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(yè)逐漸發(fā)展起來。2000年以來，我國自動變速箱汽車開始大量引進(jìn)和生產(chǎn)。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(chǎn)業(yè)發(fā)展非常大。本控制器就是為自動變速箱再制造開發(fā)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(zhǔn)確程度與電磁閥的動作密切相關(guān)。和VCU進(jìn)行通信，得到的換擋參數(shù)，對換擋時機(jī)起著至關(guān)重要的作用。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

該系統(tǒng)具有6路獨(dú)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(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能框圖

該系統(tǒng)是針對變速箱電子控制單元設(shè)計的，TCU通過CAN總線與ECU進(jìn)行通信，通過傳感器獲得當(dāng)前變速箱的狀態(tài)，如位置、速度、溫度。變速箱的換擋則是通過單片機(jī)輸出PWM從而控制電磁閥，達(dá)到相關(guān)液壓控制閥的油路的改變，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行部件的工作。串口則將相應(yīng)的信息顯示到上位機(jī)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)硬件部分由控制模塊和驅(qū)動模塊組成?？刂颇K產(chǎn)生PWM信號，接收CAN發(fā)送過來的信息、接收來自傳感器的信號、采樣電流。驅(qū)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(jī)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(jìn)。XEP100有117個中斷源，可以訪問最多8M的全部內(nèi)存空間（片內(nèi)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(shù)的總線頻率最大為25MHz。
XEP100擁有8路PWM輸出，5個獨(dú)立的can控制器模塊、2個16通道最高精度可達(dá)12位精度的AD轉(zhuǎn)換模塊，另外一個ECT增強(qiáng)型時鐘增強(qiáng)模塊。

2.2傳感器接入硬件電路設(shè)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(shè)計的速度傳感器接入電路如圖所示。該電路的功能為，調(diào)理傳感器輸出的信號，并使該電路設(shè)計能適應(yīng)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(shè)計

由于CAN控制器只是協(xié)議控制器，不能提供物理層驅(qū)動，所以CAN節(jié)點(diǎn)物理上要通過一個收發(fā)器與CAN總線相連。每個CAN模塊有發(fā)送和接收兩個引腳。這里我們選用PHILIPS公司的TJA1050收發(fā)器。在電磁干擾弱的環(huán)境下，隔離電路可以省略，這樣CAN控制器與CAN收發(fā)器相連。在本電路中所設(shè)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(shè)計

圖七 電磁閥接入電路原理圖

TCU根據(jù)ECU發(fā)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(qū)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(guān)油路的通斷，用以控制最終的執(zhí)行部件。用傳感器測得位置、速度等的信息，以及A/D轉(zhuǎn)換采集得來的電壓，調(diào)整PWM的占空比，最終達(dá)到控制設(shè)定值。

TCU根據(jù)ECU發(fā)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(qū)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(guān)油路的通斷，用以控制最終的執(zhí)行部件。用傳感器測得位置、速度等的信息，以及A/D轉(zhuǎn)換采集得來的電壓，調(diào)整PWM的占空比，最終達(dá)到控制設(shè)定值。

3 軟件設(shè)計及實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jiān)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(xié)議與變速箱電控單元進(jìn)行實(shí)時通信，通過存儲在flash中的換擋規(guī)律，驅(qū)動電磁閥，從而進(jìn)行相應(yīng)的換擋操作。由于XE系列單片機(jī)為雙核單片機(jī)，但是其是主從式，從cpu處理中斷，然后將結(jié)果返回給主cpu，當(dāng)然，主cpu也可以獨(dú)立處理中斷。在程序設(shè)計時，為了保證實(shí)時性，利用中斷發(fā)送和接收CAN幀。

表一 空載條件下速度為650r/min的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4結(jié)束語

本系統(tǒng)以MC9S12XEP100為MCU．為某公司變速箱開發(fā)了一款大功率液力自動變速箱開發(fā)了一款控制器，并計劃在后年投入生產(chǎn)。該控制器產(chǎn)生8路占空比可調(diào)、占空比上升延時時間和下降遲滯時間可調(diào)的PWM信號。PWM信號的占空比可以從0％到99％以步長1％調(diào)．該系統(tǒng)采用SAE J1939協(xié)議和ECU進(jìn)行通信，該協(xié)議可靠性和實(shí)時性，均能達(dá)到工程車輛實(shí)時通信的要求。目前，國內(nèi)對大功率達(dá)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(fā)起到一定參考作用。成型PCB板如圖所示。

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