（机械设计及理论专业论文）重型车amt网络化电控系统的研究与开发.pdf

中文摘要 摘要 电控机械式自动变速器( a m t ) 是在传统的固定轴式变速器和千式离合器的基 础上，通过增加电控单元( e c u ) 、传感器以及相应的执行机构实现自动变速的。由 于它具有传动效率高、成本低和易制造等优点，从上世纪7 0 年代中期起，就成为 自动变速器发展的一个重要方向。 随着电子技术和现代控制理论在自动变速器系统中的应用，a m t 技术得到了 不断发展和完善，性能也有很大提高。特别是上世纪9 0 年代中期，车载网络在车 辆上的普及应用更提高了a m t 系统的控制性能、减少了传感器数量和线束，为 a m t 的商业应用打好了基础。 课题结合重庆市科技攻关项目重型车辆机械自动变速传动系统研制及产品 开发以及“8 6 3 ”计划资助项目重型商用车机械自动变速器r ( a m t ) 开发，按照重 型车辆对现代a m t 电控系统的要求，基于s a ej 1 9 3 9c a n 通信协议，把a m t 电 控系统作为车载c a n 通信网络的一个智能节点，采用数字信号处理芯片 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 设计开发了a m t 电控系统。 本研究以构建与实现网络化a m t 电控系统为目标，以电控发动机( e d c 7 u c 3 1 ) 和法士特变速器为研究对象，制定了相关的离合器接合与选换档控制策略，并开 发了相应模块的控制程序，具体做了如下几项工作： ( 1 ) 通过对国内外a m t 发展现状及发展趋势进行分析，提出智能化和网络化控 制是a m t 的发展方向；指出在a m t 系统中，发动机、离合器和变速器之间存在 相互关联、相互影响的关系，需要各子控制系统的相互协调配合；分析了现代a m t 系统的组成部分和构建网络化a m t 电控系统的基本要素。 ( 2 ) 分析了c a n 总线网络的特点、j 1 9 3 9 协议内容以及e d c t u c 3 1 电控发动机 的p g n 定义，制定了基于s a ej 1 9 3 9 协议的网络化a m t 智能节点p d u 编码，为 实现网络化a m t 控制系统提供了网络控制协议标准。 ( 3 ) 对a m t 中离合器、变速器的控制进行了研究，制定相关的离合器接合与选 换档控制策略，讨论了离合器模糊控制和最佳动力三参数换档规律在d s p 系统中 的实现过程，为系统设计和实现提供了控制依据。 ( 4 ) 基于t i 公司d s pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 处理器开发智能a m t 控制节点主控板、 采集驱动板和设定及监控模块硬件系统；讨论了汽车控制器电磁兼容与d s p 系统 抗干扰设计。 重庆大学硕士学位论文 ( 5 ) 基于前面的硬件系统设计了信号采集与处理、s a ej 1 9 3 9 通信、串口通信、 离合器控制、选换档控制等系统底层软件模块，为系统集成和实验奠定了坚实的 基础。 关键词：a m t ，c a n 通信，电控单元，网络化控制，电磁兼容 英文摘要 a b s t r a c t a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m t ) i sf o r m e dt oi m p l e m e n ta u t o m a t i c s h i f tt h r o u g hc o m b i n i n gt h et r a d i t i o n a lf i x e ds h a f tt r a n s m i s s i o na n dd r y - t y p ec l u t c hw i t h e l e c t r i cc o n t r o lu n i t ( e c u ) ，s e n s o r sa n dt h ec o r r e s p o n d i n ga c t u a t o r a m th a db e e na v e r yi m p o r t a n tt r e n ds i n c et h em i d d l eo f7 0 sl a s tc e n t u r yb e c a u s ei t st r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c yi sh i g h e r , i t sc o s ti sl o w e ra n di t sm a n u f a c t u r ei se a s y t h ep e r f o r m a n c eo fa m ti s i m p r o v e d p e r f e c t e d a n de n h a n c e dw i l l lt h e a p p l i c a t i o no fe l e c t r i ct e c h n o l o g ya n dm o d e r nc o n t r o lt e c h n o l o g y e s p e c i a l l yi nt h e m i d d l eo f9 0 sl a s tc e n t u r y , t h ee q u i p p e dn e t w o r ko nt h ev e h i c l ew a sp e r m e a t e dt o i m p r o v et h ec o n t r o lp , = f o n n a n c eo fa m ts y s t e ma n dr e d u c et h ea m o u n to fs e n s o ra n d w i r i n gh a i h e s s ，w h i c hp a v e dt h ew a y f o rt h et r 0 d eo f a m t t h er e s e a r c hi st h ei m p o r t a n tp a r to f t h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yt a c k l ek e y p r o j e c t o fc h o n g q i n g - 叮h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i cm e c h a i l i ct r a n s m i s s i o ns y s t e ma n d p r o d u c tf o rh e a v y - d u t yv e h i c l e ”a n di sa ni t e m t h ed e v e l o p m e n to fa u t o m a t i c m e c h a n i ct r a n s m i s s i o nf o rh e a v y - d u t yc o m m e r c i a lv e h i c l e w h i c hi ss p o n s o r e db yt h e 8 6 3 ”p l a n a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fh e a v y - d u t yv e h i c l et om o d e r l la m te l e c t r i c c o n t r o ls y s t e m ，b a s e do nt h es a ej 1 9 3 9p r o t o c o l ，t h ee l e c t r i cc o n t r o ls y s t e mi sr e g a r d e d a sai n t e l l i g e n c en o d eo fc a nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ko nb o a r da n dd e s i g n e db y a d o p t i n gd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n gc h i p s p ) - - t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a t h i sr e s e a r c hi s a i m i n ga tc o n s t r u c t i n ga n di m p l e m e n t i n gt h en e t w o r k e da m t e l e c t r i cc o n t r o ls y s t e m t h ee l e c t r i ci n j e c t i o ne n g i n e ( e d c 7 u c 3 1 ) a n dt h et r a n s m i s s i o n o ff a s ta r em yr e s e a r c ho b j e c t s t h ec o n t r o ls t r a t e g i e so fc l u t c h - e n g a g i n ga n d s e l e c t - s h i f t i n ga l oe s t a b l i s h e da n dt h ec o n t r o lp r o g r a m sf o rt h ec o r r e s p o n d i n gb l o c k sa r e d e v e l o p e d ( 1 ) t h ed e v e l o p m e n tt r e n do fi n t e l l i g e n c ea n dn e t w o r k e dc o n t r o lf o ra m t i s p r e s e n t e db a s e do nt h ea n a l y s e sf o rt h ep r o g r e s sa n dt r e n do fa m t t h er e l a t i o n b e t w e e ne n g i n e , c l u t c ha n dt r a n s m i s s i o ni nt h ea m ts y s t e mi sp o i n t e do u ta n dt h e c o o p e r a t i o no fe a c hc o n t r o ls u b s y s t e mi sn e c e s s a r y t h ec o n s t i t u e n t so ft h em o d e m a m ts y s t e ma n dt h eb a s i ce s s e n t i a lf a c t o r so f c o n s t r u c t i n gt h en e t w o r k e da m te l e c t r i c c o n t r o ls y s t e ma r ca n a l y z e d ( 2 ) t h ec h a r a c t e r i s t i c so f c a n n e t w o r ka n dt h ec o n t e n t so f j l 9 3 9 p r o t o c o la n d t h e p g nd e f i n i t i o nf o re l e c t r i ce n n t r o lu n i to fe d c 7 u c 3 1e n g i n ea r ea n a l y z e d b a s e do n i i l 重庆大学硕士学位论文 s a ej 1 9 3 9p r o t o c o l ，t h ei n t e l l i g e n tp i t c hp o i n tp d uc o d eo ft h en e t w o r k e da m ta r e f o r m u l a t e d ，w h i c hl a yt h en e t w o r kc o n t r o lf o u n d a t i o nf o rr e a l i z i n gn e t w o r k e da m t c o n t r o ls y s t e m ( 3 ) t h ec o n t r o lf o rc l u t c ha n dt r a n s m i s s i o ni na m t a r es t u d i e d ，w h i c hp r o v i d e d s o m ef o u n d a t i o nf o rc o n t r o ls y s t e md e s i g na n dr e a l i z a t i o n t h eo p t i m a ld y n a m i c a ls h i f t r u l eo fh e a v y - d u t yv e h i c l ei sc o n s t i t u t e da n dt h ei m p l e m e n tp r o c e s so fa p p l i n gf u z z y l o g i ct oc o n t r o lc l u t c hi nt h ed s ps y s t e mi sd i s c u s s e d ( 4 ) t h em a i nc o n t r o lb o a r d ，s a m p l i n gd r i v eb o a r da n dm o n i t o rb l o c kh a r d w a r e s y s t e mo fi n t e l l i g e n ta m tc o n t r o ln o d ea r ed e v e l o p e db a s e do nd s pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 a p r o c e s s o ro ft ic o r p o r a t i o n a tt h es a m et i m e , e l e c t r o m a g n e t i s mc o m p a t i b i l i t yo f v e h i c l ec o n t r o l l e ra n da n t i - j a m m i n gd e s i g nf o rd s p s y s t e mi sd i s c u s s e d ( 5 ) t h es i g n a l ss a m p l i n ga n dp r o c e s s i n gb l o c k ，s a ej 1 9 3 9c o m m u n i c a t i o n p r o g r a m , s e r i a lc o m m u n i c a t i o np r o g r a m ，c l u t c hc o n t r o la n ds d e c t - s h i f tc o n t r o lb l o c k a r ed e s i g n e do nt h ef o u n d a t i o no ft h ea b o v eh a r d w a r es y s t e m ，w h i c he s t a b l i s has o l i d f o u n d a t i o nf o rt h es y s t e mi m e g r a t i o na n ds y s t e mt e s ti nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：黼c a nc o m m u n i c a t i o n ， e l e c t r o m a g n e t i cc o m p a t i b i l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：乃拳黄 签字日期：。哆年多月广日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名： 幸硝菱 导师签名： 签字日期：乒哆年占月7 日签字日期：口2 唧年占月7 日 l 绪论 1 绪论 电控机械自动变速器( a m t - a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ) 是在传统的固 定轴式变速器和干式离合器的基础上，通过增加电控单元( e c u ) 、传感器以及相应 的执行机构，从而实现自动变速的。由于它具有传动效率高、成本低和易制造等 优点，上世纪7 0 年代起就成为自动变速器的一个重要发展方向。目前国内重型车 辆装备的都是手动机械式变速器，形成了相当规模的生产能力。由于重型车辆使 用条件极为恶劣，变速器负载大、档位多、换档操纵沉重，使驾驶员劳动强度大、 容易疲劳，影响驾驶安全。a m t 是一种经济性的自动变速器，在重型车辆上具有 广阔的应用前景。“十一五”期间科技部已将重型车机械自动变速器( a m t ) 研制与 开发列入“8 6 3 ”重点课题。本文将结合所承担的科技项目，对重型车辆a m t 电 控系统进行研究与开发，为a m t 产业化奠定基础。 1 1 触涯t 的特点和发展概况 1 1 1 a m t 的特点 在汽车工业的发展过程中，传动系自动变速一直是人们追求的目标。随着电 子控制技术和现代控制理论在自动变速系统的应用，自动变速技术得到不断发展 和完善，自动变速器性能也有很大提高【”。目前汽车自动变速器大致可分为三种： 液力自动变速器( a t - a u t o m a t e dt r a n s m i s s i o n ) 、机械无级自动变速器 ( c v t - c o n t i n u o u s l y v a r i a b l e t r a n s m i s s i o n ) 、电控机械自动变速器。 a t 由于存在效率低、结构复杂、制造难度大、成本高等缺点，从而很难取得 突破性的改进。c v t 从理论上说可以使发动机始终在其经济转速区域内运行，最 大限度地利用发动机特性，提高动力性和经济性，但传动扭矩能力较低，目前只 能用在3 3 l 以下的车辆上l 2 l 。 电控机械式自动变速器a m t 是在传统的固定轴式变速器和干式离合器的基 础上，通过增加电控单元( e c t d 、传感器以及相应的执行机构实现自动变速的。这 种自动变速器既能像a t 那样实现自动变速，又具有传统机械自动变速器m t 传动 效率高、价格低和结构简单等优点。当然由于a m t 系统保留了固定轴式变速器和 干式离合器的结构形式，这就决定其具有以下缺点：起步过程中，由于主、从 动盘的转速差较大，离合器在结合时容易产生冲击和磨损；换档时会产生动力 中断，使换档前后传动系统的传动比会发生突变，车辆容易产生冲击；a m t 控 制参数多、控制系统相对复杂。 重庆大学硕士学位论文 1 1 2a m t 发展概况 随着电子技术的不断发展，从2 0 世纪6 0 年代起，开始出现了对传统的干式 离合器和手动机械变速器采用电子控制的半自动操纵实现换档。如美国伊顿公司 的半自动变速器“s a m t ，德国z f 公司的半自动变速器“s e m i s h i i t 。这些变速器 并未能实现控制过程中最困难的起步过程自动化，即在起步时驾驶员还要干预离 合器的接合过程，还没有实现完全意义上的自动变速。这就是第一代a m t ，也叫 半自动a h 仃变速器。 1 9 8 3 年，日本五十铃公司在世界上率先研制成功全自动电控机械自动变速器 n a v i 5 ”，并装于a s k a 轿车和日野的蓝带大客车上；同年伊顿公司也宣布成功 地在重型货车的手动变速器上实现了自动化。到上世纪8 0 年代末，全自动a m t 进入了实用化阶段，如1 9 8 8 年z f 公司在一种1 6 档的变速器实现了自动换档，命 名为“a u t os h i f t 、并装备在g e n e v a 货车上。同时德国大众公司，意大利菲亚特公 司，法国雷诺公司和日本的丰田公司相继开展a m t 研究和开发。从上世纪9 0 年 代开始，美国、德国生产的重型汽车开始使用a m t ，使在复杂多变条件下工作的 车辆换档品质和起步性能得到进步的提槲引。 1 9 9 9 年7 月美国e a t o nf u l l e r 推出6 、7 、1 0 、1 3 、1 8 档电控机械自动变速器 a u t os h i f t 如图1 1 ，该系列自动变速器换档控制策略允许基于载荷进行换档，而 不是严格地按照车速换档。 图1 1 伊顿自动变速器实物图 f i 9 1 1d i a g r a mo f r e a le a t o nf u l l e ra u t o m a t e d t r a n s i m i s s i o n s 随着电子技术的发展和各种现代控制理论在a m t 系统中的应用，目前a m t 控制系统已经进入了智能化的研究。由于离合器的起步控制和换档规律与外界道 路环境情况、人的主观驾驶意图、车辆的运行状态密切相关，无法进行精确控制， 故在控制策略上多采用模糊控制、神经网络等智能控制方法，以提高a m t 传动系 统的智能。同时在a m t 系统中，发动机、离合器和变速器之间存在相互关联、相 2 1 绪论 互影响的关系，需要各子控制系统的相互协调配合。所以将发动机、变速器、a b s 纳入整个动力传动系统考虑，实现资源共享、简化控制系统结构、提高控制性能 也是a m t 技术的个发展方向【】。可见a m t 正朝着智能控制和综合控制的方向 发展。 我国的a m t 研制开发工作起步相对较晚，目前吉林工业大学、北京理工大学、 重庆大学等进行了相关的研究，并取得了一定的成绩。如1 9 9 8 年8 月吉林工业大 学自主开发研制的桑塔纳2 0 0 0 型a m t 样车通过了由原国家科委、原机械工业部、 上海交通大学、清华大学和上汽集团组成的鉴定委员会的鉴定；2 0 0 1 年1 2 月2 8 日哈尔滨埃姆特汽车电子有限公司开发研制的a m t 技术，顺利通过国家科技部组 织的专家组验收获得国家专利，其技术产品质量己接近产业化水平。2 0 0 5 年9 月 1 8 日在国家“十五”重大科技成就展上一汽展示了自主研发的大客车，在这辆大客 车中安装有一汽自主研发的a m t ，其a m t 控制系统还可以与车上的其它控制系 统进行信息交互；目前哈尔滨华崴集团宣称其开发的电控机械式汽车自动变速器 控制系统，已经进入了试验车可靠性试验阶段。在a m t 理论研究方面吉林工业大 学迸行了广泛的研究，先后提出了二参数最佳换档规律、动态三参数换档规律、 最佳同步换档规律、动态闭环换档控制、离合器模糊起步控制等理论。尽管国内 的a m t 技术已经有了相当的基础。在理论上的研究已经接近国际水平，但就研制 水平而言基本上处于单独控制a m t 阶段，这和国外相比还存在着相当大的差距， 真正产业化还有一定的距离。 1 2 现代舢v r r 系统的结构与特点 目前，发达国家的汽车动力变革正处于“控制革命”阶段。“控制革命”的本质是 自动控制。它由各总成单独控制向传动一体化综合控制；从一般化控制向智能化 控制、网络化控制【6 】的方向发展。 a m t 是在传统的固定轴式交速器和干式离合器的基础上，应用电子技术、自 动控制理论，以变速器电控单元t c u 为核心，实时采集发动机转速、中间轴转速、 车速、油门踏板位置、制动踏板位置、离合器位置、档位、变速箱油温等车辆运 行参数，并根据内置在电控单元中的控制规律，通过各种执行机构自动调节发动 机转速和扭矩、实现离合器起步和换档时接合速度的自动控制、以及选换档的自 动操作川。 随着车载网络在汽车上的普及应用，为了减少传感器数量和线束、提高a m t 系统的控制性能，把a m t 控制系统作为车载c a n 通信网络的一个智能节点，使 得变速器的电子控制单元能共享发动机e c u 的信息，实现动力传动系统综合控制 是现代w t 系统的主要特点。现代a m t 电控系统结构图如1 2 所示。 重庆大学硕士学位论文 图1 2 现代a m t 电控系统结构图 f i 9 1 2 c o n f i g u r a t i o n d i a g r a m f o r m o d e m a m t e l e c 臼o a i c c , o n 订o ls y s t e m 现代a m t 电控系统是通过对车辆状态参数的采集、利用车载高速c a n 通信 网络、借助相应的执行机构，完成离合器、变速器和发动机自动控制的系统，它 可以分为以下几部分： ( 1 ) 车辆状态参数的采集 车辆的驾驶过程实际上是一个由人车环境构成的复杂的动态系统，如何从这 个复杂的动态系统中有效地提取有用的、精确的控制参数是实现a m t 自动变速的 前提。理论上控制系统获取的控制参数越多，那么控制系统就越接近真实的系统。 也就是说在a m t 系统中假如电控系统能真正识别驾驶员的意图、获取道路的真实 状态和车辆的运行参数，这本身就为实现高性能的a m t 系统打下了坚实的基础。 实际上a m t 控制系统不可能采集所有的状态参数，对很多无法直接测量的参数往 往通过其它参数间接反映，如通过油门踏板位置粗略反映驾驶员的操纵意图。现 代a m t 控制系统应用到的车辆运行参数和控制信号主要有：发动机转速、扭矩、 油门踏板位置、离合器位置、离合器输入、输出轴转速，车速、制动踏板压力、 换档控制盘信号以及档位节点信号等。 ( 2 ) c a n 通信网络 c a n ( c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k ) 是1 9 8 6 年b o s c h 公司为解决现代汽车中众多测 量控制部件之问的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。c a n 通信网络上的 4 1 绪论 节点不分主从，任意节点均可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息，通 信方式灵活；它以短帧方式实现数据的高实时性，每一帧的数据量都不超过8 个 字节，传输时间短、受干扰概率低，具有良好的检错效果；节点中均有错误检测、 标定和自检能力；在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上其他 节点的操作不受影响；由于其众多的优点，c a n 已经成为目前应用最广泛的汽车 网络通信标准。 s a ej 1 9 3 9 协议是由美国机动工程师协会( s a e - - s o o i e t yo fa u t o m o t i v e e n g i n e e r s ) 组织和发布的，以c a n 2 0 b 技术规范为基础的串行通信协议标准。它广 泛应用在大客车、载货汽车等重型车车载网络上。其物理层标准与i s 0 1 1 8 9 8 规范 兼容，通讯速率最高可达到2 5 0 k b p s 。 ( 3 ) 离合器控制 离合器控制是a m t 控制系统中的重点和难点，它主要包括车辆起步和换档时 离合器接合速度控制，其关键是车辆起步时离合器接合速度的控制。国内对离合 器起步控制的研究取得了很多理论成果，提出了不少控制方法和控制策略，如采用 模糊控制【l 、白适应控制、滑模控制、神经网络控制等控制方法。无论采用何种 控制策略，起步离合器控制都是以油门开度、发动机转速、发动机扭矩、输入轴 转速等为控制参数，根据既定的离合器最佳接合规律控制离合器的接合行程和速 度。 ( 4 ) 选换档控制 自动完成选换档操作是a m t 系统的主要目标之一。a m t 选换档控制包括档 位决策和换档过程控制：档位决策就是根据车辆运行情况和驾驶员意图，按照设 定的控制目标( 如最佳经济性、最佳动力性) ，确定当前车辆运行的最佳档位；换档 过程控制实际就是操纵执行机构，按一定的时序完成升档或降档的过程。 在实际的a m t 电控自动变速系统中，常常把油门踏板、车速、车辆加速度作 为档位决策控制参数，并制定相应的选换控制规律，以数据表的形式存放在控制 器的r o m 中。根据选用档位决策控制参数个数的不同，可以将换档规律分为单参 数换档规律、二参数换档规律和三参数换档规律。为了实现三参数换档规律，常 将油门均匀量化，并在相应的单元以二维数组的形式存入车速v 和加速度a ，当控 制器检测到目前的油门开度和计算出当前的加速度时，就可以把数据库中的车速 和目前的实际车速作比较，从而做出是否换档的决策。 换档规律也与外界道路环境情况、人的主观驾驶意图、车辆的运行状态密切 相关，为了避免弯道意外换档等错误现象，故在控制策略上多采用模糊控制方法， 以提高a m t 系统自动换档的性能。 5 重庆大学硕士学位论文 ( 5 ) 发动机控制 随着支持j 1 9 3 9 协议的电控柴油发动机以及车载c a n 网络在重型车辆中的普 及应用，现代a m t 控制系统不再直接参与发动机控制，而是通过c a n 通信网络 共享发动机e c u 的信息，并对发动机进行网络控制。 ( 6 ) 执行机构 执行机构是按控制器的控制信号，操纵控制对象的机构。a m t 系统执行机构 主要包括离合器执行机构和选换档执行机构，不同实现方式的执行机构以及性能 的好坏会直接影响控制策略的实现和控制系统的性能。目前重型车辆a m t 的执行 机构有电控电动、电控液动和电控气动三种不同的技术方案可选择，其性能比较 见表1 1 ： 表1 1a m t 执行机构性能比较 技术方案的种类优点缺点 易于控制、成本低，可利驱动力小，需要加装降速增扭 电控电动 用车辆电源 机构：对电机可靠性要求高 动作平稳，控制精度高，驱 电控液动 加工成本高，控制系统复杂 动力大，可靠性好 气压低，执行机构体积大；气 电控气动可以利用整车充足的气源 体较难控制，控制精度偏低 由于控制精度偏低，电控气动形式的a m t 执行机构在轿车上已经很少使用， 但在重型车辆还广泛使用着；电控电动加装降速增扭机构后，执行机构变复杂、 延长了执行机构的响应时间，而电机的可靠性较差。综合看来，电控液动由于具 有动作平稳、控制精度高、驱动力大、可靠性好等优点，具备产业化的竞争优势， 但也面临较大的技术挑战。 1 3 课题研究的意义 a m t 系统是一种充分利用现代电子技术和自动控制技术，在原有固定轴式齿 轮变速器的基础上，实现选换档和离合器自动操纵的自动变速器。它不仅保留了 传统齿轮变速器效率高、成本低、易于制造的优点，而且具有其它自动变速器的 自动变速功能，并且操纵方便，尤其省油特性更明显。试验表明，装有a m t 技术 的车辆，比同类a t 车辆节油近1 0 - - - 2 0 ，尤其在城市行车频繁换档的情况下节 油更显著。因此研究a m t ，不仅能提高汽车燃油经济性，而且可以大幅度改善城 市环境污染，有很好的社会效益。具体说来国内在重型车辆上开发a m t 系统十分 必要，因为 6 1 绪论 ( 1 ) 开发a m t 系统是实现变速器自动变速、提高动力性能的最佳选择； ( 2 ) 分析数据表明，如果把a m t 装配在载重汽车上( 以2 0 0 5 年国内载重货车销 售量2 8 6 8 万辆为例1 ，预计可增加销售收入几亿元，具有显著的经济效益； ( 3 ) 以国内现有的技术力量和加工水平完全能胜任a m t 技术，所以在重型车辆 上装配a m t 符合国情； ( 4 ) 上世纪9 0 年代开始，美国、德国生产的重型汽车开始使用a m t ，并得到 用户认可，这为国内开发重型车辆a m t 系统提供了成熟的范例； ( 5 ) a t 工艺复杂、造价高，c v t 传动扭矩能力较低、目前只能用在3 3 l 以下 的车辆上，所以要实现重型车辆的自动变速只有寄希望于a m t 技术。 ( 6 ) 电子控制单元t c u 是a m t 系统的核心，t c u 设计的好坏直接关系到整个 a m t 的品质，所以对重型车辆a m t 电控系统进行研究与开发，可以很好为a m t 产业化奠定基础。 1 4 论文主要的研究内容 a m t 控制系统要求实现的基本功能是，根据车辆的状态参数、行驶路面以及 驾驶员的意图，自动完成起步和换档过程的自动控制。为了提高a m t 的性能。开 发a m t 电控系统涉及到如下关键技术： ( 1 ) 传感器的选择和优化，控制参数的获取和处理； ( 2 ) 网络化a m t 控制的基础研究以及实现方法； ( 3 ) 离合器起步、档位决策理论与技术的研究； ( 4 ) 电控系统电磁兼容的研究。 本课题结合重庆市科技攻关项目重型车辆机械自动变速传动系统研制及产 品开发，按照重型车辆对现代网络化a m t 电控系统的要求，基于s a ej 1 9 3 9c a n 通信网络，采用数字信号处理芯片t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 设计开发相应的a m t 电控单 元，具体研究内容如下： ( 1 ) 通过对国内外a m t 发展现状及发展趋势进行分析，提出智能化和网络化控 制是a m t 的发展方向；指出在a m t 系统中，发动机、离合器和变速器之间存在 相互关联、相互影响的关系，需要各子控制系统的相互协调配合：分析了现代a m t 系统的组成部分和构建网络化a m t 电控系统的基本要素。 ( 2 ) 分析了c a n 总线网络的特点以及j 1 9 3 9 协议内容以及e d c t u c 3 1 电控发 动机的p g n 定义，制定基于s a ej 1 9 3 9 协议的网络化a m t 智能节点p d u 编码。 ( 3 ) 对a m t 中离合器、变速器的控制进行了研究，制定相关的离合器接合与选 换档控制策略，讨论了离合器模糊控制和最佳动力三参数换档规律在d s p 系统中 的实现过程，为系统设计和实现提供控制依据。 7 重庆大学硕士学位论文 ( 4 ) 基于t i 公司d s pt m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 处理器开发智能a m t 控制节点主控板、 采集驱动板和设定及监控模块硬件系统；讨论了汽车控制器电磁兼容与d s p 系统 抗干扰设计。 ( 5 ) 基于前面的硬件系统设计了信号采集与处理、s a ej 1 9 3 9 通信、串口通信、 离合器控制、选换档控制等系统底层软件模块，并对它们进行了模块化的调试， 为系统集成和实验奠定了坚实的基础。 8 2a m t 网络化控制系统 2a m t 网络化控制系统 a m t 网络化控制系统是把a m t 控制器作为车载传动系统c a n 通信网络的智 能节点，按照j 1 9 3 9 通信协议，实现a m t 控制器与其它控制系统( 如发动机控制 系统、a b s 控制系统等) 或智能传感器( 差速器智能传感器、坡度智能传感器等) 共 享资源、实现一体化控制的a m t 控制系统。将c a n 通信网络引入a m t 控制系 统，实现a m t 控制的分布化和网络化是现代a m t 系统的发展方向。本章论述了 c a n 2 0 b 技术规范以及s a ej 1 9 3 9 协议标准【l o 】，分析了网络化a m t 控制系统的 各组成要素。 2 1c a n 通信简介 2 1 1c a n 通信的特点 c a n ( c o n t r o l l e r a r e a n e t w o r k ) 是1 9 8 6 年b o s c h 公司为解决现代汽车中众多测量 控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。由于其有较多的优点， c a n 已经成为目前应用最广泛的汽车网络通信标准【1 1 1 。 美国汽车工程师协会( s a e - s o c i e t yo fa u t o m o t i v ee n g i n e e r ) ) 将车载c a n 通信网 络划分为四类：a 类( 通讯速率 1 0 k b s 的低速网络，主要应用于电动门窗、座椅 调节、灯光照明等系统) 、b 类( 通讯速率在1 0 k b s 1 2 5 k b s 之间的中速网络，主 要应用于电子车辆信息中心、故障诊断、仪表显示等系统) 、c 类( 通讯速率在 1 2 5 k b s 1 m b s 之间的高速网络，用于实时控制，主要用于传动系统( 发动机、变 速器、a b s 等系统) 和d 类( 通讯速率在1 m b s 以上，用于车内的多媒体网络) 。实 际的车辆中通常有两到三个独立的c a n 通信网络，不同的c a n 通信网络通过网 关构成整个汽车网络。有些车辆上低速c a n 又被l i n 网络取代，通过网关与c a n 总线相连。c a n 通信主要有如下技术特点l 协1 5 1 ： ( 1 ) c a n 通信网络上的节点不分主从，任意节点均可在任意时刻主动地向网络 上其它节点发送信息，通信方式灵活； ( 2 ) c a n 网络上的节点信息具有不同的优先级，可满足不同实时性的要求，高 优先级的数据最快可在1 3 4 微秒内得到传输； ( 3 ) c a n 采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优 先级较低的节点会主动地退出发送，而最高优先级的节点可不受影响地继续传输 数据，从而节省了总线冲突的仲裁时间； ( 4 ) c a n 只需通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点及全局广播等几种方 式传送接收数据，无需专门的”调度”； 9 重庆大学硕士学位论文 ( 5 ) c a n 通信的直接通信距离最远可达1 0 k m ( 速率5 k b p s 以下) ；通信速率最高 可达i m b p s ( 此时通信距离最长为4 0 m ) ) ( 6 ) c a n 的节点数取决于总线驱动电路，目前可达1 1 0 个；报文标识符可达2 0 3 2 种( c a n 2 0 a ) ，而扩展格式( c a m o b ) 的报文标识符几乎不受限制； ( 7 ) c a n 以短帧多发的方式实现数据的高实时性，每一帧的数据量都不超过8 个字节，传输时间短、受干扰概率低，具有良好的检错效果。节点中均有错误检 测、标定和自检能力。在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能，以使总线上 其他节点的操作不受影响； ( 8 ) c a n 通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤，选择灵活。 2 1 2c a n 2 0 的报文格式 网络上的节点要实现通信，必须接受相互识别、相互接受的约定和规则，建 立通用的标准用于各e c u 之间通信，即为通信协议。通信协议要解决系统优先权 问题、灵活性问题、可扩展性问题、诊断接口问题、独立性问题、数据共享问题 等，1 9 9 1 年9 月p h i l i p s 半导体公司制订并发布了c a n 技术规范( v e r s i o n 2 0 ) 。 该技术规范包括a 和b 两部分。c a n 2 0 a 给出了c a n 标准报文格式，而c a n 2 0 b 给出了标准和扩展的两种报文格式。1 9 9 3 年1 1 月i s o 正式颁布了道路交通运载工 具一数字信息交换高速通信控制器局部n ( c a n ) 国际标准( i s o l l 8 9 8 ) n 6 】，为控制 器局部网在车载网络使用标准化、规范化铺平了道路。 c a n 技术规范2 0 的报文格式结构如表2 1 所示，它由7 个不同域组成。标准 格式和扩展格式唯一不同的是标识符( m ) 长度，标准格式的标示符为1 1 位，扩展格 式的标示符为2 9 位 1 7 - 1 8 】。 表2 1c a n 2 0 报文格式 格式起始域 仲裁域控制域数据域校验域应答域帧结束 d0 - 8 字节 c r c a c kb o f标准s o f1 1 位d r t r er 0 l 扩展 s o f2 9 位ds r r) er t rf lr 00 - 8 字节c r ca c ke o f c c a n 2 0 技术规范报文格式介绍如下： ( 1 ) 帧起始( s o f - s t a r to ff r a m e ) ：报文的起始位称为帧起始( s o f ，它用来标志 数据帧或远程帧的起始，并使所有站点同步； ( 2 ) 仲裁域：标准格式的仲裁域由1 l 位标识符和远程发送请求( r t r ) 位组成， 标识符位于m 2 8 m 1 8 ；扩展格式的仲裁域由2 9 位标识符、替代远程请求( s s r ) l o 2a m t 网络化控制系统 位、标识位和远程发送请求( r t r ) 位组成。标识符位于2 9 d 0 ，1 1 3 e 为扩展数 据位； ( 3 ) 控制域：标准格式的控制域包括i d e 、数据长度码( d l c ) 和保留位r 0 ；扩展 格式的控制域，4 位数据长度码( d l c ) 和保留位f o 、r 1 ； ( 4 ) 数据域：0 - 8 字节的数据，首先发送最高有效位： ( 5 ) 校验域：1 6 位，包含一个检测位，用于自动监测网络传输错误； ( 6 ) 应答域：共2 位，包括应答间隙和应答界定符； 帧结束：共7 位，用来标示通信结束，在相邻的两条报文之间有间隔位，如 果这时没有节点发送信息，则表明总线处于空闲状态。 c a n 有4 种不同类型的报文类型：数据帧、远程帧、出错帧或超载帧。数据 帧：携带数据由发送器至接收器；远程帧：用以请求总线上的相关单元发送具有 相同标识符的数据帧：出错帧由