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河北华利机械配件有限公司

AMT撥擋手柄檢測器設計

2013/7/9 14:57:05

 

    李倩楊福生

[海馬(鄭州)汽車有限公司河南鄭州450016]

    過去關于AMT撥擋手柄的檢測系統中需要控制盒、整套AMT線束、PC機,在通信軟件界面,操作相對煩瑣複雜,此次設計爲了解決對AMT撥擋手柄自动模式与手动模式挡位的正确性的检测,需要利用单片机知识制作一個简便的检测器,上有蜂呜器显示和數碼管显示,检测器内部有各個控制电路,外部有数据线引出与AMT撥擋手柄的连接器相连,这样便可对自动模式与手动模式的信号进行检测,若手动模式拨动“+”“一”則蜂鳴器隨之報警發出信號,若自動模式撥動“DNRP”則數碼管顯示相應AD數值,即可證明儀器設計完成,檢測成功。

1 AMT的分類及特點

    按照執行機構動力源的不同,可以將AMT的選換擋操作系統分爲電控氣動、電控液動和電控電動(又稱全電式)三種類型。

1.1  電控氣動AMT

    氣動式AMT使用氣源增加氣體的壓力,控制電磁閥來接通或切斷氣路,從而執行各機構的功能。具有質量小、沖擊小、成本低廉、驅動力大、無汙染等優點。但是動力的傳遞需要氣路管道,結構複雜,而且氣體易泄漏,密封性差,噪聲大等缺點。此外,由于氣體的體積可壓縮牲,換擋速度變慢。只在有氣動系統的大型客車或重型車輛等特殊的車型上才能應用,不具有普遍性。現在很少使用此種驅動方式。

1.2  電控液動AMT

    液動式AMT根據ECU發出的指令控制電磁閥接通或斷開油路,從而執行各機構的功能。具有能容量大、操作簡便、易于實現安全保護、具有一定的吸振與吸收沖擊的能力以及便于空間布置等優點。其主要缺點是在利用高速開關閥控制離合器系統中,溫度的變化使離合器的執行機構中液壓油的黏度發生變化,影響執行機構的准確性。溫度越低,液壓油的流動性越差,影響離合器的結合速度,降低換擋品質。其次,液壓元件對加工的精度要求非常高,一般廠家難以加工,成本高。

1.3  電控電動AMT

随着汽车工业与电子工业的不断发展,为满足现代汽车越来越高的动力性、经济性、安全性、舒适性以及排放等方面的要求,电子控制技术逐渐得到广泛的应用,技术日趋成熟,汽车电子化程度越来越高。在变速控制系统中采用電動机作为执行机构动力源,取代手动完成选换挡及离合器分离与结合操纵。较之電控液動AMT有很多改進:   

(1)取消了液壓系統,使整個控制系統結構更加簡單、重量減輕。

    (2)用電動機取代液壓執行元件,提高了控制精度,減少了系統誤動作,控制方法更簡單。電控

    電動AMT中的执行電動机的特点是:可控性好、反应快、可靠性强、对环境的适应性好:体积小,安装调试简便,成本低。但是换挡品质不如电液AMT,換擋時間較長,可以通過軟件在一定程度上進行改進。

    随着执行電動机性能的不断改进,電控電動AMT的換擋品質將有進一步的提升。

1.4  混合動力AMT

    为了人类能更好地生活,实现可持续发展,各国政府都积极寻找新技术以改善由传统汽车使用带来的能源短缺和环境污染等问题。混合動力汽车( HEV)是當茼解決以上問題最佳的途徑,我國政府在2004年颁布的《汽车产业发展政策中》指出,国家采取措施重点发展混合動力汽车技术,促进混合動力汽车的生产和使用。混合動力汽车是高度集成、多系统协调工作的集成控制系统。为适应混合動力汽车多能源牵动的自动祸合,满足混合動力汽车适应不同工况的行驶要求,进而提高整车的经济性、动力性,改善排放品质,采用由电控单元ECU控制的自動變速器就成爲必然。基于開發周期、開發成本和整車布置的考慮,在原來手動變速器的基礎上開發完成的AMT的方案無疑是最佳的方案。

2 AMT的基本原理

    固定軸式齒輪變速器是實現有級排檔的傳動機構,具有效率高、成本低、生産工藝成熟等優點而被廣泛應用于各種車輛上。這種變速器存在換擋時操作勞動強度大、動力中斷、駕駛員駕駛水平對車輛的行駛性能有很大影響等缺陷。計算機技術、電子技術和控制理論的發展爲這些問題提供了解決途徑。AMT用先進的電子技術對傳統的手動變速器進行改造,實現換擋和離合器分離結合的自動執行。

    駕駛員通過加速踏板和選擇器(包括選檔範圍、換擋規律、巡航控制等)向ECU表達意圖,發動機轉速、輸入軸轉速、車速、擋位、油門開度等傳感器實時監測發動機工況和軍輛的運行狀況,並將相應的電信號輸入ECU( ELECTRONICS CONTROL UNIT)ECU按存儲在其中的預先設定的由模擬熟練駕駛員的駕駛規律(最佳換擋規律、離合器最佳結合規律、發動機油門的自適應調節規律等)對油門開度、離合器結合以及換擋三者進行控制,以實現發動機、離合器和變速器最佳匹配,從而獲得優良的行駛性能、平穩起步性能和迅速換擋的能力。

    電子控制系統充分實現車輛的良好性能並保證車輛的可靠運行。

    控制系統軟件預先編寫好並存儲ECU中,包括起步換擋所用到函數和數據表,檔位決策、起步、換擋、刹車等控制程序,數據采集與處理程序等。

國內外AMT的發展及現狀

    國內對AMT的研究起步較晚,始于20世紀80年代中期,得到了國家自然科學基金項目、“十五”期間國家“863”計劃等重大科研項目的大力支持。國內有很多家單位正在積極研制開發AMT的軟硬件系統。

    “動態三參數最佳換擋規律”、“動態閉環控制技術”、“自適應控制技術”和“模糊控制技術”等自動變速理論方面在世界上處于領先地位。AMT國産化的進程日益加快;據報道,2006310日由北京齒輪總廠自行研制開發,具有獨立知識産權的電控自動變速器交付用戶使用。針對這款自動變速器,有專家表示,北齒AMT産品的应用将更加有助于提高我国汽车産品的档次,促进原有手动变速器厂和离合器厂的发展,它含有各高技术含量使産品具有较高的性价叱,可产生较好的社会效益和经济效益,同时也将加快我国自主设计开发自动变速器的进程,为我国汽车发展做出积极的贡献。

    國外在AMT的研究上也经历了从科研成果到産品应用、改进完善、发展提高的过程,

才最終實現商品化。特別是在近幾年,隨著控制技術與電子信息技術的迅猛發展,AMT

技术在国外无论是设计理念,还是産品的技术质量水平又有了飞跃性发展。目前,最先进

AMT是以CAN總線爲紐帶。高度集成自動變速系統、可測試模塊、緩速行駛輔助制動

系統等。將變矩、變速、緩速、記錄行駛工況和故障診斷等功能設計成一體化、智能化的

有級機械式自動變速器。其最大優點體現在可靠性、燃油經濟性和與環境的融合性等諸方

面,是一種集成T EDC(電控柴油發動機)、AMT(電控機械自動變速器)、CAN總線等

先進技術的全新動力傳動系統。

4 AMT撥擋手柄

    AMT撥擋手柄撥擋手柄上有手动和自动两种模式,手动模式中有“+”“一”分別

表示加、減擋;自動模式中有“DNRP”分別代表自動擋、怠速擋、倒車擋和駐車

挡,其中撥擋手柄上有一個倒挡锁按键,当在手动模式状态下,摁下这個按键便可以自动

回空,在自動模式狀態下,從怠速擋撥到倒車擋、駐車擋時需要按下接鍵方可。當換擋

時,由霍爾傳感器接收信號,反饋給CPU,汽車做出相應反應。

5 AMT撥擋手柄检测器设计

5.1 AMT撥擋手柄检测器设计方案

    制作一檢測器,表面安裝有蜂鳴器與數碼管顯示器( LED),其中,蜂鳴器用于檢測來自手動模式的信號,若手動模式傳來信號,則發出“嘀”的聲音;數碼管顯示器用來檢測自動模式的信號,若自動模式傳來信號,則顯示相應數值。檢測器內部有單片機,外部引出數據線與AMT撥擋手柄相连,进行检测。

5.2蜂鳴器

5.2.1蜂鳴器作用、分类及表示符号

    (1)作用:蜂鳴器是一种一体化结构的电子讯响器,采用直流电压供电,广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子産品中的发声器件。

    (2)分类:蜂鳴器主要分为压电式蜂鳴器和电磁式蜂鳴器两种类型。

    (3)蜂鳴器的电路图形符号在电路中用字母“H”或“HA  (舊標准用“FM”、

LB”、“JD”等)表示。

5.2.2蜂鳴器的结构原理

    压电式蜂鳴器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鳴器外壳上还装有发光二极管。

    多諧振蕩器是由晶體管或集成電路構成。當接通電源後(1.515V直流工作電壓),多諧振蕩器起振,輸出1.5~2. 5kHZ的音頻信號,阻抗匹配囂推動壓電蜂鳴片發聲。    壓電蜂鳴片由锆钛酸鉛或铌鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極,經極化和老化處理後,再與黃銅片或不鏽鋼片粘在一起。

5.3數碼管

5. 3.1  數碼管简介

    该數碼管为八段數碼管,每個位段就是一個发光二极管,一個八段數碼管分别由abcdefg位段組成,外加一個小數點的位段dp,但此次检测器用的數碼管只用到七段,小数点那位空置。按发光二极管单元连接方式分为共阳极數碼管和共阴极數碼管。共阳數碼管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极( COM)的數碼管。共阳數碼管在应用时应将公共极COM接到+5V,当某一字段发光二极管的阴极为低电平时,相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。共阴數碼管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极( COM)的數碼管。共阴數碼管在应用时应将公共极COM接到地線GND上,當某一字段發光二極管的陽極爲高電平時,相應字段就點亮。當某一字段的陽極爲低電平時,相應字段就不亮。

5.3.2動態掃描

    數碼顯示板上一共有8個數碼管,如果按照传统的數碼管驱动方式(静态扫描方式),则需要8個七段译码器进行驱动,这样既浪费资源,有时电路工作也不可靠。所以现在最常见的數碼管驱动电路已经不用上述的静态扫描方式了,而是采用动恋扫描显示的方式,这种方式只需一個译码器就可以实现电路正常、可靠的工作,这样大大节省资源。    动态数码扫描显示方式是利用了人眼的视觉暂留效应,把八個數碼管按一定顺序(从左至右或从右至左)进行点亮,当点亮的频率(即扫描频率)不大时,我们看到的是數碼管一個個的点亮,然而,当点亮频率足够大时,我们看到的不再是一個一個的点亮,而是全部同时显示(点亮),与传统方式得到的视觉效果完全一样。因此我们只要给數碼管这样一個扫描频率,那么就可以实现两個以上的數碼管同时点亮。而这個频率我们可以通过一個计数器来产生,只要计数频率足够大,就可以实现我们的要求。事实上,因为數碼管点亮不是瞬间就可以的,它也需要一定的时间,该时间与數碼管的选择有关系。为了折中这一对矛盾,实验中一般可将计数频率选择在100Hz左右肯定可以滿足上述兩個要求。

(10)連續通信接口模塊;

(11)系統管理總線(SMB us),版本1.011.1(雙重控制IIC總線);

(12)帶有4通道自動掃描模式的14通道10位的模數轉換器(ADC)

(13)帶有可编程放大器的当前传感器;

(14)溫度傳感器(- 200C+700C);

(15) IRQ1外部中斷輸入引腳,有內部上拉電阻;

(16) IRQ2外部中斷輸入引腳,有可編程上拉電阻;

(17)8位鍵盤喚醒接口,有內部上拉電阻;

(18) 31根通用輸入輸出(I/O)引腳,2根專用引腳;

-31根共享功能的I/O引腳;

-2根專用輸出模式引腳。

(19)低功率设计(帶有停止和等待模式的完全静态模式);

(20)控制复位引腳(帶有可编程上拉电阻);

(21)系統保護特征:

——任意計算機操作適當的複位(COP)

——任意複位檢測出低電壓;

——複位檢測出非法代碼;

——複位檢測出非法地址。

(22) 48引腳方形扁平式封裝(LQFP)42引腳收縮型雙列直插式封裝(SDIP)

(23)42引腳SDIPMC68HC908SR12的具體特點:

——只有29根通用I/O引腳;

——只有11ADC通道。

6結語

    當今世界科技越來越進步,而同時石油、天然氣等資源的日益短缺,所以對汽車的動力性、燃油經濟性、排放以及舒適性提出了更高的要求。對自動變速器的研究,由于液力機械式自動變速器( AT)在技術上已十分成熟,而無級自動變速器(CVT)的汽車存在傳動帶的強度和壽命問題,所以我們對機械式自動變速器( AMT)的研究具有重大的現實意義。雖然目前來說機械式自動變速器( AMT)的技術不是很成熟,但它有著很多的優點以及巨大的發展潛力,我相信機械式自動變速器(AMT) -定會取得長足的進步的。

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