專利名稱：汽車自動變速器的電控裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電控裝置，特別涉及一種汽車自動變速器的電控裝置。
背景技術：
汽車自動變速器是汽車的核心技術之一，其電控裝置(TCU)的開發(fā)涉及到汽車、電子、計算機、自動控制和動力學等多學科、多領域的研究，同時又和發(fā)動機的控制系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系，是一個復雜的系統(tǒng)工程。目前，我國的自動變速器電控裝置開發(fā)還處于初級階段，但以產(chǎn)品的形式應用于實際車輛，目前未見相關的具體報道。本發(fā)明提出了汽車自動變速器的電控裝置的開發(fā)。通過大量的實測對比試驗驗證，結果表明汽車自動變速器的電控裝置運行平穩(wěn)，響應速度快，完全滿足自動變速器準確合理換檔的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術問題是為了解決汽車自動變速器的電控裝置能夠準確讀取車載狀態(tài)信號，并輸出信號實現(xiàn)對液力自動變速器的控制。
本發(fā)明提供一種汽車自動變速器的電控裝置，中央處理器CPU與模擬量輸入通道、脈沖量輸入通道、數(shù)字量輸入通道連接，中央處理器CPU還與數(shù)字量輸出通道、脈沖量輸出通道連接，中央處理器CPU另與電源模塊、CAN總線通訊模塊連接，中央處理器CPU控制輸入的信號，獲取汽車的狀態(tài)信息，依據(jù)內(nèi)存的換擋規(guī)律，輸出信號控制汽車的換擋。
所述的模擬量輸入通道，其輸入信號為節(jié)氣門開度信號和變速箱油溫信號。
所述的脈沖量輸入通道，其輸入信號為車速信號和變速箱轉速信號。
所述的數(shù)字量輸入通道，其輸入信號為多功能開關信號、檔位反饋信號、駐車/空檔信號、制動指示燈開關信號和換低檔開關信號。
本發(fā)明還提供一種汽車自動變速器的電控裝置的控制方法，其控制步驟如下1)開機初始化；2)讀油門信號、計算油門開度的變化率；3)是動力模式嗎？是，轉到第6)步；4)是雪地模式嗎？是，轉到第6)步；5)是經(jīng)濟模式嗎？是，轉到第6)步；6)讀取桿位、檔位、車速；7)是駐車、倒車和空檔嗎？是，轉到第2)步；8)是D桿運行嗎？是，轉到第15)步；9)是3桿嗎？是，轉到第16)步；10)是2桿嗎？是，轉到第17)步；11)是1桿；12)是1檔；13)換檔嗎？否，轉到第2)步；14)升2檔；15)是4檔嗎？是，轉到第22)步；16)是3檔嗎？是，轉到第20)步；17)是2檔嗎？否，轉到第12)步；18)換檔嗎？否，轉到第2)步；19)降1檔或升3檔；20)換檔嗎？否，轉到第2)步；
21)降2檔或升4檔。
22)換檔嗎？否，轉到第2)步；23)降3檔；本發(fā)明的優(yōu)越功效在于1)提出完整的、可行的汽車自動變速器電控裝置的開發(fā)方法和方法體系；2)中央處理器CPU采用新款高速芯片，運算精度高，容量大；3)汽車自動變速器電控裝置能夠準確讀取車載的輸入信號，輸出電路驅(qū)動功率完全滿足換檔電磁閥的工作特性；4)采用了車速和油門開度雙參數(shù)的換檔規(guī)律。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖；圖2為本發(fā)明的控制流程圖；圖3為本發(fā)明的車速和油門開度雙參數(shù)的換檔規(guī)律曲線圖；圖4為本發(fā)明的輸入脈沖量調(diào)理電路圖；圖5為本發(fā)明的節(jié)氣門開度和油溫信號處理電路圖；圖6為本發(fā)明的數(shù)字量輸入電路圖；圖7為本發(fā)明的數(shù)字量輸出電路圖；圖8為本發(fā)明的主油道壓力調(diào)節(jié)閥驅(qū)動電路圖；圖9為CAN收發(fā)器電路設計原理圖；圖10(包括圖10A和圖10B)為本發(fā)明的電源模塊電路原理圖。
圖中標號說明1-中央處理器CPU；2-模擬量輸入通道；21-變速箱油溫信號；22-節(jié)氣門開度信號；
3-脈沖量輸入通道；31-比較器LM339； 32-第一電阻R1；33-第一電容C1；34-分流電阻R2；35-第一二極管D1； 36-第二二極管D2；4-數(shù)字量輸入通道；41-光電隔離器TLP521-2；42-多功能開關信號1；43-多功能開關信號2；5-數(shù)字量輸出通道；51-光電隔離器TLP521-2；52-功率放大器ULN2803；6-脈沖量輸出通道；61-可控電源BTS621；7-CAN總線通訊模塊；71-收發(fā)器芯片PCA82C250； 72-第五十四電阻R54；73-第十三電容C13；8-電源模塊；81-三端穩(wěn)壓管7805；82-三端穩(wěn)壓管7812。
具體實施例方式
請參閱附圖所示，本發(fā)明提供一種汽車自動變速器的電控裝置，中央處理器CPU1與模擬量輸入通道2、脈沖量輸入通道3、數(shù)字量輸入通道4連接，中央處理器CPU1還與數(shù)字量輸出通道5、脈沖量輸出通道6連接，中央處理器CPU1另與電源模塊8、CAN總線通訊模塊7連接，中央處理器CPU1控制輸入的信號，獲取汽車的狀態(tài)信息，依據(jù)內(nèi)存的換擋規(guī)律，輸出信號控制汽車的換擋。
所述的模擬量輸入通道2，其輸入信號為節(jié)氣門開度信號22和變速箱油溫信號21。
所述的脈沖量輸入通道3，其輸入信號為車速信號和變速箱轉速信號。
所述的數(shù)字量輸入通道3，其輸入信號為多功能開關信號、檔位反饋信號、駐車/空檔信號、制動指示燈開關信號和換低檔開關信號。
中央處理器CPU1是汽車自動變速器電控裝置的核心部件，本發(fā)明采用Motorola公司MC9S12DP256芯片作為中央處理器CPU1。
請參閱附圖4所示，脈沖信號一共有2路，分別是車速信號和變速箱轉速信號。對于輸入脈沖量，輸入通道的設計采用先濾波后整形的處理方法。比較器LM339 32的參考電平為2.5V，它同時也是傳感器的供電電壓，由電源模塊8的VCC分壓之后得到。輸入信號在輸入LM339 32之前，首先要分流，分流電阻R2起到了減小進入比較器339 32的電流。低通濾波器由第一電容C1 34和第一電阻R1 33組成，濾掉高頻噪音干擾。第一二極管D1 35和第二二極管D2 36為鉗位二極管，將比較器LM339 32的5號輸入端的電位固定在2.5±0.7V。最后再進入比較器LM339 32進行比較，輸出有規(guī)則的方波，進入到中央處理器CPU 1的輸入捕捉口PT0，完成脈沖量的輸入。
請參閱附圖5所示，模擬量輸入信號一共有2路，分別是節(jié)氣門開度信號22和變速箱油溫信號21。對于節(jié)氣門開度信號22，在車上是通過CAN總線由發(fā)動機控制單元發(fā)送到自動變速器控制單元的，由于我們不擁有其CAN總線的應用層協(xié)議，所以直接從自動變速箱線束接口處是無法獲得節(jié)氣門開度信號22的。因此，采用在油門踏板下安裝位移傳感器獲取油門踏板位移信號，來代替節(jié)氣門開度信號。由于中央處理器CPU 1的A/D模塊的輸入阻抗很高，模擬輸入引腳漏電流僅100nA，在輸入電壓為2.5V時，相當于輸入電阻25MΩ，加上參考電壓可以在0～5V之間選擇，因此外部可以不加緩沖或放大器而直接測量滿量程在5V以下的被測信號。把2路模擬信號分別進行分壓處理，引入中央處理器CPU 1的PAD00和PAD01口。
請參閱附圖6所示，數(shù)字量輸入信號一共有12路，分別為4路多功能開關信號、5路電磁閥反饋信號、駐車/空檔信號、制動指示燈開關信號和換低檔開關信號。對于數(shù)字量輸入，采用光電隔離器TLP521-241來實現(xiàn)信號隔離和幅值轉換之后。附圖6中所示為多功能開關1 42和多功能開關2 43輸入到光電隔離器TLP521-2 41，經(jīng)光電隔離器TLP521-2 41處理后輸入到中央處理器CPU 1的PB0、PB1口，其它數(shù)字信號也采用相同的電路，輸入到中央處理器CPU 1的PB2～PB7口以及PM0～PM3口。
請參閱附圖7所示，數(shù)字量輸出信號一共有6路，分別為5路換檔電磁閥信號和換檔桿鎖止電磁閥信號。對于數(shù)字量輸出信號，在驅(qū)動電磁閥時，采用達林頓管集成芯片ULN2803 52進行功率放大，并以兩路并聯(lián)的方式輸出驅(qū)動電磁閥。附圖7中光電隔離器TLP521-2 51實現(xiàn)信號隔離和幅值轉換，PH0電壓為低，則電路導通，發(fā)光管產(chǎn)生光信號，觸發(fā)右側三極管導通，從而產(chǎn)生信號輸入到達林頓管集成芯片ULN2803 52的，而達林頓管集成芯片ULN2803 52的輸出端產(chǎn)生12V的電壓驅(qū)動電磁閥。
脈沖量輸出信號一共有2路，分別為閉鎖控制電磁閥信號和主油道壓力調(diào)節(jié)閥信號。對于這兩種脈沖量輸出，設計了不同的脈沖量輸出電路。閉鎖控制電磁閥信號輸出通道采用了與數(shù)字量輸出通道相同的設計，不同的只是中央處理器CPU 1 PWM模塊PP0口發(fā)出的信號。閉鎖控制信號由中央處理器CPU 1 PWM模塊的PP0口發(fā)出，如附圖7所示。主油道壓力調(diào)節(jié)閥信號輸出采用可控電源BTS621 61的方式來實現(xiàn)，如圖8所示。中央處理器CPU 1 PWM模塊PP1口發(fā)出控制信號，通過可控電源BTS621 61實現(xiàn)最大幅值為12V，且隨控制信號變化的電源，加在主油道壓力調(diào)節(jié)電磁閥的兩端。
在研究CAN2.0A標準和SAE J1939的基礎上，設計了相應的CAN網(wǎng)絡應用層協(xié)議和總線接口電路，并通過實驗驗證了該協(xié)議的可靠性和通訊實時性。附圖9為收發(fā)器PCA82C250 71電路原理圖。CANH和CANL通過TCU25管腳和TCU3管腳連接到物理總線上(通常使用非屏蔽雙絞線)；Tx和Rx分別為信號發(fā)送和信號接收，分別接在CAN控制器的1和4號引腳上；第五十四電阻R54 72用來控制CAN差分信號的上升和下降沿的陡峭程度，以匹配CAN速率要求，同時降低對外界的EMI干擾，第十三電容C13 73用于降低電源的脈沖紋波。
合理的供電電源模塊8設計可以為汽車自動變速器的電控裝置的工作提供有力的保障。本系統(tǒng)需要+12V和+5V兩種供電電壓等級，而車載蓄電池只提供+12V的電壓，所以電源模塊8采用三端穩(wěn)壓管7805 81和三端穩(wěn)壓管7812 82來實現(xiàn)系統(tǒng)的要求，如圖10所示。蓄電池+12V電壓通過汽車自動變速器的電控裝置第45管腳和第23管腳分別輸入三端穩(wěn)壓管7805 81和三端穩(wěn)壓管7812 82，經(jīng)過三端穩(wěn)壓管7805 81產(chǎn)生+5V給中央處理器CPU 1和其他+5V芯片供電，而經(jīng)過三端穩(wěn)壓管7812 82穩(wěn)壓的+12V則給電磁閥驅(qū)動芯片、電磁閥等供電。
系統(tǒng)軟件控制流程為采集當前汽車行駛狀態(tài)和駕駛員意圖包括當前桿位、檔位、車速、油門開度、發(fā)動機轉速等信號，判斷并選用換檔規(guī)律(如圖3所示)，輸出控制量，控制換檔電磁閥以及液力變矩器閉鎖。每次開機后程序自動開始運行，首先采集外圍信號，根據(jù)代表駕駛員意愿的變速操縱桿位置作相應處理，在P、R、N檔位時分別作駐車、倒車和空擋處理。若處于前進檔位，就要進行相應的模式判斷，是動力模式或是雪地模式，還是經(jīng)濟模式，進入相應的模式后再根據(jù)油門開度和車速兩個變量選擇進入不同相應的換檔規(guī)律。附圖3所示的換檔規(guī)律曲線圖，采用車速與油門開度雙參數(shù)，虛線為降檔曲線，實線表示升檔曲線。
本發(fā)明通過對液力自動變速器電子控制系統(tǒng)組成的分析和測試，確定了自主開發(fā)電子控制裝置的依據(jù)；從而成功進行了自動變速器電子控制裝置的硬件設計；通過液力自動變速器換檔控制策略的研究，進而實現(xiàn)液力自動變速器的各個控制功能，并在試驗臺及實車上運行通過。
權利要求
1.一種汽車自動變速器的電控裝置，其特征在于中央處理器CPU與模擬量輸入通道、脈沖量輸入通道、數(shù)字量輸入通道連接，中央處理器CPU還與數(shù)字量輸出通道、脈沖量輸出通道連接，中央處理器CPU另與電源模塊、CAN總線通訊模塊連接，中央處理器CPU控制輸入的信號，獲取汽車的狀態(tài)信息，依據(jù)內(nèi)存的換擋規(guī)律，輸出信號控制汽車的換擋。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種汽車自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的模擬量輸入通道，其輸入信號為節(jié)氣門開度信號和變速箱油溫信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種汽車自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的脈沖量輸入通道，其輸入信號為車速信號和變速箱轉速信號。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種汽車自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的數(shù)字量輸入通道，其輸入信號為多功能開關信號、檔位反饋信號、駐車/空檔信號、制動指示燈開關信號和換低檔開關信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種汽車自動變速器的電控裝置的控制方法，其特征在于該控制步驟是1)開機初始化；2)讀油門信號、計算油門開度的變化率；3)是動力模式嗎？是，轉到第6)步；4)是雪地模式嗎？是，轉到第6)步；5)是經(jīng)濟模式嗎？是，轉到第6)步；6)讀取桿位、檔位、車速；7)是駐車、倒車和空檔嗎？是，轉到第2)步；8)是D桿運行嗎？是，轉到第15)步；9)是3桿嗎？是，轉到第16)步；10)是2桿嗎？是，轉到第17)步；11)是1桿；12)是1檔；13)換檔嗎？否，轉到第2)步；14)升2檔；15)是4檔嗎？是，轉到第22)步；16)是3檔嗎？是，轉到第20)步；17)是2檔嗎？否，轉到第12)步；18)換檔嗎？否，轉到第2)步；19)降1檔或升3檔；20)換檔嗎？否，轉到第2)步；21)降2檔或升4檔；22)換檔嗎？否，轉到第2)步；23)降3檔。
全文摘要
一種汽車自動變速器的電控裝置，中央處理器CPU與模擬量輸入通道、脈沖量輸入通道、數(shù)字量輸入通道連接，中央處理器CPU還與數(shù)字量輸出通道、脈沖量輸出通道連接，中央處理器CPU另與電源模塊、CAN總線通訊模塊連接，中央處理器CPU控制輸入的信號，獲取汽車的狀態(tài)信息，依據(jù)內(nèi)存的車速和油門開度雙參數(shù)的換檔規(guī)律，輸出信號控制汽車的換擋。中央處理器CPU采用新款高速芯片，運算精度高，容量大；汽車自動變速器電控裝置能夠準確讀取車載的輸入信號，輸出控制信號驅(qū)動電路控制換檔電磁閥的工作。
文檔編號G05B19/042GK1908471SQ20061002972
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月3日 優(yōu)先權日2006年8月3日
發(fā)明者吳光強, 岳繼光, 蘇永清, 邱緒云, 鞠麗娟, 羅均贇, 范睿, 李超 申請人:同濟大學