一種AMT自動換擋變速系統(tǒng)的設計

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，不可質疑地被推為汽車設計首要指標。在各種類型的自動檔變速器中，電控機械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission，以下簡稱AMT)，具有傳動效率高、結構緊湊、成本低、易于制造、工作可靠及操縱方便等優(yōu)點，尤其是其省油的特點適合于我國大、中巴與載重車應用。比其它自動檔變速器節(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自動換擋變速系統(tǒng)簡介

　　該系統(tǒng)是一種集機械、電子、液(汽)壓為一體的自控系統(tǒng)。由信號采集單元采集發(fā)動機的工作狀態(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各信號源進行分析、處理、并發(fā)出指令，執(zhí)行機構完成相應動作，從而實現(xiàn)自動換擋。匹配過程簡單，并能在滿足發(fā)動機排放的要求下很好的與整車同時滿足氣體排放要求。始終使整車性能處于最佳狀態(tài)，具有機械繼承性強，傳動效率高，燃油經濟性高，操作簡單等優(yōu)點。同時該系統(tǒng)還有自我診斷功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時顯示故障信息代碼，提示駕駛員的注意，便于維護人員進行修理。

2 AMT自動換擋變速器系統(tǒng)組成及工作原理

　　2．1 組成

　　AMT自動換擋變速系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的固定式的變速箱和干式離合器的基礎上，加裝相應的電氣執(zhí)行機構，傳感器，電子控制單元等組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示，AMT自動換擋變速系統(tǒng)包括：MCU數據處理系統(tǒng)；信號采集系統(tǒng)(發(fā)動機轉速、車速等)；選擋換擋執(zhí)行控制機構；離合器執(zhí)行控制機構；油門執(zhí)行控制機構；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的數字信號，由微處理器對信號進行識別、分析，與處理器內部已存儲的變速器換擋數據進行比較，判斷出最適合當前狀況的擋位，發(fā)出換擋指令，并驅動電動(氣動)執(zhí)行機構，實現(xiàn)適時增、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數據處理系統(tǒng)設計

　　電子控制器MCU是AMT控制單元。選擇合適的MCU是AMT系統(tǒng)設計成功的關鍵，它必須能適應各種復雜監(jiān)控系統(tǒng)的要求，如實時性、低功耗、快速數據處理、集成數模外設功能、集成CAN總線接口，還需集成充足的Flash或RAM供程序、數據存儲，以簡化電路、提高系統(tǒng)的可靠性。另外它還要具有低成本和惡劣環(huán)境下的適應性。在綜合比較了當前業(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。

　　MC9Sl2DJl28M 16位單片機具有如下特點：

　　(1)16位S12CPU：20位ALU，指令隊列。

　　(2)存儲器128K FLASH，2K EEPROM，8K RAM。

　　(3)2個8通模／數轉換器，10位精度。

　　(4)3個1 Mbps的CAN總線模塊，兼容CAN2．OA／B。

　　(5)16位計數器，8個可編程輸入捕捉或輸出比較通道，4或8位2個16位脈沖累加器。

　　(6)8個PWM通道。

　　(7)2個異步串行通信接口SCI，2個同步串行設備接口SPI。

　　(8)多主I2C總線模塊，兼容I2C總線標準。

　　(9)背景調試模式BDM。

　　(10)邊界掃描測試協(xié)議JTAG。

　　由上可見16位處理器不僅擁有強大的運算功能及低功耗，同時它還擁有著控制系統(tǒng)所需要的豐富模擬、數字外設和各種模式接口，集成電路互聯(lián)總線。另外可通過BDM調試器對目標板MCU的Flash存儲器寫入、擦除，應用程序下載，在線動態(tài)調試。

　　硬件設計中，外圍器件盡可能選用成熟的汽車專用件。充分利用單片機豐富的互聯(lián)接口以簡化硬件線路提高可靠性，為適應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)接開關量功率模塊，PWM口聯(lián)接電機驅動功率模塊。較為典型的電機驅動模塊，每個模塊驅動一個電機。電機驅動電路原理圖如圖2所示，MCU與電機驅動功率模塊BT78l聯(lián)接，ANl4、ANl5檢測模塊工作狀態(tài)。MCU管腳PA6、PA7配合PT3、PT7控制電機M的轉向，PT3或PT7產生PWM方波信號改變占空比，實現(xiàn)電機調速，調控油門或離合器行程。

4 軟件設計

　　軟件開發(fā)環(huán)境為CodeWarrior。是Freescale(飛思卡爾)公司研發(fā)的面向Freescale MCU應用開發(fā)的軟件工具，其功能強大，支持匯編、C，C++等多種語言。本系統(tǒng)使用C開發(fā)。

　　系統(tǒng)軟件模塊包括：系統(tǒng)參數配置模塊、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、傳感器數據采集模塊、電機驅動模塊等。程序流程圖見圖3。

5 AMT自動換擋變速系統(tǒng)的特點

　　AMT自動換擋變速系統(tǒng)簡化了操作，對駕駛技術要求降低，提高行車安全性；可在普通機械變速箱上進行改造，生產制造繼承性好、結構簡單、制造容易、維護維修成本低、經濟環(huán)保，適合中國國情；合理的換擋點使發(fā)動機沖擊小，傳動效率、乘坐舒適性、燃油經濟性得到提高。

6 結論

　　AMT自動變速系統(tǒng)能使汽車起步、增減擋平穩(wěn)，在行駛中能實現(xiàn)自動換擋，簡化駕駛操縱，增加行駛安全，有效降低駕駛員的勞動強度，符合國際汽車技術向電子化、智能化、人性化的發(fā)展方向，是集機械、電子、液壓于一體的高新技術產品。