您現在的位置：中國傳動網 > 技術頻道 > 技術百科 > 基于FREESCALE單片機的自動變速箱控制器設計

基于FREESCALE單片機的自動變速箱控制器設計

時間：2013-06-05 15:29:36來源：代等,胡峰,聞晶,李

導語：?鑒于我國車輛行業的快速發展，開發了一款自動變速箱的控制器；以9S12X系列控制器為主體，產生PWM信號，控制自動變速箱的換擋；控制器由輸入模塊、輸出模塊以及通信模塊3個大部分組成。輸入模塊由速度采集模塊，溫度采集模塊、位置采集模塊組成。輸出模塊由電磁閥模塊組成，用于控制換擋和換向輸出。通信模塊，采用SCI串口發送相關信息到上位機，進行程序監控；采用SAE J1939協議，使整車控制器與變速箱進行通

0 引言

隨著我國汽車保有量和維修量的增加。自動變速箱再制造業逐漸發展起來。2000年以來，我國自動變速箱汽車開始大量引進和生產。目前，自動變速箱的汽車保有量在400萬以上。考慮到我國使用自動變速箱的新車多，舊車少，再制造按汽車保有量的1.5%來計算，需求量也在6萬臺以上。自動變速箱市場需求旺盛，再制造產業發展非常大。本控制器就是為自動變速箱再制造開發的。

電磁閥是自動變速箱最重要的部件之一，是變速箱換擋的重要元件。換擋控制準確程度與電磁閥的動作密切相關。和VCU進行通信，得到的換擋參數，對換擋時機起著至關重要的作用。

1 系統結構及工作原理

該系統具有6路獨立輸出電磁閥控制通道，由輸入模塊、輸出模塊以及通信模塊等部分組成。系統結構如圖1所示。

圖1 系統功能框圖

該系統是針對變速箱電子控制單元設計的，TCU通過CAN總線與ECU進行通信，通過傳感器獲得當前變速箱的狀態，如位置、速度、溫度。變速箱的換擋則是通過單片機輸出PWM從而控制電磁閥，達到相關液壓控制閥的油路的改變，來實現執行部件的工作。串口則將相應的信息顯示到上位機。

2系統硬件設計

本系統硬件部分由控制模塊和驅動模塊組成。控制模塊產生PWM信號，接收CAN發送過來的信息、接收來自傳感器的信號、采樣電流。驅動模塊將控制信號放大控制電磁閥動作。信號處理電路用來將傳感器采集的信號變換為單片機能接收到的信號。

2.1主芯片選型

S12X系列的總線頻率最高到50MHz，具備完全的CAN功能，中斷處理能力較HCS12系列的有所改進。XEP100有117個中斷源，可以訪問最多8M的全部內存空間（片內和片外）。S12X中的XB、XD和XS家族總線頻率最大為40MHz，XE家族為50MHz，而S12核的絕大多數的總線頻率最大為25MHz。
XEP100擁有8路PWM輸出，5個獨立的can控制器模塊、2個16通道最高精度可達12位精度的AD轉換模塊，另外一個ECT增強型時鐘增強模塊。

2.2傳感器接入硬件電路設計

在變速箱的速度傳感器都是選用的霍爾傳感器。為此所設計的速度傳感器接入電路如圖所示。該電路的功能為，調理傳感器輸出的信號，并使該電路設計能適應較多種類的傳感器。

圖三速度傳感器硬件電路圖

圖五速度傳感器信號

2.3 CAN總線接入硬件電路設計

由于CAN控制器只是協議控制器，不能提供物理層驅動，所以CAN節點物理上要通過一個收發器與CAN總線相連。每個CAN模塊有發送和接收兩個引腳。這里我們選用PHILIPS公司的TJA1050收發器。在電磁干擾弱的環境下，隔離電路可以省略，這樣CAN控制器與CAN收發器相連。在本電路中所設計的電路圖如圖所示：

圖六 CAN模塊接入電路

2.3 電磁閥接入硬件電路設計

圖七電磁閥接入電路原理圖

TCU根據ECU發給TCU的CAN信息以及傳感器的信號采集，并通過控制命令輸出pwm脈沖，驅動電磁閥，電磁閥控制液壓控制閥的端口的油壓，從而改變相關油路的通斷，用以控制最終的執行部件。用傳感器測得位置、速度等的信息，以及A/D轉換采集得來的電壓，調整PWM的占空比，最終達到控制設定值。

3 軟件設計及實驗結果

變速箱電控單元主程序圖

在該軟件流程圖中，TIC正常工作包括電磁閥工作時的電流檢測，此時電流監測通過A/D采樣采樣電阻得到。在換擋過程中，VCU通過CAN總線，使用SAE J1939協議與變速箱電控單元進行實時通信，通過存儲在flash中的換擋規律，驅動電磁閥，從而進行相應的換擋操作。由于XE系列單片機為雙核單片機，但是其是主從式，從cpu處理中斷，然后將結果返回給主cpu，當然，主cpu也可以獨立處理中斷。在程序設計時，為了保證實時性，利用中斷發送和接收CAN幀。

表一空載條件下速度為650r/min的實驗數據

輸入扭矩(N.m)	輸入轉速(r/min)	輸出扭矩(N.m)	輸出轉速(r/min)	油底殼溫度(C)	出口油溫(C)	主油壓(Mpa)	潤滑油壓(Mpa)	出口壓力(Mpa)
209	653	46	758	283.3	32.1	0.57	0.02	0.43
209	653	46	758	283.4	32.1	0.57	0.02	0.43
209	653	46	758	283.4	32.1	0.57	0.02	0.43

以上表格內容為大功率電機帶動的通過TCU進行控制的變速箱的試驗結果。其間有測扭儀和相應的監測設備。

4結束語

本系統以MC9S12XEP100為MCU．為某公司變速箱開發了一款大功率液力自動變速箱開發了一款控制器，并計劃在后年投入生產。該控制器產生8路占空比可調、占空比上升延時時間和下降遲滯時間可調的PWM信號。PWM信號的占空比可以從0％到99％以步長1％調．該系統采用SAE J1939協議和ECU進行通信，該協議可靠性和實時性，均能達到工程車輛實時通信的要求。目前，國內對大功率達到350kw的液力變速箱研究尚屬空白，希望本文對大功率自動變速箱電控部分的開發起到一定參考作用。成型PCB板如圖所示。

參考文獻

[1] 趙強，謝峰，余天明.汽車自動變速箱的發展現狀及其技術趨勢[J].機械：綜述。2012,12（37）
[2] [德]Jorg Schauffele,Thomas Zurawka 著。張聚等譯.汽車軟件工程--原理、過程、方法、工具[M]。北京：電子工業出版社，2008.
[3] 史文庫主編.現代汽車新技術（第一版）[M]。北京：國防工業出版社，2008.8
[4] Ronald K. Jurgen主編。魯植雄等譯.汽車電子手冊（第二版）[M]。北京：電子工業出版社，2010年3月

代等（電子科技大學郵編：611731 電話：15828067451，聯系地址：四川成都電子科技大學清水河校區碩士17棟）

標簽：