毕业论文：工程车辆变速器全自换挡电液控制系统设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业论文：工程车辆变速器全自换挡电液控制系统设计.精品文档. xxxx大学毕业设计（论文）工程车辆变速器全自动换挡电液控制系统设计学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机

2、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 设计背景与意义11.2 自动变速器概述11.3 自动变速器国内外研究现状22 工程车辆自动换挡基本原理42.1 工程车辆液力自动变速器的组成42.2 汽车自动换挡规律42.3工程车辆四参数换挡规律的理论分析53 工程车辆自

3、动换挡控制系统硬件设计73.1 控制系统总体方案设计73.2 单片机选型83.3 电源模块设计93.3.1 电源电路93.3.2 复位电路103.3.3 时钟电路103.4 信号采集与处理模块设计113.4.1 转速信号的采集与处理113.4.2 油门开度信号的采集与处理123.4.3 工作油泵压力信号的采集与处理143.5 输出控制模块设计143.6 挡位显示模块设计153.7 挡位选择模块设计163.8 自动变速控制系统可靠性研究173.8.1 系统干扰的来源173.8.2 系统干扰源带来的危害183.8.3 硬件电路抗干扰设计183.9 自动变速控制系统硬件原理总图设计194 工程车辆自

4、动换挡控制系统软件设计214.1 工程车辆自动换挡控制系统软件总体方案设计214.2 工程车辆自动换挡控制系统主程序设计214.3 转速信号采集子程序设计224.4 模拟信号采集子程序设计244.5 模糊控制算法子程序设计254.6 挡位输出控制子程序设计264.7 挡位显示控制子程序设计275 结论29致 谢30参考文献31摘 要工程车辆作为一种特殊的非公路车辆在车辆家族中占有重要地位。工程车辆的工作环境复杂、恶劣，作业任务多样，驾驶员需频繁换挡以满足整车的动力性要求，劳动强度较大，且难以保证车辆行驶的经济性。因此，在工程车辆上实现自动换挡具有重要的意义，将机器人技术应用到工程车辆中是产品更

5、新换代的发展方向。随着车辆电子技术和自动变速技术的发展，人们开始追求车辆更高的智能性，要求开发具有智能化特征的工程车辆自动变速系统以适应车辆特殊的工作环境和提高工程车辆的使用性能。 本次设计在已有的自动变速器研究的基础上，采用机电一体化设计思想，结合车辆传动系统的理论分析、自动变速控制算法设计和控制系统研究，根据工程车辆的工作特点、操纵方式以及控制系统的总体要求，设计开发一套工程车辆自动变速电子控制系统，着重解决系统控制芯片选型、硬件电路的开发及软件功能的设计。关键词：工程车辆；自动换挡；控制系统；智能化；传感器；霍尔效应Abstract Engineering vehicles as a s

6、pecial kind of off-road vehicle occupies an important position in the family of vehicles.Drivers need to frequently shift to satisfy the requirement of the vehicle power performance because complex, bad work environment, various tasks.This result in larger labor ,and the difficulty to guarantee the

7、vehicle traveling economy.Consequently,realizing automatic shift to engineering vehicles is of great importance.And the robot technology is applied to engineering vehicles is the product the development direction of upgrading.With the development of vehicle electronic technology and automatic transm

8、ission technology, people began to pursue higher intelligent vehicles. It is required to develop the engineering vehicle automatic transmission system with intelligent features to adapt to the special working environment of the vehicle and improve the use performance of construction vehicle. Accordi

9、ng to the basis of the existing research of automatic transmission, the idea of mechatronics design, combined with the theoretical analysis of vehicle transmission system, automatic transmission control algorithm design and control system research, and the features of construction vehicle, control m

10、ethods and control system of the general requirements, a set of automatic transmission electronic control system of construction vehicle has been designed.The design emphatically resolves system development of the control chip selection, hardware circuit and software function design.Key Words:Engine

11、ering vehicles；automatic shift；control system；intelligent； sensor；Hall effect1 绪论1.1 设计背景与意义车辆传动系统的自动化是车辆电子技术的一项重要内容，在工程车辆上采用自动变速技术是二十一世纪车辆发展的必然趋势。1西方发达国家已经在工程车辆自动变速技术研究方面投入了大量的人力、物力，并取得了丰硕的研究成果，产生了明显的社会效益和经济效益。为了满足基本建设的规模和技术水平的要求，我国在引进和吸收国外先进技术的基础上，已迅速发展成为工程机械的生产大国，2002年年产值630亿元，居世界前列。但由于国内大多数企业主要还

12、是依赖国外技术，工程机械产品的开发一直采用引进技术、实施仿制等方法，甚至有些企业就是采用购买国外关键部件进行组装的方法来生产产品，导致了拥有自主知识产权的精品还不多，我国仍不是工程机械的生产强国。要改变这种现状就必须根据工程机械的发展趋势，用先进技术提升工程机械的整体水平，通过创新设计从根本上改变我国国产品牌的落后面貌。11 目前国产工程机械的技术性能和国外产品相比还有一定差距。长期以来我国在能源、交通、水利等方面的重要工程主要使用的是由进口技术组装的工程机械。随着我国改革开放和社会主义现代化建设步伐的加快，基础建设、重大工程、城区改造、能源开发等项目急剧增多，随之而来的是对工程机械的需求增加

13、。特别是从“十五”计划起，随着西部开发战略的实施，国家将加大力度投资基础设施建设，这无疑将给工程机械带来新的机遇。当前迫切希望加强新产品和关键零部件的研发能力，提高具有自主知识产权的产品和关键零部件的占有率。自主开发适合我国国情的自动变速器应用于工程车辆，既可以掌握先进的控制技术，提高产品综合性能，增强技术开发能力，而且还可以降低成本，提高国产工程车辆的市场竞争力。91.2 自动变速器概述 自动变速车辆相对于手动变速器车而言，有很多十分明显的优势，如手动变速车辆由于频繁换挡的操作，易使驾驶员疲劳，影响行驶安全；不同的驾驶技术水平对车辆的燃料经济性、动力性、乘坐舒适性造成极大差异。因此，追求自动

14、变速是车辆发展的一个必然趋势。10 1914年，由德国奔驰公司最先推出第一个全自动齿轮变速器，当时装在少数为高级官员制造的车辆上。1940年，奥兹莫比尔采用液力自动变速器，这是在批量生产的美国车辆上最早采用的全自动变速器。该变速器采用两派行星齿轮机构提供四个前进挡，利用节气门油压和速控油压进行换挡控制。1941年，凯迪拉克车辆装用液力自动变速箱，同年，克莱斯勒推出了带有液力耦合器的4速半自动变速器。自动变速器最重要的改进是在二战期间，别克公司为坦克开发了液力变矩器。但由于该变矩器具有工作冲击性，而于1957年被弃置，直到20世纪70年代才又被重新采用。1956年，克莱斯勒车辆公司投产了陶克福利

15、特变速箱，这种变速箱是最早带有变矩器的现代自动3速变速器并且首先采用辛普森复合行星齿轮机构。1983年，丰田车辆公司生产了A140E型自动驱动桥，这是第一种电控换挡自动变速器，这种变速器开创了变速器发展的新趋势。从1990年起，大部分轿车自动变速器都采用了电控自动变速器，特别是美国国内的各车辆制造厂，至少推出了一种电控自动变速器。如1991年通用车辆公司在前轮驱动的豪华型轿车上装用了4T60-E型自动变速器；福特车辆公司也在其生产的林肯-大陆上装用了AXOD-E型4速电控自动驱动桥。在我国，上海通用公司在其生产的别克轿车上装备了4T65-E电控自动变速器，这是我国第一次车辆公司将自动变速器作为

16、标准装置装于轿车，该变速器于1998年10月份正式下线生产。 13 自动变速器可分为液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)、无级自动变速器(CVT)。其发展经历了两个阶段：首先是半自动变速器，然后又经过液力耦合器、液力变矩器发展到全自动变速器。随着自动变速器技术的发展，其结构和性能不断完善，出现了电控自动变速器，它能实现与发动机的最佳匹配，并可获得最佳经济性、动力性。换挡和起步控制是自动变速器控制功能的关键，其中换挡规律是自动变速器的核心问题，它将直接影响车辆的动力性、燃油经济性、通过性及对环境的适应能力。换挡规律是挡位随控制参数变化的规律，也就是换挡时刻和挡位与控制参数之间的

17、关系。 换挡规律的研究方法一般是从车辆作业状况参数(如车速、牵引力、发动机油门开度及转速、扭矩、制动力等)中找到影响其挡位变化的主要因素，建立一个包含各主要因素的数学模型，优化后确定最佳换挡点。81.3 自动变速器国内外研究现状目前国外对液力机械传动车辆的换挡变速控制研究已经比较成熟，主要工作集中在换挡策略的开发和换挡品质的改善。九十年代初，N. Narumi 和 H. Suzuki 对车辆传动系统控制的发展趋势进行了预测，认为离合器闭锁控制和挡位优化控制将是未来数十年传动控制的发展趋势，而无级变速则更具有潜在的开发前景。Hiroshi Yamaguchi和 Yasushi Narita 等利

18、用模糊控制技术对液力机械传动车辆进行了变速器选挡控制，并取得了预期的成果。John J. Moskwa 和 Scott A.Munns 等在他们的论文中较为系统地阐述了车辆传动系统数学模型建立的基本原理和试验方法。Andrew W. Phillips和Dennis N. Assanis利用计算机对某5吨车辆液力机械传动系统进行了仿真研究，并且提出了改进燃油经济性和车辆性能的方案。Kohei Kusaka和 Yasunori Ohkura对装备有液力机械传动的垃圾车换挡执行机构（电液控制阀）进行了大胆的改造，控制离合器的接合力，使换挡过程更加平顺。Toshimichi Minowa和Tatsuy

19、a Ochi等也利用转矩估计的方法对换挡平顺性问题进行了研究。Gamal Ahmed Elnashar博士建立了车辆自动变速模糊和神经网络控制器，并根据选定的模糊逻辑控制参数和网络权值在计算机上进行了仿真研究。16国内对车辆自动变速的研究主要集中在控制技术和换挡决策方法的研究上。原吉林工业大学的罗邦杰教授曾在装有GYB-100液力传动系统的城市公共汽车上进行了变矩器闭锁控制，并取得了良好的成果。原吉林工业大学的卢新田博士采用了模糊控制技术对TY320履带推土机进行了自动换挡控制，并且通过台架试验验证了这项技术的可行性和可靠性，取得了阶段性成果。而后，张勇博士对这个技术进行了深入的探索，将自适应

20、理论与模糊技术结合，应用于TY320推土机的自动变速控制，试验证明了具有模糊自适应能力的变速器可以对车辆使用质量的变化产生自动适应性。王学峰博士运用模糊神经网络控制技术实现工程车辆自动换挡，使其通过对工况环境和驾驶员操作的“学习”达到对环境的自适应。同济大学的谢代鹏在其博士论文中入探讨了车辆最佳动力性和最佳经济性换挡规律的制定方法，提出了动态四参数(油门开度、车速、油门开度变化率和纵向加速度)换挡决策方法。2 工程车辆自动换挡基本原理2.1 工程车辆液力自动变速器的组成对于工程车辆而言，其大部分的运行时间为作业工况，需要经常的换挡，所受外载荷变化急剧，为了提高工程车辆的动力性和燃油经济性，缓解

21、由于外负载急剧变化引起的冲击载荷，工程车辆自动变速器多采用带有液力变矩器的液力自动变速器。工程车辆液力自动变速系统主要由动力传动子系统和自动变速控制子系统两部分组成。动力传动子系统主要包括发动机、液力变矩器、机械变速器、驱动桥以及车轮等部分。自动变速控制子系统主要由电子控制单元、换挡执行机构、挡位选择器和信号采集系统组成。2.2 汽车自动换挡规律 换挡规律是换挡控制系统的核心，它决定于选择什么样的换挡控制参数和在何时进行换挡等关键问题。换挡规律直接影响到汽车的经济性和动力性。研究换挡规律是掌握汽车换挡理论的基础。换挡规律是指两排挡间自动换挡时刻随控制参数变化的规律。显然，对于输入变量的每一种组

22、合，仅存在唯一的输出状态，否则就会出现不确定性。因此，要求换挡规律应该是输入变量的单值函数。 自动换挡是根据控制参数的变化来实现的。汽车换挡的控制参数有三种类型。换挡规律按控制参数的个数可分为单参数、两参数及三参数换挡规律三种类型。 10 1.单参数换挡规律单参数换挡规律是以车速为控制参数，在发动机负荷一定的条件下，车速越大说明行驶阻力越小，一般应选择传动比小的高挡工作；车速越低，说明路面阻力越大，应选择传动比较高的低挡工作，以保证车辆有足够的驱动力2.两参数换挡规律两参数换挡规律是目前车辆上采用最多的一种形式，控制参数可以为：车速与油门；泵轮转Bn与涡轮转速度Tn；车速与发动机输出转矩等。工

23、程车辆自动变速控制系统一般是以车速和油门开度为控制参数制定换挡规律的。油门开度的大小，反映了车辆对发动机负荷（或动力输出）的需求。油门开度越大，发动机的负荷越大，输出的功率也就越大。3.三参数换挡规律 车辆在起步、换挡过程中均处于非稳定状态。为了真实地描述车辆换挡的动态过程特性，修正在稳态基础上制定的两参数控制的换挡误差，国内外学者提出了以车速、油门开度和车辆加速度三个参数来表征车辆的运动。动态三参数换挡规律能使在较短时间内速度变化较大的车辆真正发挥出最佳的性能。 虽然使用的控制参数越多越能达到较好的自动换挡效果，但会使换挡系统变复杂，因而成本较高。目前最常用的是采用两参数控制。在电子控制换挡

24、系统中，车速常用磁电转速传感器在输出轴上测得，而油门开度则用角度传感器来测量，其输出的电信号与油门开度成正比。换挡特性是指相邻的两挡在换挡过程中，油门的不同开度下，加速度与车速的关系、牵引力与车速的关系以及油耗与车速的关系。根据这些关系可得到确保动力性的最佳换挡规律和确保燃油经济性的最佳换挡规律。为了不损失动力性，在换挡点应该保证车速和加速度相同。2.3工程车辆四参数换挡规律的理论分析前面介绍的工程车辆两参数、三参数以及动态三参数换挡规律均是从发动机的总功率中扣除工作油泵的额定功率后再与液力变矩器进行匹配设计的，而对于工程车辆来说，其在作业过程中，随着作业状况的不同，工作油泵消耗的功率也是不同

25、的，其所消耗的功率随负载的变化在零到最大值之间变化，特别是在土方作业时工作油泵所消耗的功率要占发动机功率40% 60 %。如果依然釆用从发动机功率中扣除油泵额定功率来与液力变矩器匹配的话，必将造成人为误差。吉林大学的丁春凤，闫嘉和赵丁选等人在充分考虑了工作油泵功率消耗的变化情况以后，在工程车辆三参数换挡规律的基础上增加了一个控制参数工作油泵的压力p ，以此来考虑工作油泵实际消耗的功率对换挡规律的影响，研究了工程车辆四参数换挡规律，通过工作油泵的压力和液力变矩器泵轮转速nB计算出工作油泵实际消耗的功率，并将其等效成油门开度，以此来改变换挡点，从而使工程车辆的换挡规律更加合理。下面从理论公式上推导

26、四参数换挡规律。其推导过程如下: （2.1）其中p工作油泵的压力(pa)； Q工作油泵的体积流量(L/min) q工作油泵的排量(L/r)； Np工作油泵实际消耗的功率(KW)； nB泵轮转速(r/min )；在大量实验数据下，柴油机的输出转矩Me是油门开度和柴油机转速ne的函数，即有: （2.2）且有公式: （2.3）其中Ne发动机功率(KW) 故工作油泵的实际消耗的功率也是油门开度和柴油机转速的函数，当工作油泵正常工作时，发动机的转速一般保持不变，但转矩发生了变化，此时油门开度也发生了变化。所以油门开度变化量是Np的函数: （2.4）将式(2.4)代入原来的换挡规律函数，得出四参数换挡规律

27、函数如下: （2.5） （2.6）其中iu升挡点； id降挡点。3 工程车辆自动换挡控制系统硬件设计 自动变速控制系统是液力自动变速器的主要组成部件之一，它主要由电子控制单元(ECU)、信号釆集系统(又称传感器系统)、换挡执行机构和挡位模式选择器组成。其中电子控制单元(ECU)是自动变速控制系统的主控单元，它是一种融合计算机技术、传感器技术、检测技术、智能控制技术和信息技术为一体的高科技产品，是检验自动变速系统换挡规律理论正确性、保证工程车辆高效率运行和充分发挥自动变速系统性能的关键部件。 11 本章节结合前面两章关于工程车辆四参数自动换挡规律的理论研究，设计了液力自动变速器控制系统的硬件电路

28、。3.1 控制系统总体方案设计 综合前面几章关于换挡规律的理论研究和工程车辆的作业特点，在进行总体方案设计时，首先要考虑以下因素： 鉴于工程车辆一般是短距离的连续循环作业，作业工况时外负载变化急剧，环境复杂恶劣，故在设计自动变速控制系统时，应使控制系统的硬件系统和软件系统有很高的抗干扰性和可靠性。 鉴于液力自动变速箱是一种典型的机电液为一体的装置，故在设计其变速控制系统时，应充分考虑机械、电子、液压等各个部分的性能，最大限度的发挥其各自的优势。 鉴于工程车辆短时间内换挡十分频繁，工作环境复杂多变，对安全性和控制实时性要求高等特点，故在设计其变速控制系统时，应合理选择ECU的主控芯片，实现最优控

29、制，并设计挡位模式选择器，使驾驶员能根据工作工况和环境变化来干预换挡，手动控制换挡控制器，使其处于最优的换挡模式。 本文在综合考虑了以上诸多因素和参阅大量相关文献后，设计了如图3.1所示的工程车辆自动变速控制系统原理图。由于模块化设计在设计、生产、调试、维修等方面较为方便，使设计过程较为清晰化，故本文在设计控制系统的硬件原理图时采用模块化设计。如图所示，该控制系统硬件原理图主要由电源模块、信号釆集与处理模块(传感器系统)、输出控制模块、挡位显示模块以及挡位选择模块等五部分组成。 电源模块。主要功能是为各个控制子系统提供不同伏值的工作电源。 信号采集与处理模块。主要功能是采集油门开度、油泵压力、

30、涡轮转速以及泵轮转速等四个输入参数，并对其进行必要的格式转换，然后输入到单片机中。 输出控制模块。主要功能是将单片机输出的控制信号进行信号处理以后，来驱动换挡执行机构进行换挡。 挡位显示模块。主要功能是将车辆所处的挡位及时的显示出来，方便驾驶员及时的控制换挡。挡位选择模块。主要功能是挡位模式选择，设计一个挡位模式选择器(操纵手柄)，驾驶员可以方便的根据车辆所处的环境来选择车辆应处的挡位模式。油门开度信号油泵压力信号涡轮转速信号泵轮转速信号放大滤波整形滤波光电隔离模数转换复位与时钟电路故障报警其他控制信号挡位模式选择器挡位显示光电隔离放大电路挡位电磁阀驱动电路单片机看门狗电路图3.1 工程车辆自

31、动变速控制系统原理图3.2 单片机选型 单片机是整个电子控制单元ECU的核心部分，是决定整个自动变速控制系统性能的关键部件，因此，在设计硬件原理图的各个模块之前首先选择单片机的型号。在诸多单片机的型号当中，美国Intel公司在上世纪八十年代推出的MCS-51系列8位单片机，由于其优越的性价比，一直是工业用微型计算机的主流，被誉为“控制域中最佳的8位微型计算机”。 5 近年来，该公司推出的AT89系列单片机在工业微型控制领域得到了广泛的应用。AT89S52单片机是ATMEL公司采用高密度非易失性存储器技术制造的一种8位增强型AT89系列单片机，具有低功耗、高性能等优点。AT89S52单片机的主要

32、性能如下:(1)与MCS-51系列单片机兼容；(2) 8K字节在系统可编程Flash存储器，1000次擦写周期；(3)全静态操作:0Hz-30Hz；(4)三级加密程序存储器，内含256B数据存储器RAM；(5)32根可编程I/O端口线；(6)3个16位的定时器/计数器；(7)6个中断源，掉电后中断可唤醒；(8)全双工串行通信；(9)内置看门狗定时监视器；(10)低功耗空闲和掉线模式；(11)双数据指针(DPTR)；(12)掉电标识符；(13)20多个特殊功能寄存器。 综合考虑了上述自动变速控制系统的诸多因素和AT89S52单片机的性价比以后，本文选用ATMEL公司生产的AT89S52单片机作为

33、自动变速控制系统的微控制器。AT89S52单片机采用PDIP封装形式，共有40个引脚。各个引脚具体的功能本文不再详述。3.3 电源模块设计3.3.1 电源电路 AT89S52单片机和其外围芯片的基准电压为5V，传感器信号采集与处理系统需要的驱动电压为12V，换挡执行机构中的电磁阀驱动电压为24V。因此，为了维持系统各模块正常工作，控制系统中必须能提供5V、12V、24V的直流电压.源。在工程车辆系统中一般附带24V的直流稳压电源。本文只需将工程车辆自带的24V电源转换成5V和12V的稳压电源即可满足控制系统的电源要求。本文通过采用LM7805和LM7812两种集成稳压器，并在车辆自带的24V电

34、源后面并联一个大容量的电解电容，利用其充放电特性使稍微有点波动的直流电变成稳定的直流电源，但电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了一只容量为0.001-0.1F的普通电容，以滤除高频及脉冲干扰。具体转换电路图如图3.2所示。此处的24V电源一般为稳压直流电源，适当滤波后可以直接输入到集成稳压器LM7805和LM7812当中，无需设计变压器变压和整形电路。图3.2 电源电路3.3.2 复位电路 单片机可靠的复位是保证单片机正常运行的关键因素，它可以使单片机各个部分处于确定的初始状态。因此，在设计控制系统之前，应先设计单片机的复位电路。通常情况下，复位信号

35、从RST引脚输入到单片机内部的施密特触发器中的复位电路，然后使RST引脚保持两个机器周期以上的高电平。当RST从高电平变为低电平时，单片机就从0000H地址开始执行程序。 本论文设计所用的AT89S52单片机釆用上电自动复位方式来进行复位，而且增加了手动复位的按钮，如图3.3所示。图3.3 上电复位和手动复位电路3.3.3 时钟电路 单片机时钟电路可以采用外部时钟方式和内部时钟方式两种形式，如图3.4所示，本文釆用内部时钟方式来构成时钟电路，内部时钟振荡电路由单片机外部的晶体振荡器与电容C6，C7构成的并联谐振电路连接在XTAL1，XTAL2脚两端，并与单片机内部的时钟发生器连接产生自激振荡。

36、对外部电容C6，C7的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响到振荡器频率的高低、振荡器的稳定性以及起振的快速性。C6，C7通常取值C6=C7=30pF左右。本文选用的AT89S52单片机的外部晶振频率取值为12MHz。图3.4 时钟电路3.4 信号采集与处理模块设计 信号采集与处理模块是自动变速控制系统的主要部分之一，它主要完成的功能是对泵轮转速、涡轮转速、油门开度和油泵压力等四个输入参数信号的采集与处理。输入参数是制定换挡规律的依据，因此，信号采集与处理模块设计结果的优劣将很大程度上影响整个自动变速控制系统设计的成败。3.4.1 转速信号的采集与处理 本文涉及到的速度信号主要有泵轮转速和

37、涡轮转速两种，在进行速度信号的釆集与处理前，首先应选择合适的传感器。目前，市面上销售的速度传感器型号多种多样，常用的速度传感器有磁电式、光电式、霍尔式、可变磁阻式以及多普勒式等。其中，霍尔式速度传感器由于具有无触点、输出信号幅值不变、频率相应高、长寿命、高可靠性、无自激振荡、抗电磁干扰能力强、构造简单、耐冲击等优点而得到了广泛的应用。本文选用霍尔式速度传感器进行泵轮转速和涡轮转速的信号采集。 霍尔式转速传感器是由霍尔开关集成传感器和磁性转盘组成的，在使用霍尔传感器测量转速时，首先将磁性转盘的输入轴与被测转轴相连。当被测转轴转动时，磁性转盘便随之转动，固定在磁性转盘附近的霍尔开关集成传感器便可以

38、在每一个小磁铁通过时产生一个响应的脉冲，检测单位时间内的脉冲数，便可直达被测轴的转速。被测信号无需进行模数转换，经过适当光电隔离和整形滤波后直接输入到单片机当中。 由于工程车辆工作环境恶劣，电磁噪声干扰严重，为防止工作环境中强电磁的干扰，需要对控制系统的输入信号釆用光电隔离，将电信号有效地和电磁干扰隔离。为提高输入信号的准确性，在光电隔离以后再对输入信号波形进行整形和滤波，使其转换成标准的脉冲信号。本文采用的电子元件是TLP521-1型光电耦合器件和高频施密特触发器74HC14，对信号进行光电隔离和整形滤波处理，其具体的电路图如图3.5所示图3.5 转速信号采集电路3.4.2 油门开度信号的采

39、集与处理 油门开度的大小决定了发动机输出功率和发动机转速的大小，是反映驾驶员操作意图的依据。油门开度信号的采集一般采用油门位置传感器，一般安装在油门执行器内部，它实质上是一个可变电阻器和开关的组合，当油门开度变化时，该传感器的动触点在电阻膜上移动，传感器的电阻值发生变化，从而与油门开度对应的输出电压信号也发生变化，然后再经过模数转换以后送入自动变速控制系统当中。自动变速控制系统根据油门开度的大小和其他输入信号的情况，便可确定工程车辆当时的行驶工况，以便实现在不同油门开度下有效控制自动变速箱挡位的目的。 传感器输出的电压值很小，一般先将输出电压进行整形滤波和信号放大。本文采用二阶有源低通滤波器对

40、两个模拟信号进行整形滤波，其电路原理图如图3.6所示。图3.6 油门开度信号采集电路 由于电压信号是模拟信号，单片机不识别，再输入到单片机之前应首先进行模数转(A/D转换)。目前市面上销售的A/D模数转换器种类多种多样，主要有逐次比较式A/D转换器、V/F交换式A/D转换器和双积分式A/D转换器等。 本文中需要进行模数转换的模拟输入量有两个，所以选用National半导体公司生产的多输入模数转换器ADC0809进行输入信号的模数转换，ADC0809是一种CMOS材料的八位逐次比较式A/D转换器。它具有8个通道的模拟量输入线，可以在程序控制下对任意通道进行A/D转换，从而得到8位二进制的数字量。

41、图3.7 ADC0809管脚图 如图所示。ADC0809共有8个模拟量输入端IN0IN7，ALE选择信号端将3位地址线ADD-A、ADD-B、ADD-C进行锁存，然后由译码器选通8个输入中的一个进行A/D转换。ADC0809的时钟频率一般取500KHZ，而AT89S52单片机的时钟频率为12MHz，由于ADC0809内部无时钟电路，因此，必须将单片机的时钟频率经过分频器分频后接到ADC0809芯片的CLOCK引脚上。AT89S52的ALE引脚输出的脉冲频率是单片机的六分之一，所以本文选择的分频方法是将ALE端口的输出脉冲信号经过两个D触发器进行四分频以后，再输入到ADC0809当中。从而得到A

42、DC0809的工作时钟频率:(3.1) 选用ADC0809的IN0和IN1两个端口作为油门开度信号和工作油泵压力信号的输入端口，使用单片机AT89S52的P2.0P2.2端口作为ADC0809模数转换器3位地址线ADD-A、ADD-B、ADD-C的输入端，以此来选通输入信号的端口，选用P2.3、P2.4、P2.5分别作为ADC0809转换结束信号端EOC、启动转换信号端START、允许输入信号端ENABLE的单片机控制端口，其硬件电路图如图3.8所示:图3.8 AD转换电路3.4.3 工作油泵压力信号的采集与处理 工程车辆在作业工况时，其发动机的输出功率的很大一部分都传送给工作油泵，以此来驱动

43、工作装置进行作业，且其实际消耗的功率并不是一个定值，而是随着作业工况的不同而不同，最高时占到发动机功率的60%所以在设计自动变速系统时应该考虑工作油泵实际消耗的功率。本文采用压力传感器来测量工作油泵压力，将压力传感器安装在油泵的出口处，当工作油泵工作时，液压油在液压系统的作用下产生压力，并将其作用在出口处的传感器上，传感器将压力转变成电压信号输出，输出信号一般很小，需进行整形滤波和信号放大，然后经过A/D模数转换器以后将模拟信号转换成数字信号输入到单片机中。压力传感器输出的电压模拟信号转变成数字信号的过程和油门开度的一样，使用ADC0809模数转换器的IN1口作为模拟量的输入端口，经过模数转换

44、器后变成数字量，此处不再详细介绍其过程。硬件电路图如图3.8所示。3.5 输出控制模块设计 输出控制模块是自动变速控制系统的重要组成部分之一，其性能的好坏将很大程度上影响换挡的准确实现。该模块完成的主要任务是将单片机输出的控制信号通过光电隔离以后进行信号放大以驱动换挡电磁阀进行挡位的变换。本文设计的输出控制模块主要实现前进挡和倒挡的控制，分别选用单片机的P0.0和P0.1端口作为前进挡和倒挡的控制端口，因单片机输出信号比较微弱，不足以驱动电磁阀工作，所以需要在电路中加入电流放大器，使输出信号增强。设定工程车辆有四个前进挡和四个倒挡，分别选用单片机的P0.2、P0.3、P0.4和P0.5四个端口

45、控制前进挡和倒挡中的1挡、2挡、3挡和4挡。下面以1挡为例解释其具体的硬件电路图，如图3.9所示:图3.9 输出控制电路 硬件电路工作原理:当单片机P0.2端口输出高电平时，光电隔离器件TLP521-1处于截止状态，换挡执行机构中的电磁阀断开。当单片机P0.2端口输出低电平时，TLP521-1处于导通状态，且有微小的电流通过，通过电流放大器的信号放大作用后输出强电流，驱动换挡执行机构中的电磁阀闭合，换入一挡。此过程中由于电磁阀断电以后会产生很高的反电势，如果不把此电势抵消，可能会击穿电路放大器或者电磁阀等器件，所以在硬件电路中引入了保护电路，在电磁阀两端并联了一个二极管，利用二极管将反电势消耗

46、掉。 需要注意的是，同一时刻车辆只能处在前进挡的一个挡位或者倒挡的一个挡位，所以控制端口 P0.0和P0.1不能同时处于低电平，挡位端口 P0.2、P0.3、P0.4以及P0.5同样只能有一个为低电平。3.6 挡位显示模块设计 挡位显示模块的主要功能是通过显示器及时的显示出工程车辆所处的挡位，方便驾驶员了解工程车辆的工况。LED以其价格低，寿命长，对电压、电流的要求低以及容易实现多路等优点，被广泛的应用于各种仪器仪表当中。LED由7段发光二极管组成的，有共阴极和共阳极两种接法以及静态和动态两种显示方式。其引脚结构如图3.10所示。图3.10 数码管引脚图 如图所示，可以通过控制发光二极管的a，b，c，d，e，f，g，dp各点和公共点的亮暗来组合显示不同的数字(dp点是来表示小数点，在显示数字中不起作用)。 本文选用一个静态显示方式的共阴极LED显示器来显示工程车辆所处的挡位，通过单片机的P0.0P0.7的8个端口链接一个74HC573锁存器来驱动LED显示器的8个引脚。其硬件电路图如图3.11所示:图3.11 数码管显示电路3.7 挡位选择模块