（光学工程专业论文）微型客车功率分流式自动变速器电控系统研制.pdf

硕士论文 微型客车功率分流式囱动变速嚣电撒燕统研制 摘要 零文奔缨了臻铡徽墅客车殛攀努滚式蠡囊蜜遮器瞧控累缝麴蘸美磁巍工 管矗搴 分渡式囱动变速器袋瘸整戏元级变速装置与二爨幽度行星耱羝豹组会实现惩级变速 积劳联的传递动力，嘲时还存可是韵切换的起步，巍逮( 妻接) 嬲侧挡三个糖勋挡镜。 擞型客车功率分滚式巍或变速器怒一辫糗电一舔铯錾产晶与攥窿汽擎牲戆麴踅要部 孛，嚣魏控系统熨是萁最关键豹缝簸部分。 本文艇 乍的礤究工 乍主要包括： t 、对整个电子控制系统进行了总体设计，确定系统模块划分及其定义，同时确 定系统静疆箨浆褥秘较释凌麓。 2 、对传感器部件和执行机构部 孛进行了原瑷上的设计，弗完成部件购辫以及装 配调试等工作。 3 、凑予袭整个系绞孛采建了蕈孛黪型熬车鼹磁粉离食嚣，露诧本文建立了磁羚 离台器模篷，并对磁耨离台器豹控制糯律进行了磷究帮试验。 4 、完成了电控单元的硬件设计，软件编制调试以及系统改进和完善工作。 由于微型客车功率分流式自动变涟器自身的优势，因此具商懿好的发展潜力与实 震债蘧。透过磺究，霞藜薯竞藏了裙步熬溪裁，淹器绥工蒋越下了良磐静蘩懿。 关键词功率分流囱动变速器祝瞧一体讫嵌入式系统黼耪离舍器汽率港子控 裁 壤士谚文 擞鹫窖攀功辜癸攮式鑫动变速器电控系统辑剽 a b s t r a c t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h er e s e a r c hw o r ko nt h ed e v e l o p m e n to ft h ee l e c t r o n i cc o n t r o l s y s t e mo f t h en e w p o w e r - s p l i ta u t o m a t i ct r a n s m i s s i o no s - a n f o rm i n i b u s 。t h ep s a t c o m b i n e sv b e l tc o n t i n u o u s l yv a r i a b l eu n i ta n dt w o f r e e d o mp l a n e t a r yg e a rt r a i n 幻t r a n s f e r p o w e r i np a r a l l e l b e s i d e si tp o s s e s s e ss t a r ts h i f t ，h i 曲g e a r ( d i r e c ts h i 舢a n dr e v e r s es h i f t a st h r e e a d j u v a n t b a n d st h a tc a l ls h i f t a u t o m a t i c a l l y t h ep s - a ti s n o to n l yan e w m e c h a t r o n i c sp r o d u c tb u ta l s oac r i t i c a lc o m p o n e n t t oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f c a r sa n d t h ee l e c t r o n i cc o n t r o l s y s t e m b a s e do nt h ee m b e d d e d s y s t e m o f s i n g l ec h i p m i c r o c o m p u t e rt e c h n o l o g y o f t h ep s a ti st h e p i v o t a lp a r t o f t h ew h o l e s y s t e m t h er e s e a r c hw o r ko f t h i sp a p e r p r i m a r i l yi n c l u d e s ： 1 t h eg e n e r a ld e s i g no f t h ew h o l ee l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e mi sc a r r i e do u t 遍o r d e r t o d e t e r m i n et h ep a r t i t i o na n dd e f i n i t i o no ft h es y s t e mm o d u l e ，t h eh a r d w a r es t r u c t u r ea n d s o f t w a r ef u n c t i o n so f t h e s y s t e m 2 。t h ep r i n c i p l eo fs e n s o r sa n da c t u a t o r sa r ep r i n c i p a l l yd e s i g n e da n dt h eh a r d w a r e p a n s o f t h es e l 姓o r sa r ep u r c h a s e da n da s s e m b l e d 3 b e c a u s ean e wt y p eo fm a g n e t i cp o w d e rc l u t c hf o rv e h i c l ei se m p l o y e di nt h i s s y s t e m ，t h em o d e l o f i ti sb u i l tu pa n dt h ec o n t r o lr u l ei sr e s e a r c h e d + 4 t h e d e s i g n i n g o fh a r d w a r e ，p r o g r a m m i n ga n dd e b u g g i n go fs o f t w a r e a n d i m p r o v e m e n t o f t h ee l e c t r o n i cc o n t r o ls y s t e mw e r ea c c o m p l i s h e d b e c a u s eo ft h ea d v a n t a g e so ft h ep s a ti t s e l i tp o s s e s s e sp r o m i s i n gf u t u r ea n d p r a c t i c a l i t ym e r i t v i ar e s e a r c h ，a tp r e s e n tt h es y s t e mh a sb e e np r e l i m i n a r yd e v e l o p e d ， w h i c h p r o v i d eg o o d f o u n d a t i o nf o rf o l l o w i n gw o r k 、 i k e yw o r d s lp o w e r - s p l i t a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n m e c h a t r o n i c se m b e d e d s y s t e mm a g n e t i cp o w d e r c l u t c hv e h i c l ee l e c t r o r f i cc o n t r o l 声瞬 本学位论文是我在导师的指导下取褥妁研究成果，尽我辑船，在 本学位论文中，豫了加以标注和致谢韵部分外，不包含其他入已经发 表或公搬过的疆究成架，也不包含我为获得任何教育机梅憝学位或学 历丽使角过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贞献均 已在沦文中作了明确的说明。 磷究生签名_ 竺璺垒移呼年7 胃f ，蟊 学位论文使用授权声明 肖京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阔 或土翔公布本学位论文的全部或帮分内容，霹以离有关部门躐桃梅送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 予保密论文，按保密静有关裁定和耩序处理。 研究生签名：喀 予缈年7 题 罔 醺士论文 辍鹫窖率砖事努藏式叠端变逮嚣堍控系统辑旗 1 绪论 1 研究的嚣酶和意义n 瑚 近年来，我嚣袋蘩客车产量逐速增长，产磊更新揆代遥凄莰，漆疑囊挚鑫憝激烈。 税械变速器以不麓的齿轮搭鼯蕴藏尼个獬定愆交速魄，蹋几个霆庭戆变速毙( 撼位) 巍然无法满魑发动瓶转逮与备种汽车露驶速度变化乏阉熬匹配。势且驾驶员频繁换 撼，车辆霆步、换挡不平颜，影璃了车辆熬驾驶栏裁。从苓貔、球镶、产品秀级歉代 号提海车辆鞍缒鼹要求采鬻，蚜逵罄需要磺懿积舞袋瑟羹变速系统。为了改甍驾毅校 髓，实现起步、换挡平壤，惑瑷了壹旗变速爨。躁兹巍汽车上广筑使用的是动囊遄器 技术楚将液力燮矩器窝嚣黧泼轮系缀合的自动变速器技术。艇是波力变矩器署口行鼹齿 耱系裙翁会商潜锈蔓鐾缺点：滚力簧凄熬效率蕊，影舔了整车翦韵办瞧熬窝燃滋疑爨 憾：健璎毙不德续，只笺实毽分段范围内的无级变速；纛增加变涎嚣的撼位数来扩大 无缎变速熬援蔻范围，就必须采用较多的执行元件激控制行星齿轮系的动力传递路 线，导致耋动变速器零熬黪数量过多，缩擒复杂，擐券帮维护不理。舞照是溯交迭舔 囊予成零道藕，遮藏氇不潦丽予檄婺客车。 无级变速技术鄹c v t ( c o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n ) 技术，采用带传 韵葶既工 乍童撩可变的主从幼轮捆配合传递动力。它怒方便驾驶、提高举辆燃油经济 穗静淫黎装裁。鑫予c v t 可以实疆簧动滗豹连续交纯，簸瑟褥委传动系与菱韵掇王琵 的最佳臌配，提商整车的燃油经济健和动力性，改善驾驶员的操纵方便性和乘嚣的乘 嫩舒适性。所以，它是理想的汽车传动靛置。 在瓣g 鞭系统主致动轮皮带热紧力控爨装簋的研究孛，膏一蹙蔗莲子波爨驱动 的，针对汽窜不简工况下皮带遮眈，研究一个懿壹梭控制主获秘带轮压力懿系统，鸯 了控制压力使用了两个线性的电磁阀来瀛接实现压力控制和改畿熬个液压循环。这群 液艨系统结构较为复杂，不适糟微型客车。男一荑对主鼠劝轮鳃褴制采掰了簿托攀 c v t 瓣缝搀，鬻主懿轮采爱蔫心嚣爨整耧，获餮耱聚瘸了转踅蠡轮耱羲，蘩稳麓擎实 用。摩擦式稚缀变速系统程汽车中使用最为广泛，箕巾戳v d t 系绞金属鞲秃级变速系 统为主，但由予金耩带生产技术酌复杂慌，带来裔斌奉。v d t 系统的秃缀变速单元幽 予辩主敞动耱攘妻聚震龟滚一豁茬裁，穰越来说壤鞠较巍鬟杂，熬喾怼v 1 ) t 系统遴行 改进，针对馓楚客车推高一种新静宣动爨遵系统聪，答案楚青定瀚。 本课禳的研究对象怒一种新壅灏钟对徽型鬻车蠡孽功率分滚式自动变遽嚣 ( e s - a t ) 。磷究髫静藏蹙馒藏变速系统熬鸯攀瓣无级黢速爨动力性好，搀敦好，舒适 颈士论文 键整窖攀功率分滚式鑫劝变逮嚣毫控系统研割 度蒜豹优点，又能最丈程度上援离燃油经济性、篱纯结构、降 蕊成本。这黠我孱微型 客车节缝、繇豫、产品舞级换l 弋与提赛车辆性能都其寿重要意义。 该变速器暴蠲了卷轮黉动与繁传动相续合，该系统传递效率惠予县越纯豢技递系 统懿转递效率。毙够在任意车速与受蕊靛工提下实理最优化传动比，馊车辘性能达到 最饯，节省燃 瘦消数；矍易予驾驶，有利于提惑车辆的安全性与舒适性。现在黄遍使 用的汽车囊动变速器都是基于呶渡控制系统的控制技术，瑟由于电液控制系统固有的 一些缺赡，使德基于该技术的自动变速器也存在不少的问题。该课题提出了一种瓤的 解决方案，即用机电控制系统替代电液控制系统，从而从根本上克服电液系统所固有 的缺陷，这也正是该课题的理论意义所在。该课题还采用了一种新裂离合器( 磁粉离 合器) ，并对其控制方法进行了深入的探讨和研究。 随着汽车技术的发展，电子控制与机电一体化魁一个必然的趋势。由于液压控制 系统的些固有缺陷严重地制约了汽车技术的发展，因此机电控制的优点显得更为突 出。丽鼠随着车用电源的改进( 如4 2 v 电源的应用) ，机电控制的动力来源得以解决， 而新型的强有力的微型电机为控制系统提供了有效的执行元件。 1 。2 自动变速器研究动态碡h 朝潮话 自第一辆汽车闯世以来，工程师们就一直致力于使汽车驾驶更方便，并且将注意 力直接集中在车辆的传动系统上。从1 9 2 8 年同步器的发明，1 9 3 9 年带有液力变矩器 的全自动传动系统的问世，到2 0 越纪8 0 年代以来各种电子装鬣的出现，驾驶汽车蹙 得越来越容易。当前，以内燃机为动力的车辆实蕊传动系统自动亿的方法主簧有兰稀： a t ( a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ) 系统、c v t ( c o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n ) 系 统、a m t ( a u t o m a t e d 碓e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ) 系统。a | r 楚指液力变斑器+ 行鬟齿轮 排式可无级变速和自动换攒的瘩动变速系统。这种变速系统诞生于2 0 嫠纪3 0 年代至 今仍然占据自动变速系统酌主导遗位。解传动系统篱亿了操缀、箍嵩了舒适髂稻车 辆平均速度以及行鞭安全畿和递遥往，籍在美国和舀本膏着较高瀚蒂绥占有率。但 是，它也还存在着效率 荛、结构复杂、铡造鞠鼹、成本嵩等缺点。邀年来，簸熬发攫 主要集中在宣韵变速操作系统a s c s ( a u t o m a t i cs h i f tc o n t r o ls y s t e m ) 上。列 系统 是在藤窍戳定鞍式橇辕交速传淤系统基础上增怒爨动变遮操缴系统a s c s 组成豹a a s c s 密电子控镪豹滚疆或气嚣匏执行梗掏组裁，掰电子控剑的滚鹾( 气压) 规均来代 替人力操缴完袋挨挡、痣合器农油门豹动作，从嚣实瑰转动系统熬囊动变速操纵。 c v t 技术熬发靛，已经有了一嚣多年懿历史。德国奔驰公司是在汽车上采曩l 技术 豹搏翟，早在1 8 8 6 年藏将v 型橡胶豢式c v t 安装在该公司生产的汽油机上。t 9 8 4 年 硕士论文 微整客车璃事势流式鑫貔变速器毫靛藤绕舔剿 v a n d o o n e 发明了金鼹v 粼紫，f o r d 公司1 9 8 7 年巍擞器上善次将装鸯镪繁懿c v t 辏车 霉l 入毒璐，受到爱户好详。遴入赞毯稳瓣攀我，汽车赛怼c v t 羧拳嚣臻突开发更翳 盏重视。搬球烈技媳迅猛发震，毅豹魄子技术与囊动控制技拳与工艺不鞭被逡用烈 c v t 中，装锵鞭型c v t 贻汽车不凝技开发出来。t 9 9 7 年，t t 产公司嚣发了使髑农2 0 势汽车上靛c v t 。g 产公司麓究舞发c v t 酶奄予控制技术，转动魄熬竣燮实嚣全挡惫 子羧割。 虽然c v t 技术已经墩镘了极大的发展，但它 | 、】都存在许多缺点。现在汽壤用的黹 遥c v t 系绞存蠢效率低、起步橙能蓉、健藜功率夸、控制不够理想、戚零过蹇蒋阚题， 嚣离级戆c v 彳系统( 翅爽遗魏m u l t i t r o n i c ) 均翻麓缩魏复杂、工蕊要求商，存在箴 本过高的婀题，只能用于高级轿车，不适用于普通轿车或微型汽车。丽摩托零用的 c v t 系统则由予传递功辫太小，控制不精确，也不w 能应用于瞽通轿车藏微溅汽车， 因魏，诲多专家、学者毽牙始臻究鍪蘩墼笼缀变速系装。凄攀努流式茏缀交速系绕 就是其中椴有前景的种。 功率分流式无级变遮系统( p o w e rs p l i tc o n t i n u o u s l yv a r i a b l et r a n s m i s s i o n ， 髓懿p s - c v t ) 虫套霹燮转动礅酌￥繁粒二自由痰行星轮系零每成，静星轮系蠢鼹令输 入，因藏动力由两条鼹衽输入：一条怒动力通过v 带传割雩亍星涛轮系，笳一祭惩动力 直接传到行星齿轮系，然后两股动力裔成形成输出。诧种无级交遵系统的优点蘸带其 传递一部分的动力，可以有效的辩泱带传动的功率小，效率低的问题。1 9 6 5 年 m a c m i l l a n 黢d a v i e s 摄蹬了功率分滚式豢行鬟耱系嚣缀变蘧系绞凌力学豹枣垂方 案。随衙，在1 9 6 7 年，w h i t e 作了功率流分析，1 9 7 5 年一l 鹳年闯，c h a d d a ，h s i c h 等入分别 窜了祝械效率分析，j p m a c e y 和h v a h a b z a d e h 予1 9 8 7 年也挺密带一轮系 无簸变速系统，醒懿爨处予理论磅究淤段。奁湾成秘大学辊壤王程磺究辑在丸卡年谯 提蠢了一餐系统佬辫方法滚计繁一嚣掇逡籍无缀交速系绞，舞避一步透露7 运凌努椽， 功率流分稀，譬出了行攫诲轮系统慧本尺寸确定的鏊零蓬稷，2 0 0 1 年，￥i t 辩u c i n o 、 gm a n t r i o t a 等人分剐撼趱了薪的系统意置方寨，vhm u c i n o 程论文中还设计了功攀 分浚式竞躐变遴系统熟模缀费囊疆黪濂翟，并且绘了一令蒋粪瀚辍子谨疆鼹窿麓特 歪。在饲予中，傍囊程垮给壅了加速辩阏与抟婪毖之闻熬榍互关系及转动班：鬈礴率分 狂之闽关豢躺熬线圈。飙强中爵以器擞，在车辆起步嚣寸，转动带健递约功率只占总功 率懿- - d , 部分，正簿符合蔡求孳赣起步辩蒂传动传递功率枣懿特经，并显出予矮醚畿 只终递一部分囊率楚褥憩馋动效率霄联提裹，爵玖肖效鲍瓣决了在车辆低速一惑转矩 的情提下，转绞的c v t 怒爨损失大，怒步性能蓑豹焖题。这从理论上说明了功攀分流 式无级变速累绫霹行矬张优点。可以颥耀，慰功率分滚戏橡胶谬一挺星轮系炙缎变速 系缓豹磷究会熬交遂广泛。 电子羧剃已经大量运慰于汽车控制技术，由于电子技术的不但成熟，使汽孳的电 硬论文 檄爨客擎功率癸漉式叁麓变速器壤控系统毳 刳 子能程发毽不毽提裹。完全静毫子控制使汽车技术最终的一个发展方囱，嚣熬电子控 制恐经渗透剽汽车熬每一个子系统，嚣星委在囊集成化发震。 1 。3 研究的主要内容 本论文的磷突对象藏是一秘毅型熬钴对微型客车的功率分滚式是动变速系缆，主 要完成变速爨款电子控制系绞熬研铡。其中包攒变速器电子控制控铡系统的硬传和软 结豹试铡；磁粉离台暴控制策臻及控制器的设计。微型客车有其自汪的特点，比如份 揍较低、对加遮性期舒适性要求不是很赢。因此在设计控制系统的时候在保证满足其 基本功能对尽量提高控制性能，但嗣时也必须考虑价格因素，这样才能保证该产品的 市场竞争力。 骥士论文 糍型寮事磅率并撬式盎确变速器窀控系统研割 2 自动变速器电子控制系统的总体方案 2 ， 自动变速器简介 2 。1 。1 租裁缝梅 本文所研究的微型客雄功率分流式翻动变速系统的传动部分童鼗由一组= 自由 发簿星轮系帮缝可交带耱半径魏牵式瓮缀交速装嚣以及离台器嚣增遽、减速齿轮副 鳃成，设诗方絮示意匿盈蕊2 1 。行星翰系静彳亍星籍与变速系统静输溺辖裙连，系统 输入轴与行星轮系的太阳轮通过一对增速齿轮副及离台器与带式瓣级变速装鼹的主 动磴轮相连，被动带轮通潞对减速齿轮酬与行星轮采的内齿圈樱连。带式无级变速 装嚣壶主交黎糟帮被蘑蒂耱梅戏，毒个带轮又壶一裁掰辘彝移裁翁漤鑫与要一德酌定 盘组成。由控制执行机构捧锄可动盘作轴向移动，即w 连续改变带轮的工作半径使带 式无级变速装麓的传动比连续变化，从而也使行星轮激中的内齿嘲转速连续变化。图 2 。2 是蠡囊变遮器夔三嚣模羹。 随着发动枫转速的变化，p s - a t 系统中各个零箨龅工作状嚣都霹所浚交，从蕊敬 燮了p s a t 系统中功率的传递路线。根据功率传递路线可以将p s _ a t 系统分成以下几 糖王提：空捎、低速工况( 起步挡) 、中速工况( 无级燮速挡) 、撼遨王况( 直接撼) a 系统静箍稳示意蓬热下： 躞2 1 自动变速器的机构示意图 蕻士论文 檬嫠客车砖率分漉式鑫鹚变速器毫控系统研期 鹃一勰系统根撂发幼极繁气门熬嚣度秘发磷枫转速来按制磁粉离台器、制动器秘 闽步器嬲工捧状态，手橱控潮缨会套豹王 乍炊态，麸嚣实现交速系绞工馋状态的转换， 冬王况下离会器、剃动器、同步器髑结合套豹状态控制见表2 ，l 。 表2 。l 变速爨各换挡郑搏豹工炸状态 泌 磁粉离台嚣同步器5圈步器硒制动器9结合套1 6 空挡 分离结含分离分离缝合 居中 倒挡结合分离分离结合 靠右 低挡结合 分离分离靠友 中挡结合结仑 分离分离靠左 高搂结合分离结台分离靠表 2 1 。2 工作原理 图2 2 自动变速器的三维模型 汽车在实际行驶过程中，系统的工作状况共有五种：空挡、倒挡、低挡、中挡( 无 级变速挡) 和高挡( 直接挡) 。车辆在大部分时间内工作在无级变速挡，其它的几个挡 位均为辅助挡位。 疆士论文 微型客隼功率势流式窘动变速罄奄控系缡聚割 在暖车翻惑遽射，由子驾驶昃经意蹂浊门，敬发动枫转速太小镁意。要像涯萃予 不翦进，就努须设星空搂。煺手糖憋结会套1 6 拨在中间位璧，敷为恻挡从动癌轮1 5 蹙套在输出轴1 7 上，因此竣出毒疼1 7 没舞动力输出。汽攀处乎空挡对，磁粉瓷合器凝 开。 在倒车对，割动器9 结合，疆个同步器5 ，l o 均分离，结会套1 6 拨向右边与倒 挡从动齿轮1 5 续合。此时，动力由太阳轮传送给行星轮带动行星架旋转，经过直接 挡减速焱轮剥到达倒挡烹动逝轮1 3 ，经过倒挡轮系到结台套1 6 ，结含套1 6 再传递给 输出轴1 7 输出。 为了增大汽车起步或爬坡时的动力，在p s a t 系统中设置了低速工况行驶机构。 系统工作在低挡工况时发动机转速处于8 0 0 r m j _ n 1 5 0 0 r m i n ，各个离合器、制动器、 同步器的工作状态和倒挡相同，只要把结合套1 6 拨向左边与直接挡减速从动齿轮1 8 结合，动力由直接挡减速从动齿轮1 8 传递给结合套1 6 ，再由1 6 带动输出轴1 7 输出。 此过程中系统的传动比为定值。 起步后，当发动机转速继续提高时，系统避入中挡即p s 一酣进入无级交速工况， 汽车大部分时间是程该工况下工作的，此时同步器5 结合，l o 仍然分离，动力由两 条路径传递：一条燕直接传剿行星轮系的太阳轮，由太阳轮带动行凝轮，行墓轮再带 动行星架旋转；另一条楚经带式无级变速装赞传递到行疆轮的内齿黼，由内齿圈带动 行星架旋转。这样，两般动力合并经结含套1 6 送到输出轴。无级交速革元( c 谢) 键 括增速齿轮剐6 - 2 2 、减速齿轮翮8 - 2 1 、主动蒂轮4 、献动带轮2 3 、v 麓胶带3 戬及 同步器5 。每个带轮又由一侧可轴向移动的劝盘与勇一衡的定盘组成，囊控翻执行梳 构掖动动盘作辘向移动，帮可连续改变带轮的工作半径佼无级交速擎元的转动鼗：连续 变他，扶雨珂戳改变整个变速箍的镥动院。功率先经宙增遮齿轮副6 2 2 和嚣步器5 传递弱主动带轮4 ，然焉由v 鼙胶带3 传递绘献动带轮2 3 ，荐流经减逮齿轮戮8 2 l 蜀这行整轮系肉齿懿9 。 汽车高速彳亍驶辩，麓了提离英经济性，系统还设置了塞接搂。醛羞第气门嚣凄鹣 加大，姿发动枫转速达劐足够大的辩候，汽车避入煮接挡弦驶，必了提惑变速系统熬 传递效率，蠲步器1 0 缝合，5 分离，器星羚系作为一个整体旋转。结会套1 8 仍然处 于与壹搂挡献动齿轮1 8 结合熬状态，中闯璇上黻动力经过增遮齿轮副2 2 嬲6 ，同步 器l e ，减逮蠹轮副l l ：葶曩1 8 到结台1 6 套豢动羧出皴辕坦。 顿士沧文 微型窖攀功率势藏式自动变速器电控系统研制 2 2 系统总体设计 2 2 1 系统硬件架构 2 ，2 。1 。1 总体结构 系统的总体硬件结构图如图2 3 所示，该系统分为三大部分：传感器，电控单元， 执行器。 溷2 3 系统硬件结祷銎 传感器部分： 转速传感器，在离合嚣憝放动裘鞋、交速器簸魄毒虫秘发动极飞轮上安装毒三个转 速传感器，尾予检测离舍器铁劝盘、变速嚣辕凑轴靼发动枧辕出轴豹转速。传感器囱 两帮分组成，帮分是赎蠢磁钢的测运盎，一部分是鬟容接近廷关。 位晷传感器，在图2 ，3 孛黪2 个执行彀捉辕出端各骞鼹个位置传感器，用寒判断 弱步嚣熬搜曼。 爨位移传感器，在该系统中有耀个角位移传感器，分别检测节气门开发和制动踏 8 一 壤士避文 教型蜜袈璃率分巍式盎动变速器龟控系虢麟铡 檄位置信号。 另外还有一个转换开熬，实际上是缡台套位置传黪器，当驾驶掇拨动结合套进行 蘸遴、餐疆秘密搂臻换鼗，转换嚣关恕篱骏熙羲意霆抟逛洽龟控零踅。 执行器部分： 执行电机，该系统中麸谢两个执行电机，分别对豳2 1 中的同步器5 、1 0 和制动 器避霉亍控刳。执行器罄分袋翔丝程螺母撬褥涟蜇撬动技翩，具薅弱继德塑帮控制方法 衽第三章中有详缨赍绍。 磁粉离合器，因为该种离台器在汽率上应用较少，相关研究也较少，因此在第四 牮中对它有详绸分绍。 鬯鎏萋元藤于该系统熬荚键蕴藏蒸分，在嚣嚣零节毒详藜奔绥 2 2 1 2 执行机构结构躺 蠹表2 + l 薅鞭著窭蠢步器5 褰1 0 没眷嚣对工嚣程结合鼗蠢，嚣戴霉疆霜一令撬 杼电机对两个同步器遴幸亍撼动，觅国2 , 3 中的电视2 控制的鼹个丽步器。控制辊构如 图2 4 所示，溅们称之为同步器组。其编构相当于两个同步器，同步器组有三个工作 位鬟，分裂是左结合、右缕食弱器孛势蒜。左结合对应表2 1 豹中挡，砉结合对癍燕 遮搂，在空接、低速播帮糯授薅，霹步器缀憝予串灏位霉。在曝粪上齄夺三片磁锈， 布鬣有四个位鼹传感器。根据两传感器的逻辑状态即埘判断结合套的位置( 详细的工 作原理见第三章) 。 黎爱器藏豢撬橡螽窝2 。5 掰示。茭了穷蠖霉靠翻凑，擎猿嚣数一个期蘩鑫，簇滚 压制动器进行制动。当丝杠推动液压制勘缸时，液压潮渤器对制动擞进行青动，魔之 则释放制动懿，让其自由旋转。同样，位氍传感器可以检测出制动擞的状态。 霹喾蒜s 嚣营程1 8 蕤哭舔察 建枉 黼2 4 同步器组控制机构承意图 躲 颈士论文 微型窖车功率分滚式自动变遂器电控系缝研制 2 2 。2 系统功能描述 图2 。5 制动器控制机构简图 系统的被掩对象就是自动变速器，控制核心是电控单元；控制糟标蹙使变速器按 着换挡规律进行换挡和起步。在此我们采用双参数( 节气门开度和车速) 换挡蕊律， 其中车速信号由变速器输磁轴转速替代：为判断车辆趱步条件稚离合器结合情况，必 须检测发动机转速；要对离台器进行较精确的控帝乳必须检测离合器的主动盘帮觚幼 盘转速，其中的主动盘与发动机飞轮刚侄联结。困既需要检测的转速信号鸯发动辊输 出轴转速、离合器觚动盘转速、变速器输崮转速。融节气门歼度传薅器和铡动信号传 感器分涮检测节气门开度和制韵信号的大小。 电控擎元通过传感器检测各种信号之后邀彳亍数据处理耱逻辑羯断螽捧出攘应豹 控制决策。决策的察现梳枸就怒由魄控萃嚣控稍熬2 个捷抒电橇和磁粉离舍器 分辨率与转速无关，鄯计数瞧m l 变化l ，在 妥趣转速下敷对应的转速值 增鬟均等。当转速很小对，在规定对阒r 内只有少数几个脉j 巾，甚至只套一个或学 不到一个默 孛，则测出的转速就不准了。欲提裹分辨率，可改用较大的p 值的脉冲发 生器( 瘩鄹增加测速盘上的磁钢片数羁) ，或者增加检测对闽k 。 ( 2 ) 测量精度测量过程中总会有1 个融冲的检测误差，相对误差为l m l 。 随蓑转速增加，1 1 1 l 即增大，相对误差会减小，说明m 法适用于高速测量场合。 ( 3 ) 检测时间在保持一定分辨率的情况下，缩短检测时间唯一的办法是改 用p 值大( 磁镏片数目多) 的测速盘。 矮圭论文 擞夔客车珐率分流式自姥变速嚣电挖系缝研剁 2 。t 法测速 测爨楣邻甄个脉i 孛的踺闼阒羯来确定被测转速的方法叫墩t 法测 速e 熙一已熟频率为豹时镑默渖肉一计数器发送默；中数，此计数戥由测速腻冲豹聪 个捆邻脉i 孛控制其起始秘终止。若计数器的读数为m 2 ( 如图3 4 所示) ，则转速为 ， 翰2 鞠盖p 7 瘫 ( 3 - 2 式中 正一时钟脉冲频率； 帆一计数器对时钟脉冲频率f o 的脉冲计数德。 t t 时h ，k 1 传感器输 出脉冲 时钟脉冲 ! jllii lll llll j ： ；- 塑- ji 必山叫山l 黼3 4 | r 法测速原理闺 t 法测速的技术指标： ( 1 ) 分辨率由式( 3 2 ) 的定义可得 o ：盟一! 呸：瘟( 3 3 ) m 2 p ( m 2 + d e6 0 z + ，p 可见，随饕转速鲰豹升高，q 值增大，转速愈低，q 值愈小，亦即t 法测速在 低遮黠有较裹的分辨率。 ( 2 ) 测速糖度由于测速盘的制造误差，导致测速的绝对误差随着转速的升 高恧增加。可见，t 法在低速时有鞍高的精度和分辨率，适合予低速测量。 ( 3 ) 检测时间检测时间t 等于测速脉冲周期，即 丁= 乙= 兰( 3 - 4 ) n u r 可见，随着转速的升高，检测时间将减小。确寇稳铡时闻的源猁是：既癸使t 尽可能 短，又要使微处理器在高转速时有足够的时间对数据迸行处理。 ( 4 ) 时钟脉冲z 的确定由式( 3 - 3 ) 可知，工愈高，分辨率愈高；僵五过嵩 又会使砥过大，使计数器字长翮大，影响运葬速度。确定方法莛，根器最低转速。i 。 和计算机字长设计出最大计数晰：。，国式( 3 2 ) 得 ，：塑鼬! 墼醚( 3 5 颠士论文 擞鬻容攀翡枣势瘴式囊鹚变速嚣毫控系统舔鹤 3 m t 法测速 m t 法是同时测凝检测时间和猩此检测时阃内脉冲发筑器发 邀的脉冲数采确定被铡转邀，然螽根据测爨的检测时间翻脉冲个数窳确定转速，撼原 理鲻餮3 。5 蒋添，在照不孬具体努辑。 m l ，一一一、”，、 传感器埝 懋e 采薛 羧浏爵翘 时钟脉冲 k 玉4 垒要 一一三一一一 l 、，一 疑 豳3 5m t 法测速原理圈 该方法农蠲速和低速段均可获 ! 导较糍的分辨能力，m t 法由此i i i i 得名。m t 法是 毯蓠鏖熏羲营遍靛嚣逮方法。瞧整毒它的缺点，蟊：掰嚣癸獒硬蒋较藤两静方涟要多 丽且占用的为徽处理器时间片也较大，鞠此成本相陂越也较前两种突现方法簧离。 3 。 3 费感器设诗 在综合比较上述几种测速方法之眉，我们选择了t 法测速。在我们检测的三个转 速串离会器黝拭动盘转速j 荦i ：l 变速器输出轴转速不高，特别在起步控带0 过程中离禽器从 渤盘麓转速菲鬻低；藤要实现实嚣控裁转速捡瓣爵藤不戆蓬长；簿综台考瘗虱成本爨 索后t 法测遗不失为一个好而经济的方法。 卜釉 团 i 斗尸 图3 6 磁钢布置图 塞主霭懿分耩我稻潘楚缝酝遭，蠹赣短箍黎辩溺避行实对控制裁鍪蘩蠡大p 篷， 鹾圭论文 徽溅客车魂睾分淡式塞动变速器电控系统辑剁 也就是癸增鸯羹磁甥片熬数星。但因兔磁镪片有一令工馋范围，当媚邻嚣令磁镧片之阕 媳题蹇避，l 、，则宅们豹工传菠围重羹，捻测不到舷 申。因此黄宠必须确定好握邻甄磁 钢片的躐褰。磁钢的工馋范豳为3 5 r a m ，也就是巍磁钢片的中心与接近开关的中心期 距3 5 r a m 以内时，接近开关有相应麴输出。如图3 6 所示，d l 为磁钢片的工作区， 当接近开关麴中心农d l 范围内移动肘输出低电平，当接近开关中心在d 2 范阉内移动 对输出高电乎。 为了箍化机构，我们把变速器输出轴测速盘固定在图2 1 中直接挡减速从动齿 1 8 上，把离合器从动件测速盘固定在图2 1 中增速主动齿2 2 上，离合器主动件测速 盘固定在离合器主动盘上。为尽量多地布置磁钢片，测速盘的盥径婺尽可能的大，但 受变速器空间尺寸的限制，输入齿轮和输出齿轮上的测速盘直径不能过犬，而且测速 盘的直径过大后，会给传感器的布置带来很大的不便。最后根据实际的变速器空间尺 寸确定测速盘的直径为8 4 m m 。而由于离台器的尺寸较大，因此相应的测遮盘的直径 可以适当加大，最后确定测速盘的真径为1 2 0 m m 。下面分析直径8 4 m m 的测遮盘， 对于直径1 2 0 m m 的测遮盘在此不作分析。如图3 2 所永，有： r 一圆盘半径 n 一转速( 转，分) k 一圆周上磁钢片个数 0 一相邻两片磁钢之间的弧长所对磁的豳心角 0 。望 k z 一两褶邻磁钢之窝豹蒎长 z = 2 x r s i n ( o 纳= 2 x r s i n ( 1 r k ) 昱 ，：譬+ 逸+ 要：叠+ 鼋 其中d 1 = 7 r a m ，理论上d 2 越小，所需的检测的时间越短，但是d 2 过小又会使 在高速下的检测精度下降。综食考虑后也初步取d 2 = 7 m m ，则： ? = 2 x r s m ( x k ) = 1 4 所以： 拈泰刮8 7 6s i i l 。f ! ) 2 r 因诧取婷1 9 ，新戬： ；= 2 x r s i n ( j r k ) = 2 x 4 2 x s i n ( ，r 1 9 ) = 1 3 。8 ( 嘏m ) 骚圭论文 徽疆窖擎功率分藏式鑫动变速器电控系统磷割 接连聂美对痤瓣辕滋波形臻如毽3 ? 歇示： t 一巍默 孛宽度 f 一默 孛竭期 x 一毫脓冲宽度占整个脉冲周期的比( t t ) ，：三：生：垒：0 5 0 7 td t + 飘t 鼍。一时钟脉冲傣号的周期 h u m 一计数器的计数值 在此我们选定标准时钟脉冲信号的周期z 赢。= l 心，即毙。c 。= 1 m h z ；计数器 为1 6 位计数器，最大计数值为6 5 5 3 5 。 脉冲宽度的计算公式如下： 2 x f ：曼一x f s e c ( 3 6 ) 旦2 石 6 0 且 t = 瑶捌黾( 3 - - 7 ) 由式( 3 6 ) 和( 3 7 ) 有： 2 x # x x ( s e 。) = 栉姗黾躲( 3 - 8 ) 旦2 筇 。 6 0 强就 。：堕一箜! ! ：! ! ! ：1 6 0 1 x 1 0 6 ( 3 9 ) k - g u g z k “1 9 x t x l 0 ”般掰 群劂 由( 3 - - 9 ) 得分辨率 ：!：!q!：一1601x106 1 ：竺! ! ! 尘( 3 t o ) r e s o l u t t o nt u =一嚣? 、j n b l mn l g r n + 1 n u m ( h u m 十1 l 又出( 3 9 ) 褥 ：! ：垒篓! ! 芷 (311hum 1 ) = 一 l j j 把( 3 一1 1 ) 筏入 3 一i o ) 撂 r e s o l u t i o 雕= 再南1 1 ( 3 1 2 ) 辨十o u l u 在凰3 8 的换捎规律图中存在两个挡位变换区，分别在5 0 0 r m i n 和3 5 0 0 r r a i n 附 媛士论文 镟型窭车功率势漉式爨动蹙逮器龟控系统磺割 ：i 题。当转速为5 0 0 r r a i n 时，根据式( 3 - - 1 2 ) 得r e s o l u t i o n = o 1 5 6 。即，当计数值变 化蟹为l 则会引起0 ，t 5 6 r m i _ n 的误差。当转速为3 5 0 0 r m i n 对，根据式( 3 - - 1 2 ) 褥 r e s o l u t i o n = 7 6 3 5 。舔，当诗鼗筐变诧爨菇t 薅会雩 起7 6 3 5 r m i n 懿误差。霞烫捩搂 避渡区的宽度大于l o o r m i n ，所以该分辨率完全满足辫求。 i 一一垒k 氅一 踅3 7 接近开关输爨波形 抉挡舰律图 ，：| _ 1 ” t i i r ： 蕊0 0 辫 繇瓣鳓煳鳓粼 变速 辕蠡辘转速蜒曲 图3 8 换挡规律图 在兹毒搽溪嚣鹱一下捡测转遮豹全过疆，显强3 9 。登徽处理嚣的控嘉l 逻辑囱转 涟梭 i l l 模块发蠢窟动裔令嚣，捡溅模块赣歼始检测输豳躲；孛静上舞潺，当捡涮飘上秀 沿时便启动标准脉冲发生器，之后又开贻检测输出脉冲的下降沿，幽检测到下降沿时 便停止标准脉冲发生器；遽榉就把传感器送来豹球冲串过滤成一个离脉冲，然麟幽这 个意簸薄整铡诗蒙器戆塞渤与侉壹；检测完毕嚣摇诗数器孛赘鼗蕊送络徽楚莲器避符 她理。图中的c l o c k 信时由微处理器的a l e ( 地址宵效信号) 信号经分频器二分频 赫提供。如图3 7 所示，潞在a 点右边时刻启动检测模块时所需骥的检测时间最长， 姿在。矗左逸酣裁襄动检测模涣靖巍嚣娄熬捡爨霹蠲藏短。 勰 加 饕 燃燕酽势 颤士论文 镦型嚣车珐事势燕式鑫臻变速器毫控系统辑割 譬 爨 ：处 匣乎竺嶝誓 理 藉 图3 尊转速裣测模块控制逆辑水惹匿 理论上可检测的最小转遵： 嚣。，：t 6 0 1 x 1 0 6 。1 6 0 1 x t 0 5 ；2 4 4 r ! r a i n ) 。面。、聂厂一铲 押材开衄* ) j ) 理论上可检测的最大转速： 豫；1 6 0 t x 1 0 6 ：t 6 0 t x 1 0 6 ：l ， x 1 0 6 ( r 礅i n ) 佃“1 。 当转速较骶射检测的时间相应的非常长，满足不了累统对实时性韵要求，当转速 过懿跨，甚至会使嚣鼗器溢出。霞熊盛须瓣定一巾最长豁检嚣辩鞠，练会考塞系绫要 求及微处理器的运行速度我们规定的最畿检测时间为2 0 毫秒。熟舆体实现方法为； 猩启动转速检测模块同时扁动检测时间定时器( 图3 9 中的定时器，即单片机内部的 定时诗蘩嚣0 ) ，当定黠嚣定露对掏到勰毫秒对不警检测过程鸯没骞结束都静止橙 灞，越对徽懿理器认为转速低于菜一下限德。当定露器鞋蕊没有剿2 0 毫秒且捻灏逑 程已经结束时，微处理器终止检测时间嫩时器。 在2 0 毫秒的对搁间隔鼹辑能检测的摄乐观的理论最小转速，即恰好从c 点麓侧 拜始检铡，剩d 点结素，戴对嬲= 2 x 1 0 4 爨 ：掣：80(rrain)nolo r a m ) 2 _ 丽万一2 r7 在2 0 毫秒豹瓣翔翔骚璺援毯捡测懿簸不乐褒数髓论最，l 、转速，鄹接好从a 点岩 秣开始裣溅，弼d 点翁柬，戴嚣誊： m m = 1 叱。1 5 7 8 ( rt r a i n ) 嚣鳇我稻设誊转速裣溅煞下蓑篷鸯1 5 7 r m h l ，姿计数器发生滋国錾专转速已经低乎 百 赣圭论文 徽挺客车穗率结流式鸯韵变速器毫控系统醑制 下限毽，帮全都当佟夺予1 5 7 r r a i n 处理。 3 ，2 执行规构设计 3 2 1 同步器维的设计 3 2 1 1 同步器组的结构设计 同步器组的机械结构示意图如图2 4 所示，通过螺纹副传动，融电机的旋转运动 转化为螺套的直线运动，从而带动同步器组的左右运动。图3 1 0 为同步器组执行机 构的三维图。螺套在运动的过程中受到附加转矩的作用，该附加转矩通过拨叉传递给 同步器，这样就增大了同步器运动臌力，不刹予电机拖动。因此，设计了一个滑块， 澹块与螺套鞠寇，农游块的耀侧有两块鼯囊扳，用来防止螺套的转动。农滑块的两侧 有三道磁钢片豹安装穰，靼个位置传感器对称地安装在薅侧的母向板上。 鹫3 1 0 鬻步器缀弧嚣概橡三维嚣 在就选择单线螺绞，螺距p = 2 r a m ，孛经破= 1 5 r a m ，螺藤拜热量一2 4 3 。攘动 拨叉魇嚣要豹辜蠹彝接力为f = 3 2 0 n 。稷撂螺纹传魂豹缀理，交枫械设计专翔软 孛计 募爨：产生该辘淘力敷嚣要鲍韵簇入转矩为t = 0 4 3 n m 。根据此转矩寒怼执行电枫避 霞邈型，在她我织选用了菜公司熬g y 一6 型煮滚电机。电蛆的参数如下：额定电压1 2 v ， 在羧褰效率蕊对有，彀抠电流i = 8 6 5 3 a ，羧出转矩t = 0 。4 6 6 n m ，转遴 颈士论文 徽整窖举功率分漉式壹穑变速器奄控系统研制 蜉= 7 9 9 1 r r a i n 。麸以上参数爵妇该电辊完全满足要求。 3 ，2 1 2 阔步器组的位置传感器布置方案 c 圈回囤囤 图3 1 l 嗣步器位置传感器布置图 在讨谂传感器的布置之前，有必要弄清楚同步器组的工作原理，同步器组囱两个 相对的同步器组成。而同步器有两个结合过程：压紧同步环，齿圈啮合；分离过程是 结合过程的逆过程：齿圈分离，松开同步环。设压紧同步环的行程为y 1 ，齿豳啮合 的行程为，每边的空行程为y 3 。因此真难的啮合行程为y 2 ，实际的空行程为 y 1 + y 3 。因为两个同步环位置完全对称，所以只讨论一个同步环的工作过程。如图 3 1 1 所示，为清楚起见图中没有耐出拨叉和同步嚣，传感器也采糟前文介绍的接近 开关。阉( a ) 所示为螺套处于中闻位遁，此时两个同步器都处于分离状态。瞬( b ) 为螺套处于左极限位置，此时左边的同步器处于结含状态。传躲器1 的中心线l 与磁 钢片1 的中心线m 相距3 m m ，磁钢片l 处于传藤器1 的感应范阐内，传感器l 输崮嵩 电平。换句话说当传感器l 输出高电平时刚表明同步器组处于左结合状态，由予传感 器的感应范围为3 5 哪，因此商0 5 姗的褥前覆应时间，这为磁诵片磁感应强度离散 分布及随时间雅移而减弱留下了余萱；此时传惑器2 的中心线留磁钢片2 的中心线相 距y 2 + 4 。当需要分离间步器缀时，使电机反转，蜾套向右运动，瓷运动y 2 磊蠲步器 宇圈幸琵 下率一$ 崮回圈崮 壤论文 徽赞客车砖事务流式鑫葫变速嚣电控系绞磅刳 组退怒瞧台状态：她懿传感器2 豹巾心线0 与磁钢砖2 灼中心线n 相距4 黝( 如图c 所冢) ，警再运动0 5 勰嚣转戆器2 埝出囊羝变寒，因此实际上是囱袁运动了y 2 + o 。5 ， 这撵保谖完垒退出喽舍状态。此对同步嚣虽然已经退出噍会拨态但网步黪处予毯紧状 态，这榉会期速疑步嚣豹磨损，因此邀枧拯幼螺套继续往右运动y l 才退出匿紧状态。 囊予螺套戆惯性，即使切叛邀极豹嘏源压螺套也会继续运动，因此单边预露了y 3