汽车无级变速(CVT)控制系统中的应用

1MC68HC912DG128A单片机在汽车无级变速（CVT）控制系统中的应用摘要本文论述了基于MC68HC912DG128A单片机的汽车无级变速（CVT）控制系统系统的设计和研制。1引言车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器及变速器与发动机的匹配。在汽车上使用的自动变速器大致有三类：液力自动变速器（AutomaticTransmission，AT）、电子控制机械自动变速器（AutomaticMechanicalTransmission，AMT）和金属带式无级变速器（ContinuouslyVariableTransmission，CVT）。前两种变速器都是有级或分段无级自动变速，无级变速器CVT避免了齿轮传动比不连续的缺点，具有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便、可使汽车行驶过程中经常处于良好的性能状态、可改善汽车排放和降低燃油消耗等特点，真正实现了无级变速。我国的汽车工业与发达国家有较大的差距，通过研制无级变速（CVT）控制系统对缩小差距和世新纪发展我国民族汽车工业都具有十分重要的意义。无级变速（CVT）控制系统是现代汽车的一项关键技术，它对整车的安全高效运行是非常重要的。我们研制无级变速（CVT）控制系统由传感器、MC68HC912DG128A单片机系统、LCD显示屏、无线MODEM、CAN模块和输出模块等装置组成。该系统装备于东风汽车公司开发的轻型客车EQ6480，促进我国CVT的发展。2控制系统的硬件和软件设计2本课题所研究的V型金属带传动无级变速器，其变速部分由主动轮组、V型金属带和被动轮组成（图1）。每个带轮都由两个带有斜面的锥盘组成，其中一个锥盘是固定的，另一个锥盘通过单片机输出模块控制液压阀使其移动达到变速的目的。2.1CVT控制系统原理图CVT控制系统硬件框图如图2所示。系统主要是由MC68HC912DG128A单片机系统、脉冲输入捕捉电路、模拟量输入电路、I/O量输入电路、PWM电磁阀驱动电路、LCD显示电路、CAN接口等电路组成，另外还有电源电路，通讯电路等。对发动机转速、CVT输入和输出转速的测试，我们采用霍耳传感器，传感器输出的脉冲信号经处理后，输入到捕捉定时器，算出各转速。节气门（油门）开度传感器，我们采用霍尔线性传感器，通过采样电路进入A/D转换器。在I/O输入信号中，档位信号代表驾驶员挂的档，其中D-前进档；N－空挡；R－倒档；P－锁止档；M（保留）。程序选择器用来选择CVT不同的控制模式：经济模式、动力模式和普通模式。在控制过程中，系统根据得到的档位，接合相应的离合器，然后对输入信号采集和处理，根据控制策略计算得到相应的传动比，然后，通过PWM控制液压图1CVT结构图1输入轴2行星架3倒档离合器4前进离合器5从动轮固定锥盘6从动轮可动锥盘7从动轮齿轮8惰轮9输出轴10金属推力带11主动轮固定锥盘12从动轮可动锥盘13外行星齿轮14内行星齿轮发动机转速传感器CVT输入转速传感器CVT输出转速传感器脉冲输入油门开度传感器制动踏板传感器离合器位置传感器机油温度传感器模拟量输入档位选择（DPRNM）自检开关程序模式选择开关数字量输入MC68HC912GP128A单片机系统捕捉A/DI/0倒车离合器前进离合器主动油压阀脉冲输入被动油压阀PWMLCD显示屏320＊240显示驱动1335I/0SCI0接口SCI1接口CAN接口无线MODEM笔记本PC仿真和编程等整车控制器SCI0SCI1CAN3阀，输出相应的主从动缸油压，使CVT实现无级变速。图2CVT控制系统硬件原理图2.2CVT控制系统软硬件设计·模拟量数据采集通过对各传感器信号进行处理，使其成为0至5V的电压量，利用MC68HC912DG128A的A/D口，定时采集和查表，将传感器信号转换成数字量，供计算、判断用。查表的目的是消除非线性误差和提高处理速度。在软件编程中，将广泛应用查表法。·车速、发动机转速、和CVT转速的测量和计算车速、发动机转速、和CVT转速传感器是霍尔开关脉冲式，MC68HC912DG128A的TIM接口感应转速，其中车速的计算公式为：rinV02.1式中：V──车速[Km/h]n──传动轴转速[r/min]i0──主传动比r──车轮半径[m]·LCD液晶屏显示由1335等芯片和LCD液晶屏组成显示模块（图3所示），利用MC68HC912DG128A的PA和PB口，显示各种数据、曲线和无线MODEM的状态。图3LCD接口电路·湿式离合器Fuzzy控制模糊逻辑控制技术是一种设计、优化和相对易于实现较复杂系统的有效方法，是一种低成本高附加值的智能控制途径。PB0-PB2PA0-PA768HC912DG128A单片机1335LCD控制器LCD液晶屏(320*240)4湿式离合器的模糊控制就是将驾驶员的经验形成语言规则，利用68HC12的Fuzzy功能，在实时工况下选择合适的语言变量和控制参数来实现对离合器的合理控制。·硬件在环仿真系统控制器制作完成后，一般并不能直接上车使用，需要大量的调试工作。硬件在环仿真是一条有效的调试手段（图4所示）。我们在PC机上开发了一个单片机集成调试环境，包括友好的人机界面、与单片机的通信模块、控制过程的显示及系统的性能分析模块等。同时也要为单片机编写相应的串行口通信和命令服务程序。设计在线编程软件就可随时将更新的控制算法和控制参数下载到单片机的Flash中执行，反映控制过程及系统性能的数据亦通过串行口采集到PC机中进行处理。··无线Modem无线Modem的最大特点是无线传输，利用无线传输，可实现软件远程升级、远程监控和故障诊断、E－车概念和整车集成控制系统，见图5。PTR2000无线Modem的DI接单片机串口的发送，DO接单片机串口的接收。用单片机的I／O控制模块的发射控制、频道转换和低功耗模式。如果直接接计算机串口，可以用RTS来控制PTR2000无线Modem的收－发状态转换（RTS需经电平转换）。控制器输出接口输入接口单片机SCI口PC机（单片机集成调试环境）串口被控对象执行器传感器图4硬件在环仿真系统68HC912DG128A单片机系统（CVT控制器）无线MODEMTXDRXDVSSPC机（CVT动力学模型与计算）无线MODEMI/O5图6CAN总线示意图·CAN接口设计和在线编程MC68HC912DG128A单片机有两个CAN控制器，由82C250组成CAN总线系统（见图6），CAN编程需要考虑的问题有CAN协议、CAN速率、CAN中断等。通过CAN软硬件研制，实现了CAN协议的调试功能。考虑MC68HC912DG128A特点，研究了单片机在线编程技术，实现了PC机和CAN总线的单片机在线编程，大大缩短了系统的开发周期。·程序流程图该系统软件由测量、判断、显示、报警和控制组成。程序框图如下页图7所示。6图7程序流程图开始初始化自检正常？LCD显示读取档位，程序控制模式，发动机转速Ne，CVT输出轴转速（车速Ua）倒车档R倒档控制程序接倒档离合器传动比ig=imax行车档D空档N传动比igNe临界转速离合器FUZZY控制，将起步加速设置值QBJS赋1QBJS=1CBNoYesYNNYYA7A读取离合器，油门，制动踏板的位置，读取CVT的输入，输出轴转速及发动机转速Ne经济模式动力模式普通模式调经济模式参数调动力模式参数调普通模式参数C算出对应油门及模式下的最佳换档转速NdQBJS=1?NeNd？起步加速控制程序转入非起步加速的其他控制模式置QBJS=0油门变化?保持传动比不变油门加大？油门减为０普通减速控制程序全减速控制程序DBC11A11ENNNYYYYYYYYNNNN8油门变化率大于0.8%缓加速控制程序急加速控制程序从控制程序中算此时的传动比ig,从油门开度，算出对应油门的最大扭矩Temax,从ig及Temax算出对应的主，从动油缸的压力PDR,PDN将算出的P1,P2转换为控制信号输出至油压控制阀控制油压传动比ig=0,P1=0,P2=0释放主动及被动油缸油压变为空档N?C11DA1ENNYY