汽車無級變速(CVT)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

.MC68HC912DG128A 單片機(jī)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(jī)的汽車無級變速（CVT）控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制。引言車輛行駛性能的好壞，不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)，而且在很大程度上還依賴于變速器及變速器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配。在汽車上使用的自動(dòng)變速器大致有三類：液力自動(dòng)變速器（AutomaticTransmission，AT）、電子控制機(jī)械自動(dòng)變速器（AutomaticMechanicalTransmission，AMT）和金屬帶式無級變速器（ContinuouslyVariableTransmission，CVT）。前兩種變速器都是有級或分段無級自動(dòng)變速，無級變速器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(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了無級變速。我國的汽車工業(yè)與發(fā)達(dá)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它對整車的安全高效運(yùn)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(jī)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)裝備于東風(fēng)汽車公司開發(fā)的輕型客車EQ6480，促進(jìn)我國CVT的發(fā)展?？刂葡到y(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)Word文檔.圖1CVT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 6從動(dòng)輪可動(dòng)錐盤 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

本課題所研究的V型金屬帶傳動(dòng)無級變速器，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)帶有斜面的錐盤組成，其中一個(gè)錐盤是固定的，另一個(gè)錐盤通過單片機(jī)輸出模塊控制液壓閥使其移動(dòng)達(dá)到變速的目的。2.1CVT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，通訊電路等。對發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)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(jìn)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(jìn)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(jì)模式、動(dòng)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)的倒車離合器發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器P脈捕脈W前進(jìn)離合器沖捉?jīng)_CVT輸入轉(zhuǎn)速傳感器M輸輸主動(dòng)油壓閥入MC68HC912GP入CVT輸出轉(zhuǎn)速傳感器128A被動(dòng)油壓閥單片機(jī)系統(tǒng)油門開度傳感器模顯示驅(qū)LCD顯示屏I/0制動(dòng)踏板傳感器擬動(dòng)1335320＊240量A/D離合器位置傳感器輸無線MODEMSCI0入SCI0接口機(jī)油溫度傳感器檔位選擇（DPRNM）數(shù)SCI1SCI1筆記本PC接口仿真和編程等字Word文檔量自檢開關(guān)I/0輸CAN整車控制器接口程序模式選擇開關(guān)入CAN.離合器，然后對輸入信號采集和處理，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)無級變速。圖2 CVT控制系統(tǒng)硬件原理圖2.2CVT控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)·模擬量數(shù)據(jù)采集通過對各傳感器信號進(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。·車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、和 CVT轉(zhuǎn)速的測量和計(jì)算車速、發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算公式為：V 1.2 nri0式中： V──車速[Km/h]n──傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速 [r/min]i0──主傳動(dòng)比r──車輪半徑 [m]LCD液晶屏顯示由1335等芯片和 LCD液晶屏組成顯示模塊（圖 3所示），利用LCD液晶屏(320*240)68HC912DG128APB0-PB2單片機(jī)1335LCD控制器PA0-PA7MC68HC912DG128A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Word文檔.·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言變量和控制參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對離合器的合理控制?！び布诃h(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(jī)上開發(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，反映控制過程及系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)亦通過串行口采集到PC機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)串PC機(jī)（單片機(jī)SCI口集成調(diào)試環(huán)境）口輸入接口控制器輸出接口傳感器被控對象執(zhí)行器圖4硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)··無線Modem無線Modem的最大特點(diǎn)是無線傳輸，利用無線傳輸，可實(shí)現(xiàn)軟件遠(yuǎn)程升級、遠(yuǎn)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(jī)串口的發(fā)送，DO接單片機(jī)串口的接收。用單片機(jī)的I／O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）。Word文檔.68HC912無無TXD線線DG128APC機(jī)RXDMM單片機(jī)系（CVT動(dòng)VSSOO統(tǒng)（CVT力學(xué)模型D·CAN接口設(shè)計(jì)和在線編程D與計(jì)算）控制器）I/OMC68HC912DG128AE單片機(jī)有兩個(gè)CANE控制器，由82C250組成CANMMCAN協(xié)議、CAN速率、總線系統(tǒng)（見圖6），CAN編程需要考慮的問題有CAN中斷等。通過 CAN軟硬件研制，實(shí)現(xiàn)了 CAN協(xié)議的調(diào)試功能。考慮MC68HC912DG128A圖5單片機(jī)與特PC點(diǎn)機(jī)，通研過無究線了Modem單片相機(jī)連在線編程技術(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)的開發(fā)周期。圖6CAN總線示意圖·程序流程圖該系統(tǒng)軟件由測量、判斷、顯示、報(bào)警和控制組成。程序框圖如下頁圖7所示。Word文檔.圖7 程序流程圖開始初始化NoLCD顯示自檢正常？Yes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（車速 Ua）Y接倒檔離合器倒車檔R倒檔控制程序傳動(dòng)比ig=imaxNN行車檔D 空檔NYNe>臨界轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比igY離合器FUZZY控制，將起步加速Word文設(shè)檔置值QBJS賦1QBJS=1C.BA讀取離合器，油門，制動(dòng)踏板的位置，讀取CCVT的輸入，輸出軸轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 NeNN N經(jīng)濟(jì)模式 動(dòng)力模式 普通模式Y(jié) Y Y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)算出對應(yīng)油門及模式下的最佳換檔轉(zhuǎn)速NdY Y起步加速Q(mào)BJS=1? Ne<Nd？ 控制程序N N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(dòng)比不變YNN普通減速控制程Word文檔油門加大？油門減為０序E Y

Y.A1 D C11油門變化率大于0.8%