电控机械式自动变速器控制系统的研究.pdf

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1、书书书第!卷!第#期#$%年&月传 感 技 术 学 报()*+,+-./0*1 2.3,+*,.0,1*4 1 5/1 5.0,6 7 8 9!*7 9#-:;9#$%!#$%&(&)&*!%+,-&./#&-0 ,$1,2 3 0 4 2 0*5)0 +-4+4&!#$%&()*!+,-&./(0&/1 2%3 4 5&31/(&/%5&/(6*2 2%(%!7./8 9./#/&:%5 8&4;!%&$&$!6 9&/.#/6+)0 2$()*+,-*./,.0 1-2 3 0-4*5-2 6,3 6 6 3+23 67-6./+2,.0 1-2 3 0-4*5-2 6,3 6 6 3+2

2、 8 9*0-25.-4 3:.*1.+;*3 .2?5-2 6,3 6 6 3+2-2/2=3 2.!-2/+7*-3 2*1.+;*3,),A).4.0+2+,B-2/;+.5 8?1 3 6;-;.5 3 2*5+/)0.6*1.+5 C;5 3 2 0 3;4.+A(D?!-2-4 B 6.6 3*6.4.0*5+2 3 0 0+2*5+4 6 B 6*.,!-2/5.6.-5 0 1.6 3*6 0+4 -5.;-5*3 6=3 F.2 87,%8&)$+$(D?%0+2*5+4 6 B 6*.,%6.2 6+5 6%H I9 9/($:;=9%:;=电控机械式自动变速器控制系统的研

3、究侯培国!韩向芹 燕山大学 电气工程学院!河北 秦皇岛$&$#收稿日期!#$J#J作者简介!侯培国!J&?A!文献标识码!/!文章编号!?=B C D E D=B#=C=D A C=E!当前在常见的自动变速车辆上!所采用的自动变速技术主要有两种!一种是液力自动变速器!称为(?%另一种是机械式无级变速器!称为H L?(?技术虽然很成熟!但是效率低&成本高%而H L?加速性好&燃料经济性高!但存在启动性差&制造困难&维修成本过高等不足随着自动变速器技术的发展!其结构和性能不断完善!出现了电控机械自动变速器!它能实现变速器与发动机的最佳匹配!并可获得最佳经济性&动力性?!电控自动变速器的工作原理电控

4、机械式自动变速器(D?#!是在原有的手动变速箱主体结构的基础上!通过加载微电脑控制的电动装置!取代原来由人工操作完成的离合器的分离&接合及变速器的选挡&换挡动作!实现换挡全过程的自动化(!)(D?继承了齿轮传动固有的传动效率高&机构紧凑&工作可靠等优点!并可以实现手动和自动两种模式选择!因此有较强的可靠性和适应性电控自动变速器的工作原理是$通过节气门传感器&车速传感器将节气门开度&车速转变为电信号!输入电脑!电脑根据这两个信号和其它有关的信号确定换挡时机!输出换挡电信号!控制换挡电磁阀动作!再通过换挡阀和换挡执行机构实现自动换挡换挡执行机构采用液压机构电控自动变速器的基本工作过程如图!所示图!

5、电控自动变速器的基本工作过程!电控自动变速器的控制系统各种电控自动变速系统的控制系统基本相似!主要是在传统的变速器系统上增加了电子控制系统!它实际上包括三个部分!即传感器系统&电子控制单元 H I#和执行机构传感器系统主要是测试车辆的运行状态!例如变速器的输入*输出转速&当前的挡位状态&油门开度等!将汽车行驶的有关状态信息的机械量转变为电信号!以便后面的控制电路接受%电子控制单元主要功能是接收传感器检测到的汽车行驶状态信息和驾驶员给出的干预信息!并进行比较运算!再按照某种规律发出指令!自动控制传动系统工作%执行机构由各种电磁阀及气缸构成!可以实现控制算法发出的各种控制命令 8?!传感器系统各控

6、制参数主要由传感器系统采集与检测传感器系统一般包括车速传感器&节气门位置传感器等!用来检测车速&节气门开度及其它一些状态信号在电控机械式控制系统中!节气门开度用节气门位置传感器!车速常用磁感应式&霍尔式&光电式车速传感器等节气门位置传感器用来传感发动机节气门开度的大小!并以电信号的方式传输给 H I节气门传感器是一个线性电位器!电路原理和输出特性如图#所示(#)!它的中心触点对地之间的电阻大小正比于节气门的开度L0端子上一直加有%L的定电压!而动触点则依照节气门的开度在电阻体上滑移!由此在L?(端子上就会有与节气门开度成比例的电压输出 H I将这一电压信号转化为节气门开度指数!计算出节气门开度

7、百分比当节气门全闭时!检测怠速状态的动触点使9 M G#两个端子导通!从而输出怠速状态信号在汽车自动变速器的电子控制系统中!输入电子控制单元的有两个车速信号!一个来自位于仪表盘车速表处的!号车速传感器!一个来自变速器延伸外壳输出轴处的#号车速传感器通常情况下!自动变速器的换挡时间取决于#号车速传感器所提!图#!节气门传感器的电路与输出特性供的车速信号!而!号车速传感器的输入信号!仅用作判断#号车速传感器的输入信号是否正确常见的#号车速传感器为磁电式!传感器安装在变速箱后壳体上!用以感应输出轴转速的大小!即车速的大小速度传感器由安装在变速箱输出轴上的齿轮和安装在后盖上与之相对的磁性探头组成变速箱

8、输出轴的旋转使传感齿轮的各个齿不断地通过磁性探头顶端形成磁场!从而在磁性探头的线圈中感应出一个个电脉冲输出轴转动一圈所产生的电脉冲信号数量!因不同的设计而异根据在规定的时间里传给 H I的脉冲数!H I便可计算出输出轴转速的大小即车速的大小!号车速传感器常见的有磁感应式和光电式两种无论是磁感应式还是光电式车速传感器!所发出的电脉冲频率都将随汽车的行驶速度变化而变化信号频率!即在固定时间内所发出的电脉冲数!就代表了汽车的行驶速度 8 !电子控制单元电控自动变速器的电子控制单元由电源&中央处理器与存储器&输入电路及输出电路等部分组成(K)!如图K所示 H I是变速操纵系统的控制核心!可 采 用 了

9、9 2*.4公 司 的 第 四 代!&7 3*单 片 机NJ#第#期侯培国!韩向芹等 电控机械式自动变速器控制系统的研究 N H!J&H(作为微处理器!以保证实时处理速度!并能使系统升级和功能扩展()图K!电子控制单元!#输入电路节气门位置传感器输出的模拟信号!通过H O滤波器滤波后再输入到模拟开关中通过模拟开关所选择的输入信号!经P Q放大器进行电压仿真降低其阻抗后再传送到H Q I内的(*M转换器中一般在模+数转换时!多半都要求高分辨率和高精度!所以需采用精度高的!#7 3*(*M转换器(*M转换时间必须要充分考虑相应输入信号的变化速度对数字 脉冲#信号!需要通过输入电路!使之转换为微机能

10、处理的信号如转速信号等是通过波形整形电路消除噪音并电平幅值变换后?G#再输入到微机里$中央处理器与存储器H Q I是 H I中的核心部分!其主要功能主要包括接受反映驾驶员驾驶意图的信号%实时采集并处理各种传感器输入信号和各执行机构的动作反馈信号%完成各种控制运算和过程控制!运行各种功能软件%驱动各执行机构动作!实现自动变速操作本文所采用的 N H!J&H(单片机属于DH R J&微控制器的一种!是9 2*.4公司专门为车辆控制系统设计的工业级!&7 3*单片机!适用于引擎控制&安全气囊&悬架系统&防抱死系统等高速实时控制场合其存储器便于应用高级语言编程&大容量程序的场合!非常适用于自动变速器这

11、样比较复杂的控制系统%输出电路微机的输出信号是$%L范围的低电平数字信号!不能直接用来驱动执行器所以需要通过必要的输出电路!将微机的输出信号变换成能驱动执行器的信号因此!输出电路的功用是对微机输出的信号进行放大!并进行M*(变换!使之转换成驱动执行器的信号输出到换挡电磁阀的信号用于最终实现进行换挡操作输出到显示器挡位信号用于显示系统状态!以便使驾驶员了解当前的挡位&以及车辆故障等 8;!执行机构执行元件一般由K个电磁阀构成!根据 H I的控制信号而开闭油路 H I通过控制!号和#号两个电磁阀的通&断电!来控制油路的通&断!使各换挡阀动作而变换挡位K号电磁阀用来控制液力变矩器内锁止离合器的结合与

12、分离%号电磁阀是(?增设的电磁阀!它可控制各蓄压器的背压!也就是控制各离合器和制动器油缸的油路接通速度!降低换挡时的冲击!使换挡更平顺当变速器工作时!微机根据来自传感器的信息进行演算&判断&处理!发出控制指令以控制油压控制装置的个电磁阀!因此需要控制暖冲离合器和变速机构变速时根据湿式离合器&制动器的油压调节!使运转状态或变速换挡圆滑油压的大小及其变化程度是根据变速状态 升挡&减挡!手动换挡等#和节气门开度大小来决定微机是以频率为K%S:的占空比信号控制电磁阀!由此改变油压的大小!并通过此油压驱动压力控制阀;!控制程序的设计软件设计是整个控制系统的核心!控制系统的发展趋势是简化硬件结构&丰富软件

13、功能!从而提高J#传!感!技!术!学!报#$%年系统可靠性和智能化!并有利于系统功能的扩展(%)根据设计方案!按照模块化设计思想!软件设计要兼顾各控制模块的实现和控制系统总体的需要控制系统软件具有数据采集处理&自动换挡控制&通讯&人机交互和强制挡保护等功能主要包括信号输入程序&离合器和变速器的控制程序&挡位判别程序&故障诊断程序&起步&换挡中控制参数表和换挡规律数据表以及其他辅助程序等!见图所示图!控制程序基本流程图!在实际控制时!换挡规律是以数据表的形式存放在 H I的O PD中在汽车运行过程中!根据当前的运行工况经查表确定是升挡还是降挡图所示采用液力变矩器的自动变速器控制程序基本流程图 H

14、 I通过发动机转速和变矩器输出轴转速的中断处理进行变矩器的控制&变速处理以及故障自诊断等E!结束语电子控制自动变速器是微电子技术与现代控制理论在车辆传动系统中应用的典型实例电子控制自动变速器的使用有效地改善了车辆的动力性&经济性&操作方便性和乘坐舒适性!有效地减小了换挡冲击!减轻了传动系载荷但由于控制量多!控制部分的实现难度相对比较大目前多应用于部分低挡轿车&重型车辆和商用车上参考文献!(!)!汉强8汽车自动变速器讲座(T)8汽车使用技术!#$K!8(#)!林学东8现代汽车动力传动装置的控制技术(D)8北京$北京理工大学出版社出版!#$K 8(K)!龚培康8汽车变速系统的控制(T)8重庆工业管理学院学报!J J N!&8()!程军8 9 2*.4$H!J&单片机应用实践与H语言开发(D)8北京航空航天大学出版社!#$!8(%)!朱振宇8工程车辆自动变速器Q 9 H单片机控制系统设计(T)8建筑机械!#$K!#8JJ#第#期侯培国!韩向芹等 电控机械式自动变速器控制系统的研究