AMT自動換擋變速系統(tǒng)設(shè)計

摘要：介紹了一種以Freescale(飛思卡爾)MC9S12DJl28Mw為核心的嵌入式AMT系統(tǒng)。說明了該系統(tǒng)的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)以及應(yīng)用狀況。同時還講述了其硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計思想。
關(guān)鍵詞：AMT；MCU；嵌入式單片機(jī)

O 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(zhì)疑地被推為汽車設(shè)計首要指標(biāo)。在各種類型的自動檔變速器中，電控機(jī)械式自動變速器(Automated Mechanical Transmission，以下簡稱AMT)，具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、易于制造、工作可靠及操縱方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是其省油的特點(diǎn)適合于我國大、中巴與載重車應(yīng)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(jī)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(jī)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(jìn)行分析、處理、并發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)動作，從而實(shí)現(xiàn)自動換擋。匹配過程簡單，并能在滿足發(fā)動機(jī)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(jī)械繼承性強(qiáng)，傳動效率高，燃油經(jīng)濟(jì)性高，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。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(hù)人員進(jìn)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(chǔ)上，加裝相應(yīng)的電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)，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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；信號采集系統(tǒng)(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、車速等)；選擋換擋執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；離合器執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；油門執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)；LED顯示。

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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(guān)的數(shù)字信號，由微處理器對信號進(jìn)行識別、分析，與處理器內(nèi)部已存儲的變速器換擋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷出最適合當(dāng)前狀況的擋位，發(fā)出換擋指令，并驅(qū)動電動(氣動)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)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(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)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(shè)計成功的關(guān)鍵，它必須能適應(yīng)各種復(fù)雜監(jiān)控系統(tǒng)的要求，如實(shí)時性、低功耗、快速數(shù)據(jù)處理、集成數(shù)模外設(shè)功能、集成CAN總線接口，還需集成充足的Flash或RAM供程序、數(shù)據(jù)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(yīng)性。在綜合比較了當(dāng)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(jī)。
    MC9Sl2DJl28M 16位單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：
    (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(shù)轉(zhuǎn)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(shù)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(shè)備接口SPI。
    (8)多主I2C總線模塊，兼容I2C總線標(biāo)準(zhǔn)。
    (9)背景調(diào)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(qiáng)大的運(yùn)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(shù)字外設(shè)和各種模式接口，集成電路互聯(lián)總線。另外可通過BDM調(diào)試器對目標(biāo)板MCU的Flash存儲器寫入、擦除，應(yīng)用程序下載，在線動態(tài)調(diào)試。
    硬件設(shè)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(jī)豐富的互聯(lián)接口以簡化硬件線路提高可靠性，為適應(yīng)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(guān)量功率模塊，PWM口聯(lián)接電機(jī)驅(qū)動功率模塊。較為典型的電機(jī)驅(qū)動模塊，每個模塊驅(qū)動一個電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動電路原理圖如圖2所示，MCU與電機(jī)驅(qū)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(jī)M的轉(zhuǎn)向，PT3或PT7產(chǎn)生PWM方波信號改變占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，調(diào)控油門或離合器行程。

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4 軟件設(shè)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(yīng)用開發(fā)的軟件工具，其功能強(qiáng)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(shù)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(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)驅(qū)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(diǎn)
    AMT自動換擋變速系統(tǒng)簡化了操作，對駕駛技術(shù)要求降低，提高行車安全性；可在普通機(jī)械變速箱上進(jìn)行改造，生產(chǎn)制造繼承性好、結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、維護(hù)維修成本低、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，適合中國國情；合理的換擋點(diǎn)使發(fā)動機(jī)沖擊小，傳動效率、乘坐舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性得到提高。

6 結(jié)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(shí)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(qiáng)度，符合國際汽車技術(shù)向電子化、智能化、人性化的發(fā)展方向，是集機(jī)械、電子、液壓于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品。