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        搭載機(jī)電控制CVT的電子換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

        2017-02-08 17:11:00張情
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年2期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計(jì)

        摘 要:本文針對搭載機(jī)電控制CVT的電子換擋系統(tǒng)進(jìn)了研發(fā)設(shè)計(jì),通過冗余檢驗(yàn)裝置,保證了信號的可靠傳輸。仿真測試結(jié)果表明,該電子換擋系統(tǒng)能夠滿足電子換擋器與機(jī)電控制CVT的實(shí)時通訊需求,為汽車行駛的安全性提供了良好的保障。

        關(guān)鍵詞:機(jī)電控制CVT;電子換擋系統(tǒng);設(shè)計(jì)

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.164

        0 前言

        最近幾年,伴隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,各種先進(jìn)的技術(shù)在汽車制造中得到了應(yīng)用,為車輛的操作和控制提供了便利。機(jī)電控制式無級變速器屬于一種全新的CVT技術(shù),以電機(jī)調(diào)速和碟簧代替了液壓系統(tǒng),不僅提升了系統(tǒng)的運(yùn)行效率,同時也對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化。為了進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可靠性和操控性,采用了高速CAN總線通信,保證了擋位信號的有效傳輸。

        1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

        在整車系統(tǒng)中,擋位系統(tǒng)發(fā)揮著非常關(guān)鍵的作用,系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系著車輛的行駛安全。而電子擋位系統(tǒng)將傳統(tǒng)的拉線控制轉(zhuǎn)變成為了以信息傳輸為基礎(chǔ)的電信號控制,對于信號傳遞的可靠性要求較高。就目前而言,電子擋位系統(tǒng)中的信號傳輸流程為:駕駛員操作擋位動作→擋桿位置變化,被傳感器獲取,引發(fā)電壓變化→信號由傳感器傳輸?shù)娇刂破鳌?jīng)MSCAN裝置和CAN總線,傳輸?shù)絋CU控制變速器。在電子擋位系統(tǒng)中,信號傳輸?shù)恼麄€過程為:駕駛員根據(jù)實(shí)際需要,操縱換擋桿進(jìn)行換擋操作,擋桿位置的變化會引發(fā)霍爾傳感器的電壓變化,而換擋控制器會自動采集霍爾傳感器信號,對比控制器程序中預(yù)先標(biāo)定的擋位信號,然后經(jīng)MSCAN收發(fā)器,將換擋信號經(jīng)CAN總線傳輸至TCU控制變速器。在對電子換擋器系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時,需要關(guān)注幾個方面的問題:

        (1)擋位檢測方案。在電子換擋系統(tǒng)中,需要做好信號狀態(tài)的檢測,以避免信號故障引發(fā)的手柄動作失效問題,這里采用冗余檢驗(yàn)的方式,保證換擋的準(zhǔn)確性。采用開關(guān)式霍爾傳感器和ASLPS中空旋轉(zhuǎn)編碼器,對換擋桿的位置進(jìn)行雙重檢測。

        (2)控制器設(shè)計(jì)方案??刂破魇请娮訐Q擋系統(tǒng)的核心所在,這里選擇飛思卡爾MC9S12XS128單片機(jī),從滿足系統(tǒng)功能需求的角度分析,在單片機(jī)芯片的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了電源、時鐘電路、濾波電路以及CAN總線接口電路的設(shè)計(jì)。這里以時鐘電路為例進(jìn)行分析,其主要是利用晶振產(chǎn)生時鐘脈沖。

        2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

        (1)CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。結(jié)合相關(guān)協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn),對電子換擋系統(tǒng)的CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)控制器與換擋手柄、網(wǎng)關(guān)等相互之間的信息傳輸。從搭載機(jī)電控制CVT的車輛傳動部分電控系統(tǒng)架構(gòu)出發(fā),依照SAE-J1939協(xié)議,對CAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),結(jié)合CANoe軟件,對CAN總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)仿真。在CANdb ++ 中,構(gòu)建數(shù)據(jù)庫文件,然后利用面板編輯器,進(jìn)行狀態(tài)顯示面板的編輯,節(jié)點(diǎn)程序則利用CAPL語言進(jìn)行編寫,對節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送、接收和處理過程進(jìn)行模擬。

        (2)初始化CAN模塊。結(jié)合已經(jīng)制定完成的擋位信號標(biāo)識符,經(jīng)過進(jìn)一步的整理和歸納,形成相對完善的信息數(shù)據(jù)庫,然后在此基礎(chǔ)上,對電子換擋系統(tǒng)的檔位進(jìn)行有效定義,提供一個規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。在該系統(tǒng)中,CAN通信采用的是SAEJ1939 編碼標(biāo)識符,其在實(shí)際應(yīng)用中,想要實(shí)現(xiàn)與控制器標(biāo)識符寄存器位置的逐一對應(yīng),是非常困難的,這就容易影響信號的準(zhǔn)確可靠傳輸,經(jīng)研究討論,可以對J1939進(jìn)行轉(zhuǎn)換,形成相應(yīng)的CAN標(biāo)識符寄存器編碼。在電子換擋器系統(tǒng)中,換擋手柄擋位信號的報(bào)文標(biāo)識符為0x080001F2,則寫入到CAN標(biāo)識符寄存器中的對應(yīng)ID為0x4000F102。

        (3)信號發(fā)送接收程序。在CAN控制系統(tǒng)中,一般會將擋位信號的發(fā)送和接收設(shè)計(jì)為子程序,當(dāng)檢測到擋位的變化及信號的傳遞時,程序會自動調(diào)用相應(yīng)的接收或者發(fā)送任務(wù),完成信號的可靠傳輸。

        3 系統(tǒng)測試

        3.1 硬件設(shè)備連接

        待程序調(diào)試完成并且刷寫好之后,將控制器與換擋手柄連接在一起,通過CANcaseXL,實(shí)現(xiàn)控制器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)CANoe軟件之間的數(shù)據(jù)傳輸,硬件連接方式如圖1所示。換擋手柄控制器采用電源供電的方式,結(jié)合DB9連接頭,將CANcaseXL通道與CAN高引腳和CAN低引腳連接在一起,然后通過USB連接線,將CANcaseXLz與計(jì)算機(jī)連接起來。

        3.2 電子換擋系統(tǒng)仿真

        電子換擋系統(tǒng)的仿真測試可以對其可行性和實(shí)用性進(jìn)行檢驗(yàn),分析系統(tǒng)是否能夠得到有效的普及和應(yīng)用。這里主要是利用CANoe軟件,依照CAN總線仿真配置,通過相應(yīng)的操作,對軟件本身提供的Simulation仿真窗口進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整,之后利用換擋手柄,發(fā)出換擋信號,如果信號正常傳輸,則發(fā)動機(jī)節(jié)點(diǎn)、TCU節(jié)點(diǎn)等都會相繼接收到信號,然后由TCU發(fā)出換擋操作的具體執(zhí)行命令,控制調(diào)速電機(jī)和離合器電機(jī)動作。在軟件的Trace界面,能夠看到相應(yīng)的報(bào)文信息,而在控制面板可以直觀的顯示出擋位變化信號。仿真結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的電子換擋系統(tǒng)可以滿足機(jī)電控制CVT的換擋需求。

        4 結(jié)語

        針對搭載機(jī)電控制CVT的車輛進(jìn)行了電子換擋系統(tǒng)的設(shè)計(jì),從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和程序等方面對其進(jìn)行了簡要分析,結(jié)合信號故障處理以及策略冗余算法,保證了信號傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性。同時,利用仿真測試,針對系統(tǒng)的可行性和可靠性進(jìn)行了檢驗(yàn),結(jié)果表明系統(tǒng)的性能良好。

        參考文獻(xiàn):

        [1]謝佳佳.搭載機(jī)電控制CVT混合動力汽車模式切換研究[D].重慶理工大學(xué),2015.

        [2]彭江,馬翔,夏超等.搭載機(jī)電控制CVT的電子換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),2015,29(11):28-36.

        [3]葉明,李鑫,程越.搭載機(jī)電控制CVT的電動車快速控制原型[J].中國公路學(xué)報(bào),2015,28(01):112-119.

        作者簡介:張情(1983-),女,陜西銅川人 ,教師,助教,研究方向:機(jī)電、電子。

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