面的錐盤(pán)組成，其中一個(gè)錐盤(pán)是固定的，另一個(gè)錐盤(pán)通過(guò)單片機(jī)輸出模塊控制液壓閥使其移動(dòng)達(dá)到變速的目的。2.1 CVT控制系統(tǒng)原理圖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(jī)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(dòng)電路、LCD顯示電路、CAN接口等電路組成，另外還有電源電路

5、，通訊電路等。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、CVT輸入和輸出轉(zhuǎn)速的測(cè)試，我們采用霍耳傳感器，傳感器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)處理后，輸入到捕捉定時(shí)器，算出各轉(zhuǎn)速。節(jié)氣門(mén)（油門(mén)）開(kāi)度傳感器，我們采用霍爾線性傳感器，通過(guò)采樣電路進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。在 I/O輸入圖1 CVT結(jié)構(gòu)圖 1輸入軸 2行星架 3倒檔離合器 4前進(jìn)離合器 5從動(dòng)輪固定錐盤(pán) 6從動(dòng)輪可動(dòng)錐盤(pán) 7從動(dòng)輪齒輪 8惰輪 9輸出軸 10金屬推力帶 11主動(dòng)輪固定錐盤(pán) 12從動(dòng)輪可動(dòng)錐盤(pán)13外行星齒輪 14內(nèi)行星齒輪信號(hào)中，檔位信號(hào)代表駕駛員掛的檔，其中D-前進(jìn)檔；N空擋；R倒檔；P鎖止檔；M（保留）。程序選擇器用來(lái)選擇CVT不同的控制模式：經(jīng)濟(jì)模式、動(dòng)力模式和普

6、通模式。在控制過(guò)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(duì)輸入信號(hào)采集和處理，根據(jù)控制策略計(jì)算得到相應(yīng)的傳動(dòng)比，然后，通過(guò)PWM控制液壓閥，輸出相應(yīng)的主從動(dòng)缸油壓，使CVT實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)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(mén)開(kāi)度傳感器制動(dòng)踏板傳感器離合器位置傳感器機(jī)油溫度傳感器模擬量輸入檔位選擇（D P R N M）自檢開(kāi)關(guān)程序模式選擇開(kāi)關(guān)數(shù)字量輸入MC68HC912GP128A單片機(jī)系統(tǒng)捕捉A/DI/0倒車(chē)離合器前進(jìn)離合器主動(dòng)油壓閥脈沖輸入被動(dòng)油壓閥PWMLCD顯示屏320240顯示驅(qū)動(dòng)1335I/0SCI0接口SCI1接口CAN接口無(wú)線MODEM筆記本PC仿

7、真和編程等整車(chē)控制器SCI0SCI1CAN變速。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(jì) 模擬量數(shù)據(jù)采集通過(guò)對(duì)各傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，使其成為0至5V的電壓量，利用MC68HC912DG128A的A/D口，定時(shí)采集和查表，將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，供計(jì)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(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、和CVT轉(zhuǎn)速的測(cè)量和計(jì)算車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、和CVT轉(zhuǎn)速傳感器是霍爾開(kāi)關(guān)脈沖式，MC68HC912DG128A的TIM接口感應(yīng)轉(zhuǎn)速，其中車(chē)速的計(jì)算公式為：式中：V車(chē)速 Km/hn 傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 r/mini0 主傳動(dòng)比r 車(chē)輪

8、半徑 m LCD液晶屏顯示PB0-PB2PA0-PA768HC912DG128A單片機(jī)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(wú)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(jì)、優(yōu)化和相對(duì)易于實(shí)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(yàn)形成語(yǔ)言規(guī)則，利用68HC12的Fuzzy功能，在實(shí)時(shí)工況下選擇合適的語(yǔ)言變量和控制參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的合理控制。 硬件在環(huán)仿真

9、系統(tǒng)控制器制作完成后，一般并不能直接上車(chē)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?cè)赑C機(jī)上開(kāi)發(fā)了一個(gè)單片機(jī)集成調(diào)試環(huán)境，包括友好的人機(jī)界面、與單片機(jī)的通信模塊、控制過(guò)程的顯示及系統(tǒng)的性能分析模塊等。同時(shí)也要為單片機(jī)編寫(xiě)相應(yīng)的串行口通信和命令服務(wù)程序。設(shè)計(jì)在線編程軟件就可隨時(shí)將更新的控制算法和控制參數(shù)下載到單片機(jī)的Flash中執(zhí)行，反映控制過(guò)程及系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)亦通過(guò)串行口采集到PC機(jī)中進(jìn)行處理?？刂破鬏敵鼋涌谳斎虢涌趩纹瑱C(jī)SCI口PC機(jī)（單片機(jī)集成調(diào)試環(huán)境）串口被控對(duì)象執(zhí)行器傳感器圖4 硬件在環(huán)仿真系統(tǒng) 無(wú)線Modem無(wú)線Modem的最大特點(diǎn)是無(wú)線傳輸，利用無(wú)

10、線傳輸，可實(shí)現(xiàn)軟件遠(yuǎn)程升級(jí)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷、E車(chē)概念和整車(chē)集成控制系統(tǒng)，見(jiàn)圖5。PTR2000無(wú)線Modem的DI接單片機(jī)串口的發(fā)送，DO接單片機(jī)串口的接收。用單片機(jī)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(jì)算機(jī)串口，可以用RTS來(lái)控制PTR2000無(wú)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(jī)與PC機(jī)通過(guò)無(wú)線Modem相連68HC912DG128A單片機(jī)系統(tǒng)（CVT控制器）無(wú)線MODEMTXDRXDVSS PC機(jī)（CVT動(dòng)力學(xué)模型與計(jì)算）無(wú)線MODEMI/O CAN接口設(shè)計(jì)和在線編程MC68HC912DG128A單片機(jī)有兩個(gè)CAN控制器，由82C250

11、組成CAN總線系統(tǒng)（見(jiàn)圖6），CAN編程需要考慮的問(wèn)題有CAN協(xié)議、CAN速率、CAN中斷等。通過(guò)CAN軟硬件研制，實(shí)現(xiàn)了CAN協(xié)議的調(diào)試功能?？紤]MC68HC912DG128A特點(diǎn)，研究了單片機(jī)在線編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)和CAN總線的單片機(jī)在線編程，大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)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(cè)量、判斷、顯示、報(bào)警和控制組成。程序框圖如下頁(yè)圖7所示。3 結(jié)束語(yǔ)我們十分樂(lè)意參加“第四屆MOTOROLA杯單片機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用大獎(jiǎng)賽”，這是推動(dòng)我國(guó)新型單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用的好機(jī)會(huì)，我們選用16位單片機(jī)作為新元素，迎接新的挑戰(zhàn)。我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)將具有如下特點(diǎn)：1） 利用LCD液晶屏，實(shí)

12、現(xiàn)大容量和靈活顯示功能；2） 實(shí)現(xiàn)了濕式離合器的FUZZY控制；3） 實(shí)現(xiàn)了無(wú)線MODEM的遠(yuǎn)程控制；4） 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的在線編程和CAN功能調(diào)試；5） 具有高的精確度和可靠性, 抗干擾能力強(qiáng), 智能化程度高。2002年10月開(kāi)始初始化自檢正常？LCD顯示讀取檔位，程序控制模式，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne，CVT輸出軸轉(zhuǎn)速（車(chē)速Ua）倒車(chē)檔R倒檔控制程序接倒檔離合器傳動(dòng)比ig=imax行車(chē)檔D空檔N傳動(dòng)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(mén)，制動(dòng)踏板的位置，讀取CVT的輸入，輸出軸轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速Ne經(jīng)濟(jì)模式動(dòng)力模式普通模式調(diào)經(jīng)濟(jì)模式參數(shù)調(diào)動(dòng)力模式參數(shù)調(diào)普通模式參數(shù)C算出對(duì)應(yīng)油門(mén)及模式下的最佳換檔轉(zhuǎn)速NdQBJS=1?NeNd？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(mén)變化?保持傳動(dòng)比不變油門(mén)加大？油門(mén)減為普通減速控制程序全減速控制程序D BC11