（车辆工程专业论文）自动变速箱电子控制单元的研究与开发.pdf

同济大学汽车学院硕士论文 摘要 自动变速是汽车电子控制技术的重要组成部分，它改善了车辆动力性和经济 性，提高了安全性，同时还大大减轻驾驶员的疲劳程度。依国内现有条件，探索 开发自动变速箱电控单元的方法在汽车业蓬勃发展的今天尤其显得重要。本论文 以同济大学汽车动力仿真研究所与上海齿轮厂a g 4 合作项目为背景，对同类和相 近车型自动变速箱的基础上，对a g 4 自动变速箱的电子控制单元( e l e c t r o n i c c o n t r o lu n i t ，以下简称e c u ) 进行了研究与开发。该电控单元实现了正确的换 档控制和液力变矩器锁止离合器控制，并通过控制点火正时和强制降档等措施提 高换档品质。对电磁阀等执行器采用闭环控制措施，减少了程序代码编写负担， 并提高了系统的可靠性。 论文首先介绍了自动变速箱的发展趋势，重点分析了e c u 中控制策略部分。 然后详细分析了0 1 n 型自动变速箱结构，控制原理。 本文的重点是在分析a g 4 自动变速箱控制策略的基础上，开发了适合于o i n 型自动变速箱e c u 的硬件和软件。硬件主要包括微处理器最小系统，输入模块， 输出模块，监控模块，电源模块等各个部分的设计，软件主要包括主程序和各个 子程序对控制策略的实现。 本文还对硬件、软件的可靠性设计进行了较为深入的研究，尤其在电路硬件 设计方面提出了较为完善的抗干扰措施，而软件抗干扰方面提出了采用汇编语言 嵌入t a s k i n g c l 9 6 高级语言的方法。 本文自制信号发生电路，频压转换电路，车速采集数显电路等，极大方便了 e c u 的调试。并将其控制策略与实车测试所得的换档规律进行了分析比较。表 明该系统已基本实现自动换档功能，并能较好的控制换档时刻，过渡过程控制准 确，为本科研项目的拓深打下了坚实的理论和实践基础。 关键词：自动变速e c u换档规律 l l 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 a bs t r a c t a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o ni sa ni m p o r t a n ts e c t i o no fa u t o m o t i v ee l e c t r o n i cc o n t r o l t e c h n o l o g y , w h i c hi m p r o v e st h ev e h i c l e se c o n o m i c a la n dd y n a m i cp e r f o r m a n c e s ， b r i n g su sw i t hm o r es a f e t y , a n dg r e a t l yd e c r e a s e st h ef a t i g u eo ft h ed r i v e r 、m t ht h e e o n d i t i o n go fo u rc o u n t r y , f i n d i n go u taf i g h tw a yt od e v e l o pe c uo fa u t o m a t i c t r a n s m i s s i o ni se v i d e n t l ym o s ti m p o r t a n tw i t ht h eg o i n g o nd a y sw h e nt h ec a rf i e l di s d e v e l o p i n ga n dg r o w i n gq u i c k l y t h et h e s i si sf r o map r o j e c tw h i c hc o o p e r a t e dw i t h s h a n g h a ig e a rw o r k s a m o n g i tt h em a j o rd u t yi st h er & do fa u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n t h ee c ur e a l i z e dt h er i g h ts h i f t i n gc o n t r o l l i n g a n dc o n t r o l l e dt h eh y d r a u l i ct o r q u e c o n v e r t e r1 0 c ku pc o n t r 0 1 t ol e s s e nt h eb u r d e nf o rp r o g r a m m i n g c l o s e dl o o pt h e s i si s u s e dt od e s i g nt h ev a l v ec o n t r o l l i n gs y s t e m ，w h i c hi m p r o v e st h er e l i a b i l i t yo ft h e s y s t e ma tt h es a m et i m e t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h ed e v e l o p i n gt e n d e n c yo fa u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ， w h o s em o s ti m p o r t a n tp a r ti st h ec o n t r o ls t r a t e g yo fe c u a n dt h es t r u c t u r ea n d c o n t r o lt h e o r yo f0 1 na u t o m a t i ct r a n s m i s s i o na r ee x p l a i n e di nd e t a i l 砀pm o s ti m p o r t a n to ft h i sd i s s e r t a t i o ni st od e v e l o pt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e f o ra u t o m a t i ct r a n s m i s s i o no n 也eb a s i so fa n a l y z i n gt ot h ec o n t r o ls t r a t e g yo fa g 4 t h eh a r d w a r ei n c l u d e st h em i n i m a lm c ud i g i t a le l e c t r o n i c c i r c u i t i n p u ts i g n a l p r o c e s s i n gc i r c u i t ，o u t p u ts i g n a ld r i v i n gc i r c u i t ，c 埘b u sc i r c u i t ，p o w e rc i r c u i t ，w a t c h d o gc i r c u i ta n ds o0 1 1 t h es o f t w a r eo fi tm a i n l yi n c l u d e st h em a i np r o g r a ma n dh o w t o r e a l i z et h ec o n t r 0 1s t r a t e g y s e l f - m a d es i g n a lg e n e r a t i o n ，f vt r a n s l a t i o nc i r c u i t ，a n dd i g i t a ld i s p l a yc i r c u i tf o r v e l o c i t ya r ed e s i g n e di no r d e rt om o d u l a t et h ee c uc o n v e n i e n t l y ac o m p a r i s o ni s d o n eb e t w e e nt h es t r a t e g ya n ds h i f t i n gl o g i cf r o mt h et e s to fa c t u a lv e h i c l e w h i c h i n d i c a t e st h a tt h ee c uh a sr e a l i z e dt h et w op a r a m e t e r ss h i f t i n gc o n t r o la n dc a n m o d u l a t et h es h i f t i n gd u r a t i o nt i m e a 1 1o fa b o v eb u i l du pas t r o n gf o u n d a t i o nt om o v e t h ep r o je c tt o w a r di nt h ef u t u r ed a y s a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n e l e c t r o n i cc o n t r o lu n i t s h i f t i n gl o g i c i i i 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 声明尸明 本人郑重声明：本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果，撰写成硕士学位论文“自动变逵箍电壬控剑皇丞的婴宜墨 趔 。除论文中已经注明引用的内容外，对文中的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：歹垂亟 2 0 0 4 年2 月2 8 日 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 绪论 o 1 现代汽车电子控制技术概论 据统计，从1 9 8 9 年至2 0 0 0 年，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成 本中所占的比例由1 6 增至2 3 以上。一些豪华轿车上，使用单片微型计算机 的数量已经达到4 8 个，电铲产品占到整车成本的5 0 以上，目前电子技术的 应用几乎已经深入到汽车所有的系统。 按照对汽车行驶性能作用的影响划分，可以把汽车电子产品归纳为两类： 一类是汽车电子控制装置，汽车电子控制装置要和车上机械系统进行配合使用， 即所谓“机电结合的汽车电子装置；它们包括发动机、底盘、车身电子控制。 例如电子燃油喷射系统、制动防抱死控制、防滑控制、牵引力控制、电子控制 悬架、电子控制自动变速器、电子动力转向等，另一类是车载汽车电子装置， 车载汽车电子装置是在汽车环境下能够独立使用的电子装置，它和汽车本身的 性能并无直接关系。它们包括汽车信息系统( 行车电脑) 、导航系统、汽车音响 及电视娱乐系统、车载通信系统、上网设备等。 目前电子技术发展的方向向集中综合控制发展：将发动机管理系统和自动 变速器控制系统，集成为动力传动系统的综合控制( p c m ) ；将制动防抱死控制 系统( a b s ) 、牵引力控制系统( t c s ) 和驱动防滑控制系统( a s r ) 综合在一起 进行制动控制；通过中央底盘控制器，将制动、悬架、转向、动力传动等控制 系统通过总线进行连接。控制器通过复杂的控制运算，对各子系统进行协调， 将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化底盘控制系统( u c c ) 。 由于汽车上的电子电器装置数量的急剧增多，为了减少连接导线的数量和 重量，网络、总线技术在此期间有了很大的发展。通讯线将各种汽车电子装置 连接成为一个网络，通过数据总线发送和接收信息。电子装置除了独立完成各 自的控制功能外，还可以为其它控制装置提供数据服务。由于使用了网络化的 设计，简化了布线，减少了电气节点的数量和导线的用量，使装配工作更为简 化，同时也增加了信息传送的可靠性。通过数据总线可以访问任何一个电子控 制装置，读取故障码对其进行故障诊断，使整车维修工作变得更为简单。 1 同济大学汽车学院硕士论文 汽车电子技术的应用将使汽车发生以下主要变化： 汽车的机械结构还将发生重大的变化，汽车的各种操纵系统向电子化和电 动化发展，实现“线操控 。用导线代替原来的机械传动机构，例如“导线制 动 、“导线转向”、“电子油门 等。 汽车1 2 伏供电系统向4 2 伏转化。随着汽车电子装置越来越多，消耗的 电能正在大幅度地增加。现有的1 2 伏动力电源，已满足不了汽车上所有电气系 统的需要。今后将采用集成起动机一发电机4 2 伏供电系统，发电机最大输出功 率将会由目前的1 千瓦提高到8 千瓦左右，发电效率将会达到8 0 以上。4 2 伏 汽车电气系统新标准的实施，将会使汽车电器零部件的设计和结构发生重大的 变革，机械式的继电器、熔丝 机械产品向高级的机电一体化产品方向发展，成为所谓的“电子汽车 。 o 2 轻型轿车自动变速箱电子控制技术的发展 0 2 1 国外发展情况： 自从1 9 0 2 年第一辆由法国人制造的带有自动变速箱的汽车诞生以来，自动 变速箱的发展就开始了其漫长的历程。先是1 9 1 4 年德国奔驰公司生产的皮带传 动的机械式无级变速器；接着在1 9 2 6 年别克汽车生产出了第一台液力变速器， 它将液力耦合器和手动变速器装在一起，但是为在换档时能够中断动力传递必 须在此时踩离合器；而第一台真正意义上的自动变速器应该来自1 9 3 9 年的美国 通用的奥兹莫比尔( o l d s m o b i l e ) 汽车，它大胆的采用了串联式行星齿轮组成 的液力变速器。4 0 年代末5 0 年代初，出现了根据车速和节气门开度来自动控 制换档的液力控制换档自动变速器，使得自动变速器进入迅速发展时期。到1 9 7 5 年，自动变速器在重型汽车和公共汽车上的应用已经相当普及。 自动变速箱的电气化始于1 9 6 8 年，时年法国雷诺公司在自动变速器中使用 了电气元件；接着在7 0 年代末电子控制技术开始应用于汽车变速器，日本丰田 成功研制出了世界上第一台电子控制变速装置，并在1 9 7 6 年实现了批量生产； 1 9 8 2 年，丰田公司生产的一台a 一1 4 0 e 型电控自动变速箱，它装配在佳美四缸 机上，是变速器电控单元走向只能化的鼻祖；时隔两年，美国的奥兹莫比尔汽 2 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 车也装上了电控自动变速箱；目前美国大部分的汽车装用了自动变速器，而日 本和西欧国家汽车自动变速器的普及率也接近9 0 。 0 2 2 国内发展情况 国内采用自动变速器的最早车型应该属于第一汽车制造厂的红旗c a 7 7 0 型 三排座高级轿车，该车型在1 9 6 5 年 - - 1 9 8 0 年间共生产了1 2 8 3 辆，它的自动变 速器在结构上与美国克莱斯勒汽车的p o w e rf i l t e 自动变速器相似。一汽大众 1 9 9 8 年开始批量生产装有电控自动变速器捷达轿车，它采用的是德国大众的第 三代9 5 型o i m 电控4 档自动变速器。武汉的神龙富康于1 9 9 9 年初推出装有a l 4 型自动变速器的富康9 8 8 轿车。目前国内有奥迪( m u l t i t r o n i c 无级手动一 体式变速箱的奥迪a 6 ) 和刚刚上市的派力奥、西耶纳、东南菱帅等采用手动 自动一体化的无级变速器 0 3 本文的主要研究工作 本文经过对0 1 n 型自动变速箱的结构及其电控单元的分析，并参考其他车 型的电控单元的特点，设计出针对0 1 n 型自动变速箱的电控单元e c u ，并采用 伟福仿真器和s o u r c ei n s i g h t 3 1 ，利用t a s k i n g c l 9 6 语言编写了其控制程序， 在设计过程中采用m a t l a b 软件工具对其控制策略进行了仿真研究，并通过仿真 试验台验证其性能。 首先，是自动变速箱控制系统e c u 硬件设计： 它主要包括电源电路，模拟量输入信号调理电路，开关量输入信号调理电 路，开关量输出信号电路和功率放大电路，另外还包括与发动机控制系统通讯 的c a n 总线接口电路。 其次，是变速箱控制系统的软件，除换档点控制外，还包括： 模式自动选择控制，即根据运动参数的变化规律，自动选择动力性模式和 经济性模式；换档品质控制：通过对主油道压力的调节，对换档品质控制阀的 调节，对点火正时的调节，对空调器的调节等，来实现换档品质的优化。 在设计硬件时，为在软件中实现模糊断档控制策略，对于各个执行器的工 作状态各取反馈信号，经e c u 分析，判断得出控制逻辑所需要的某一个状态。 同济大学汽车学院硕士论文 第一章a g 4 自动变速箱介绍 0 1 n 型自动变速器广泛用于大众车系，主要包括s a n t a n a 2 0 0 0 时代骄子， 捷达都市先锋，捷达都市阳光，高尔夫，宝来等，它采用模糊逻辑控制理论， 在换档时以车速及发动机负荷信号为主要参数，同时又考虑行驶阻力、驾驶员 的驾驶习惯及交通环境等因素，合理的对换档进行自动控制，从而使车辆具有 良好的动力性、经济性和驾驶操作性。它有4 个前进档和1 个倒车档，可供换 档杆选择的位置有：p 、r 、n 、d 、3 、2 、1 。 1 1a g 4 自动变速箱结构 o i n 型自动变速器由液力变矩器、行星齿轮变速器、主减速器及差速器、 液压系统和电控系统组成。 官的结构原弹妇下图所示： 图1 10 1 n 自动变速箱结构原理图 4 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 1 1 1 液力变矩器 主要由泵轮、导轮、涡轮以及带有扭转减震器的锁止离合器组成。发动机 的动力经过液力变矩器传输给行星齿轮变速器，实现发动机与变速器的“软 联接从而延长发动机和变速器的工作寿命：变速器前端装有锁止离合器，它根 据车辆的负载，速度和第1 ，第2 ，第3 ，和第4 档位的状况，机械性的闭合， 具体控制由e c u 来执行，即根据变速箱输出轴转速传感器和车速传感器输入的 信号，给出执行指令，控制一个电磁阀。而此受控的电磁阀则通过控制一个油 道进行升压或者降压，使锁止离合器接合或者分离。锁止离合器的接合和分离 是由e c u 通过锁止离合器( t c c ) 电磁阀来控制的。 1 1 2 行星齿轮变速器 行星齿轮变速器通过分离和接合离合器或制动器实现传动比的变换，进一 步增大始自发动机的转矩，扩大变速范围，提高汽车的适应能力。它主要由行 星齿轮机构、离合器、制动器和单向离合器组成。离合器和制动器以液压方式 控制行星齿轮机构的旋转，单向离合器以机械方式对行星齿轮机构元件进行锁 止。离合器k 1 用于驱动小太阳轮，离合器k 2 用于驱动大太阳轮，离合器k 3 用 于驱动行星齿轮架，制动器b 1 用于制动行星齿轮架，制动器b 2 用于制动大太 阳轮。不同档位时各个部件的工作情况见表1 1 ： 。彩缪 硒 档位 b l b 2k 1k 2 r 1 h 1 m 0 2 h - 2 m、，- 3 h 3 m 0 4 h 4 m 表1 1 不同档位时各部件工作情况 同济大学汽车学院硕士论文 1 1 3 电控系统 电控系统根据加速踏板位置和车速并借助于换档特性曲线来执行换档，每 换一档都有相应的换档特性曲线。0 1 n 型自动变速器e c u 内有两个换档程序： 一是与车辆负荷有关的换档程序，一个是和驾驶以及行车状况有关的换档程序。 与车辆负荷有关的换档程序可以识别出上坡、下坡、带挂车及顶风等情况，e c u 按照车速、节气门开度、发动机转速和加速等情况，计算出车辆负荷，然后确 定换档时刻；与驾驶和行车状况有关的的换档程序是按照模糊逻辑原理来确定 换档时刻的，该原理会识别出当驾驶员踩下加速踏板时所产生的运动系数，借 助于该系数在s p o r t ( 动力模式) 和e c o ( 经济模式) 之间形成一个换档时刻线。 因此在动力模式和经济模式之间存在许多随意的换档时刻，因为对不同的行驶 情况反应更灵敏。 e c u 是电控系统的核心，它根据发动机转速传感器、节气门开度、变速器 输入轴转速传感器、变速器输出轴转速传感器、变速器油温传感器等运行参数 以及各种开关的状态信号，调用存储单元中的控制程序，对各个执行器发出控 制指令，使相应的电磁阀动作，从而实现对变速器的控制。 1 2a g 4 自动变速箱控制方式 和其他自动变速箱一样，a g 4 自动变速箱也是利用电子自动控制的原理来 执行各种控制任务的。各类传感器将自动变速箱以及发动机还有车轮等的各种 运动参数转变成电信号，电子控制单元根据这些信号，按照既定的程序发出控 制信号，推动各种执行器主要是电磁阀来推动阀体总成中各个控制阀的工作， 以完成各种控制任务。 e c u 根据其所存储的各种换档规律，按照汽车行驶的需要选择相应的档位， 使汽车的燃油经济性和动力性良好，并使得它与整车中的其他控制系统相匹配， 包括发动机控制，防抱死控制等。自动变速器控制系统主要包括输入信号传感 器及开关、电子控制单元和输出执行器件。传感器有与电子燃油喷射发动机控 制系统共用的发动机转速、节气门开度，测量变速器输出转速的传感器以及选 档杆位置、换档模式、强制低档开关等。电子控制单元由i o 接口、c p u 和存 6 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 储器( r a m r o m ) 组成，其作用是决定最佳档位及变矩器是否闭锁。而动作的实现 则依靠电磁液压阀。 1 2 1 换档点的控制 换档点是变速箱输出轴转速、节气门开度、杆位和油门踏板踩下速率的函 数。例如驾驶员可以将杆位置于“d ”杆并较柔和踩下油门踏板，则换档点由下图 ( 图1 2 ) 所示的换档图所决定。 口r r a i n 变速器输出轴转速_ 图1 2 自动变速箱换档图( 部分) 图中横坐标为变速器输出轴转速( 相当于车速) ，纵坐标为发动机节气门开 度( 相当于负荷) ，图中曲线1 - 2 ，2 - 3 ，3 - 4 对应于升档时的换档点，而曲线4 3 ， 3 - 2 ，2 - 1 对应于降档时的换档点。车速增加时，只要变速箱输出轴转速和节气 门开度所决定的工况点向右越过了相应的升档曲线，变速器自动升一档。而车 速下降时，只要变速箱输出轴转速和节气门开度所决定的工况点向左越过了相 应的降档曲线，变速器自动降一档。从曲线形状可以看出，节气门开度越大， 升档或降档时的车速也就相应地越高，从而保证了车辆大负荷低档行驶时的动 力性。 1 2 2 锁止离合器的控制 为提高自动变速箱的效率，可对液力变矩器实施闭锁控制，闭锁工作由锁 止离合器来完成，它受变速箱输出轴转速、节气门开度、档位和换档模式共同 控制。 7 同济大学汽车学院硕士论文 对锁止离合器均采用电子控制的方法，即由变速箱输出轴转速传感器信号， 节气门开度传感器信号，再加上杆位信息和踏板位置变化速率，一并传给电子 控制单元进行处理和控制。执行器有二位二通开关量电磁阀及脉宽调制电磁阀 ( p 1 】| m 阀) ，后者主要是控制锁止离合器活塞作用油压大小，以改善由液力传动 变成机械传动这个过程的舒适性。锁止离合器的锁止虽在各档都可进行，实际 上仅限于在三档和四档。采用p w m 阀可以很好地解决锁止工况点选择问题。p 1 j | m 电磁阀占空比越大，经电磁阀泄出的液压油就越多，油路压力就越低；反之， 占空比越小，油路压力就越高。 为了利用液力变矩器传力柔和的特点，在换档瞬间也可短时间地分离锁止 离合器，使液力变矩器起作用。 1 2 3 换档质量的控制 现常用三种措施来改善换档质量：一是换档时对发动机实施扭矩减小控制； 二是主油道压力调节控制；三是在换档瞬间短时间地分离闭锁离合器，使液力 变矩器工作，起到柔和传递动力的作用。下面主要介绍前两种措施。 发动机减扭矩控制就是减少发动机所产生的扭矩。控制带负荷升档时发动 机转矩的目的，是减少换档时摩擦元件所耗散的能量。它靠减少换档同步期间 发动机所产生的转矩来实现，而不需要中断动力。控制带负荷降档时发动机转 矩的目的，是为了抑制换档过程中由单向离合器和摩擦元件所产生的颤抖。减 小发动机转矩通常的方法是点火提前角延迟。 主油压调节控制的目的是为了使相关换档摩擦元件的工作油压与变速器 输入转矩准确地匹配。具体做法是，将工作油压分成两部分：一部分是固定不 变的基础压力；另一部分是可由电液调切阀调节的压力。而通过发动机空气进 气量、发动机转速、变矩器转速比等参数，可以精确计算变速器输入转矩。从 而在不同档位时，可根据其工况来调节压力参数。 1 2 4 模糊控制控制技术的应用 模糊控制不依赖于系统精确的数学模型，它采用的探索式控制规则本质上 是线性的，而且模糊控制对过程参数改变不敏感，这对于经常在不同工况下工 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 作的自动变速器来说是非常重要的。运用模糊理论进行控制的关键是模糊控制 器的设计。模糊控制器是模拟人类控制特征的一种语言控制器，其设计主要包 括模糊控制器的结构选择、模糊规则的选取、确定模糊控制器模糊化和解模糊 方法及模糊控制器输入和输出变量的论域等，核心是模糊规则的选取。 近几年，国外一些大汽车公司将模糊控制理论运用于自动变速器，以汽车 车速和节气门开度作为模糊控制器的基本输入参量，以抑制换档时产生的动载 为输出参量，兼考虑发动机油耗、排放、路况等因素，对自动变速器的换档时 机进行控制。 本章小结 本章针对a g 4 自动变速箱，介绍了其结构以及控制原理，并较为详细的分 析了各个档位工作状态下离合器和制动器的工作情况。然后对其控制方式进行 了分析。尤其提到了换档质量的控制，因为这是自动变速箱开发的重点。然后 进一步从自适应控制和模糊控制两方面阐述了a g 4 自动变速箱的控制策略。在 后面的软件编写中将会更加详细的阐述。 9 同济大学汽车学院硕士论文 第二章对a g 4 原装e c u 测析分析 2 1 对e c u 的6 8 个管脚分析 这6 8 个管脚中，有2 8 个脚与原来的的3 8 管脚的e c u 的2 8 管脚功能完全 相同。其中，与换档有关的有7 个电磁阀，包括一个p w m 阀，由两片l 9 8 2 2 驱 动。详情见表2 1 。 共有4 个传感器，变速器油温度传感器，柴油发动机转速传感器，车速 传感器，变速器转速传感器。 2 1 1 电源r t s 6 2 1l 1 的说明 对于，电源r t s 6 2 1 l 1 ，外部电源通过e c u 2 3 输入到4 号管脚，m c u 通 过m c u 1 5 号管脚发送控制信号到3 号管脚，如果是高电平，管脚1 就工作， 输出到e c u 2 2 给p w m 阀供电。并且，m c u 通过m c u 7 9 发出控制信号到6 号管脚，如果为高电平，管脚7 就工作，输出电压到e c u 一6 7 ，提供其他电磁阀 的电压。这和以前电磁阀工作前后始终有一端供电完全不同，这样做的目的提 高系统的安全性和可控性，并延长电磁阀的使用寿命。 2 1 2 电源4 2 6 7 的说明 7 个管脚，输出电压精度小于2 带复位端，复位时间可通过外挂电容调 节进行调节 具有过压、过温、短路以及反接保护， 其中过压保护可达6 0 v 将电压由1 2 v 变为5 v , 为其他芯片提供电压 提供大于4 0 0 m a 的输出电流 p t 0 2 2 0 封装，见右图2 1 图2 1t l e 4 2 6 7 外形图 1 0 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 2 1 3 驱动芯片l 9 8 2 2 说明 l 9 8 2 2 是一种用于车辆e c u 的电磁阀专用驱动芯片，串行输入，并行输出， 可以为阻抗为3 0 欧，感抗为1 0 m h 的电磁阀线圈提供达7 5 0 m a 的驱动电流。 原3 8 脚封装的e c u 的驱动电路采用7 4 h c 5 9 5 和2 8 0 3 以及s t a 4 0 1 设计。m c u 通过l 9 8 2 2 的s i1 ：3 ，发送控制信号。l 9 8 2 2 根据时钟信号，每次读入一个b y t e ， 以驱动八个口，也就是驱动八个输出开关量。 2 1 4 开关量输出信号电路的分析 输出开关量有： 1 ) 电磁阀3 ( e c u 一9 ，n 9 0 ) 、电磁阀7 ( e c u 一1 0 ，n 9 4 ) 、 电磁阀2 ( e c u - - 5 4 ，n 8 9 ) 、电磁阀1 ( e c u - - 5 5 ，n 8 8 ) 、 电磁阀5 ( e c u - - 5 6 ，n 9 2 ) ； 它们可以被称作是非阀，其中，阀1 、阀2 和阀3 起到档位变换的作用， 而阀5 和阀7 用来提高换档品质。 2 ) 空调器的换低档e c u 一1 2 ，在换档时刻c p u 对其产生执行信号； 3 ) 换档杆锁止电磁阀n 1 1 0 ，安装在换档杆上，接e c u 2 9 ，在e c u 中占 l 9 8 2 2 的两并口。也就是说，它要求较强的驱动能力，经过检测我们发现，该 阀的内阻是1 5 欧姆，所以要求较高的驱动电流。该阀与点火系统连接，它的作 用是锁止杆位。在p 、r 和1 档的杆位时换档杆将被机械锁止，可按换档杆手 柄侧面的按键接触锁止，但是点火开关接通时，该电磁阀将防止锁止的解除。 制动灯开关有效即制动踏板踩下后，e c u 将控制该阀解除对换档杆的锁止，使 得p 可切换到r 以及n 切换到其他各行驶档； 4 ) 巡航控制系统输出e c u - - 6 1 ，在具有c a n 总线的汽车上不使用； 5 ) 点火正时干预e c u 1 3 ，与e c u 一7 接： 6 ) 自由轮锁止电磁阀e c u - - 4 8 ，l 9 8 2 2 有两路并口接该管脚； 7 ) e c u - - 5 1 ，空位，占l 9 8 2 2 一路输出。 以上开关量中，除了6 1 脚，其他都是从l 9 8 2 2 的并口输出。电磁阀4 在原 来的e c u 中当作开关量，但是该e c u 的控制电路单独，与电磁阀6 的电路相 同济大学汽车学院硕士论文 近。 2 1 5 开关量输入信号电路的分析 总共有六路开关量输入： 1 ) 制动灯开关( f ) ，安装在制动踏板支架上。接e c u - 1 5 ，e c u 通过制动灯 开关信号判断车辆是否处于制动状态。它的作用：一是在车辆静止时，只有踩 下制动踏板，换档杆才能移出p 档或n 档位置；二是e c u 利用该开关信号，锁 止换档杆； 2 ) 换低档开关f 8 ，与加速踏板拉索成一体，安装在发动机舱的横隔板上。 接e c u - 1 6 ，加速踏板踩下并超过节气门全开点时该开关开始工作( 因为它是与 加速踏板连在一起的，踏板被踩到节气门全开的位置时，换低档开关就会产生 相应的信号，这个信号输入给e c u ，e c u 据此就能判断此时节气门开度已经全开， 需要执行换低档功能) ，此时强制在较高状态的换档点上将高档换到低档；此开 关被压下后时，空调装置将切断8 s ，以提高输出功率； 3 ) 多功能开关f 1 2 5 ，安装在变速器壳体的后部，由换档杆拉索控制。引 脚有e c u - 1 8 ，4 0 ，6 2 ，6 3 ，由换档杆驱动并完成四个功能： 将换档杆位置即档位的信息提供给e c u ； 接通倒车信号灯即控制倒车灯的开启； 挂行驶档位即在行驶状态时时阻止起动机起动，并锁住换档杆； 接通或切断巡航控制系统的信息； 2 1 6 脉冲量输入电路分析 车速传感器g 6 8 ，安装在变速器壳体顶部的右侧，接e c u 一2 0 和e c u 一6 5 ，通 过主动锥齿轮上的脉冲轮向e c u 提供车速信息。它的作用一是决定应该换入的 档位，一是控制液力变矩器的锁止离合器； 变速箱输出轴转速传感器g 3 8 ，安装在变速器壳体顶部的左侧，接e c u - 2 1 和e c u - 6 6 。它接收行星齿轮机构中大太阳轮的转速，而e c u 根据此转速准确判 断换档时刻，控制多片离合器工作。在换档过程中通过推迟点火提前角来减小 发动机的输出转矩；在车速传感器发生故障时作为替代信号； 1 2 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 车速传感器的e c u 一2 0 通过电阻1 0 4 接到l 9 7 9 0 - 1 8 ，变速器输出轴传感器 e c u - 2 1 通过电阻1 0 4 接到l 9 7 9 0 - 1 7 ，而它们的e c u - 6 5 ，6 6 则一起通过电阻3 3 2 2 接到l 9 7 9 0 3 5 ，发动机转速传感器e c u - 6 4 直接接到l 9 7 9 0 - 2 4 ( 注：并无实际 应用) 。 2 1 7 部分开关量和脉冲量输入信号的说明 从传感器的角度来讲，车速传感器，发动机转速传感器，变速器转速传感 器，多功能开关f 1 2 5 ，换低档开关f 8 ，制动灯开关f ，还有下面将要提到的两 类模拟量输入信号节气门电位计和变速箱油温传感器信号，都是来自传感器的 输入信号。 2 1 8 模拟量输入电路分析 变速箱油温传感器g 9 3 ，接e c l ：- 6 ，它安装在浸入自动变速器油中的滑阀箱 的扁状传输线上，是一个负温度系数( n t c ) 电阻。当自动变速器的油温达到最 高值1 5 0 。c 时，锁止离合器接合。当液力变矩器负载减少时，自动变速器油会 开始冷却，如果此时温度不下降，自动变速器控制单元就会使变速器降低一档。 一直到油温降低到1 2 0 以下时。油温传感器的信号的处理电路和3 8 脚e c u 的 同类信号处理电路完全相同，所以可以判定c p u 的3 9 脚是模拟量输入口，即 a n n 节气门电位计g 6 9 信号，e c u 一5 ； c p u - 3 6 由来自e c u - 2 3 的供电电压通过电阻2 2 k 和1 0 k 提供3 7 5 v 的电压， 应该为模拟量输入信号的用来a d 转换的参考电平。 2 1 9 脉冲量输出电路分析 本e c u 所有的脉冲量，对应于原3 8 p i n e c u ，只有驱动调制电磁阀e m 6 ，它 用来调节阀体中的主油压。它的控制电路较为复杂。b t s 6 2 1 在其控制电路中起 到了控制电磁阀电源瞬时通断的作用。 同济大学汽车学院硕士论文 2 1 10 电源模块的分析 所采用的电源是t l e 4 2 6 7 ，和3 8 p i n e c u 一样 2 1 11c p u 说明 6 8 h c i i p 2 ，8 4 - p i n ，p l c c 封装，见图2 2 2 1 12c a n 总线说明 图2 26 8 h c i i p 2 封装 采用8 2 c 2 5 0 和a n 8 2 5 2 7 构成：这是一种比较成熟的技术。在我们以前所研 究的m k - - i i 型的防抱死制动系统的电子控制单元中，也采用了这种总线方式。 但是后者是将c a n 控制器集成在主芯片上。 1 4 一一一一一黼一一融e一砌一一一一一一一一丽 舢一一一洲一一一丽髓一吼懈一一莹瞄瞰嘲阪嗽一一一一一一一一一丽髓一吼懈一莹瞄瞰嘲阪嗽 f_fc 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 2 1 13 自诊断系统 自诊断系统对一些紧急情况的处理： 1 ) 如果自动变速器控制单元出现故障或者某些输入信号中断，自动变速器进入 应急运行状态，这时可通过换档杆在滑阀箱内换档( 液压1 档、液压3 档和 倒档仍有效) 。如果换档杆在d 档位置，则车辆通过液压3 档起动。 2 ) 如果e c u 没有收到电磁阀的信号，则e c u 进入紧急运行状态； 3 ) 变速器油温传感器信号中断，没有其他信号可以代替。 4 ) 如果e c u 没有收到多功能开关的信号，则e c u 进入紧急运行状态； 5 ) 如果e c u 没有收到变速器转速传感器的信号了，则e c u 进入紧急运行状态； 6 ) 如果e c u 没有收到车速传感器的信号，e c u 就会利用发动机转速作为替代信 号，同时锁止离合器失去锁止功能。 7 ) 如果e c u 没有收到换低档开关的信号，那么在踩下加速踏板到行程的9 5 是，e c u 发出控制指令使换低档开关启动： 8 ) 如果e c u 没有收到制动灯开关信号，则停止该开关的换档锁止功能； 表2 1 引脚特性 管脚 原定义 实测 特性备注 l搭铁接地 3数据总线低电平c a n lc a n - l 6变速器油温度传感器传感器模拟晕 9电磁阀3 ( n 9 0 )电磁阀开关量由m 2 4 的o u t l 驱动 1 0电磁阀7 ( n 9 4 )电磁阀开关量由m 2 4 的o u t 5 驱动 l l驻车空挡信号开关营 由m 1 3 的o u t 6 驱动 1 2空调器的换低档开关量 由m 1 3 的0 u t 2 驱动 1 5制动指示灯开关f 信号电开关量 1 6换低档开关f 8开关量 1 8多功能开关f 1 2 5开关量 2 0车速传感器g 6 8模拟量 2 1 变速器转速传感器g 3 8 模拟量 2 2电磁阀6 ( n 9 3 ) 供电电压 由m c u l 5 控制 2 3供电电压( 接线柱1 5 ) 供给e c u 的电压 2 4诊断导线，k 线 诊断线 诊断仪与e c u 的接口，双 2 5 数据总线高电平 c a n - hc a n h 2 9 换档杆锁i 卜电磁阀n 1 1 0 申磁阀开关量 由m 1 3 的o u t 3 7 驱动 同济大学汽车学院硕士论文 4 0 多功能开关f 1 2 5 开关量 4 3 车速传感器g 6 8 ( 屏蔽) 接地 4 4 变速器转速传感器g 3 8 屏 接地 4 5 供电电压( 接线柱3 0 ) 接地 4 7 电磁阀4 ( n 9 1 ) 5 4 电磁阀2 ( n 8 9 ) 电磁阀 开关量由m 2 4 的o u t 3 驱动 5 5 电磁阀i ( n 8 8 )电磁阀开关量由m 2 4 的o u t 6 驱动 5 6 电磁阀5 ( n 9 2 )电磁阀开关量由m 2 4 的0 u t 7 驱动 5 8 电磁阀6 ( n 9 3 )p w m 阀开关屠实际是接地 6 2多功能开关f 1 2 5开关备 6 3多功能开关f 1 2 5 开关量 6 5车速传感器g 6 8传感器模拟量 6 6变速器转速传感器g 3 8传感器模拟量 6 7 电磁阀供电电压 供电 由m c u 一7 9 控制 6 8 接线柱( 输出) 接线柱 通过分析，有几点需要强调如下： 1 ) 四个多功能开关电路不一样：4 0 、6 2 、6 3 的一样，另外一个不同； 2 ) e c u 第1 9 脚电路，t d 转速信号，要考虑在新的电路设计中有无必要用到； 3 ) 电磁阀3 ，7 ，2 ，1 的电路除了从l 9 8 2 2 输出并从相同的口采阀状态外，还 各自有一路电路，即1 2 v 电一1 8 k i o k - * e c u _ 9 ，但是从阀的功能来讲， 应该是阀l ，2 ，3 ，4 具有相同的处理电路，因为这四个阀用于离合器和制 动器提供油压，而5 ，7 是用来提高换档品质的。 2 2 传感器工作原理 2 2 1 节气门开度传感器 它是开关触点式位置传感器，它上面有5 v 电压、信号和接地三个端子，用 于输出节气门的开度信号。该传感器兼为电子控制汽油喷射装置提供信息。 2 2 2 车速传感器： 车速传感器的信号和节气门位置传感器的怠速触电信号相配合，使e c u 据 此确定汽车的怠速工况，并将控制怠速空气控制i a c 步进电机，调节发动机的 1 6 自动变速箱电子控制单元的研究与开发 转速，使发动机在怠速工况下运行；车速传感器检测汽车的减速工况。 磁电式转速传感器的原理参见图2 3 ： 图2 3 磁电式转速传感器的结构与原理 磁性体转子为一齿轮，与永久磁铁对向配置，二者之间设有适当的空隙， 在磁铁的周围绕有线圈。当转子旋转时，通过线圈的磁通量发生变化，于是在 线圈的两端产生交流电压。这种交流电压的频率与转子的转速成比例，所以通 过测定交流电压的频率就能检测出旋转速度。磁电式转速传感器设有向转子传 导永久磁铁磁通量的磁性轭铁。当检测输出轴的转速时，转子的齿数一般选为 3 2 一- - - 9 8 个。齿顶与传感器之间的间隙不能太大，一般约为i m m ；要控制旋转齿 轮的径向跳动( 一般在0 i m 以下) ，必要时要进行间隙调整；传感器上不得附 有金属磨屑。这种传感器结构简单，可靠，但输出对空隙变化极为敏感，不易 掌握，当转速过低时，信号不易检测，需经放大处理。 2 3 电磁阀详述 在变速箱液压操纵阀体上有7 个电磁阀，都由控制器输出的电信号来控 制。 ( 1 ) e v l e v 3 即电磁阀n 8 8 、n 8 9 和n 9 0 负责打开或者关闭某一油道，使 变速器换入确定的档位，用来控制换档阀( s v l 一s v 3 ) 的先导油压，操纵变 速箱结合元件的结合和分离，起换档作用。这3 个电磁阀是开关型电磁阀。 另外e v 4 即电磁阀n 9 1 用来调节锁止离合器压力； ( 2 ) e v 5 和e v 7 即电磁阀n 9 2 和n 9 4 用来提高换档平顺性，它们也是开关 同济大学汽车学院硕士论文 型电磁阀，具体作用是控制换档过渡过程，改善换档品质。e v 5 用来控制快 通阀( s v 5 和a 、b 、c ) 的先导油压；e v 7 用来控制互锁阀x 和y 的作用时刻。 这两个阀的作用都是控制换档过程中结合元件结合和分离的时刻和快慢，以 实现平稳换档。 ( 3 ) e m 6 ( n 9 3 ) 是脉宽调制型电液比例压力阀。控制器通过改变脉冲电 流的占空比来控制e m 6 的输出油压。此输出油压控制调压阀压力，从而控制 液压系统的主压力。 2 4 电路图 下图是我们第一阶段所分析出来的电路。经过分析，以及与其他原装进口 e c u 功能模块的比较，得出电源采用t l e 4 2 7 0 的结论，并且，电磁阀的控制也 开始控制电源端，即采用p w m 信号，在主油道压力调节电磁阀的p w m 控制信号 发出前，触发电源的使能端。这样做的好处是使电磁阀在不工作时脱离带电状 态，提高安全性。 自动变速箱电子控制单元的研究与开发