一種AMT自動(dòng)換擋變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0 引言

　　隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，節(jié)能環(huán)保，低排放，高效舒適，不可質(zhì)疑地被推為汽車設(shè)計(jì)首要指標(biāo)。在各種類型的自動(dòng)檔變速器中，電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automated Mechanical Transmission，以下簡(jiǎn)稱AMT)，具有傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、易于制造、工作可靠及操縱方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是其省油的特點(diǎn)適合于我國(guó)大、中巴與載重車應(yīng)用。比其它自動(dòng)檔變速器節(jié)油9％以上。本文介紹一種以Freeseale(飛思卡爾)MC9S12DJl28MW為核心的嵌入式AMT系統(tǒng)。

1 AMT自動(dòng)換擋變速系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　該系統(tǒng)是一種集機(jī)械、電子、液(汽)壓為一體的自控系統(tǒng)。由信號(hào)采集單元采集發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)、車輛行駛速度狀態(tài)、油門狀態(tài)、剎車狀態(tài)等。集成電子控制單元相對(duì)各信號(hào)源進(jìn)行分析、處理、并發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。匹配過(guò)程簡(jiǎn)單，并能在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排放的要求下很好的與整車同時(shí)滿足氣體排放要求。始終使整車性能處于最佳狀態(tài)，具有機(jī)械繼承性強(qiáng)，傳動(dòng)效率高，燃油經(jīng)濟(jì)性高，操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該系統(tǒng)還有自我診斷功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)顯示故障信息代碼，提示駕駛員的注意，便于維護(hù)人員進(jìn)行修理。

2 AMT自動(dòng)換擋變速器系統(tǒng)組成及工作原理

　　2．1 組成

　　AMT自動(dòng)換擋變速系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的固定式的變速箱和干式離合器的基礎(chǔ)上，加裝相應(yīng)的電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)，傳感器，電子控制單元等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示，AMT自動(dòng)換擋變速系統(tǒng)包括：MCU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；信號(hào)采集系統(tǒng)(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等)；選擋換擋執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；離合器執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；油門執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；LED顯示。

　　2．2 工作原理

　　利用微處理器接收傳感器傳遞的各種與變速有關(guān)的數(shù)字信號(hào)，由微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、分析，與處理器內(nèi)部已存儲(chǔ)的變速器換擋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷出最適合當(dāng)前狀況的擋位，發(fā)出換擋指令，并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)(氣動(dòng))執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)增、減擋，以滿足汽車不同道路、不同功率情況下的行駛要求。

3 MCU數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　電子控制器MCU是AMT控制單元。選擇合適的MCU是AMT系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵，它必須能適應(yīng)各種復(fù)雜監(jiān)控系統(tǒng)的要求，如實(shí)時(shí)性、低功耗、快速數(shù)據(jù)處理、集成數(shù)模外設(shè)功能、集成CAN總線接口，還需集成充足的Flash或RAM供程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以簡(jiǎn)化電路、提高系統(tǒng)的可靠性。另外它還要具有低成本和惡劣環(huán)境下的適應(yīng)性。在綜合比較了當(dāng)前業(yè)界流行的多款MCU，如ATM89系列、MCS-96系列及Freescale HCSl2系列后，終選擇了Freescale HCl2系列的嵌入式MC9S12DJl28M 16位單片機(jī)。

　　MC9Sl2DJl28M 16位單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：

　　(1)16位S12CPU：20位ALU，指令隊(duì)列。

　　(2)存儲(chǔ)器128K FLASH，2K EEPROM，8K RAM。

　　(3)2個(gè)8通模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，10位精度。

　　(4)3個(gè)1 Mbps的CAN總線模塊，兼容CAN2．OA／B。

　　(5)16位計(jì)數(shù)器，8個(gè)可編程輸入捕捉或輸出比較通道，4或8位2個(gè)16位脈沖累加器。

　　(6)8個(gè)PWM通道。

　　(7)2個(gè)異步串行通信接口SCI，2個(gè)同步串行設(shè)備接口SPI。

　　(8)多主I2C總線模塊，兼容I2C總線標(biāo)準(zhǔn)。

　　(9)背景調(diào)試模式BDM。

　　(10)邊界掃描測(cè)試協(xié)議JTAG。

　　由上可見(jiàn)16位處理器不僅擁有強(qiáng)大的運(yùn)算功能及低功耗，同時(shí)它還擁有著控制系統(tǒng)所需要的豐富模擬、數(shù)字外設(shè)和各種模式接口，集成電路互聯(lián)總線。另外可通過(guò)BDM調(diào)試器對(duì)目標(biāo)板MCU的Flash存儲(chǔ)器寫(xiě)入、擦除，應(yīng)用程序下載，在線動(dòng)態(tài)調(diào)試。

　　硬件設(shè)計(jì)中，外圍器件盡可能選用成熟的汽車專用件。充分利用單片機(jī)豐富的互聯(lián)接口以簡(jiǎn)化硬件線路提高可靠性，為適應(yīng)汽車所處各種惡劣環(huán)境，降低成本。如圖1所示I2C口聯(lián)接EEPROM。CAN口聯(lián)接LED顯示，SPI口聯(lián)接開(kāi)關(guān)量功率模塊，PWM口聯(lián)接電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率模塊。較為典型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，每個(gè)模塊驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖2所示，MCU與電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率模塊BT78l聯(lián)接，ANl4、ANl5檢測(cè)模塊工作狀態(tài)。MCU管腳PA6、PA7配合PT3、PT7控制電機(jī)M的轉(zhuǎn)向，PT3或PT7產(chǎn)生PWM方波信號(hào)改變占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，調(diào)控油門或離合器行程。

4 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為CodeWarrior。是Freescale(飛思卡爾)公司研發(fā)的面向Freescale MCU應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟件工具，其功能強(qiáng)大，支持匯編、C，C++等多種語(yǔ)言。本系統(tǒng)使用C開(kāi)發(fā)。

　　系統(tǒng)軟件模塊包括：系統(tǒng)參數(shù)配置模塊、控制策略模塊、監(jiān)控及故障提示模塊、CAN通訊及LED顯示模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。程序流程圖見(jiàn)圖3。

5 AMT自動(dòng)換擋變速系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　AMT自動(dòng)換擋變速系統(tǒng)簡(jiǎn)化了操作，對(duì)駕駛技術(shù)要求降低，提高行車安全性；可在普通機(jī)械變速箱上進(jìn)行改造，生產(chǎn)制造繼承性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維護(hù)維修成本低、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，適合中國(guó)國(guó)情；合理的換擋點(diǎn)使發(fā)動(dòng)機(jī)沖擊小，傳動(dòng)效率、乘坐舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性得到提高。

6 結(jié)論

　　AMT自動(dòng)變速系統(tǒng)能使汽車起步、增減擋平穩(wěn)，在行駛中能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋，簡(jiǎn)化駕駛操縱，增加行駛安全，有效降低駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，符合國(guó)際汽車技術(shù)向電子化、智能化、人性化的發(fā)展方向，是集機(jī)械、電子、液壓于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。