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汽车无级变速箱控制器TCU的研究

汽车无级变速箱控刹界 TU的研究 C
王旭东 闰雄断 张仁海 樊 春梅 哈尔滨理工大学 〔 哈尔滨,104 ) 500
摘 要: 本文首 先简要 介绍了 变速箱CT 无级 V 的发展 和基本原理. 概况 在此基础上设计了 无级变速箱CT 控制器TU 文 V的 C. 中给出了TU C 控制器的基本结构框图, 程序框图和实际运行的侧试曲 运行结果表明 线。 所提方案正确, 硬件、 软件设计合理。 为了跟踪世界汽车技术,      发展我国汽车工业, 九五” “ 期间, 汽车电 于控制技术被列为科技攻关项目 。车辆自 动变速是 汽车电控技术的一个盆要组成部分。 采用计算机和电力电子驭动技术实现车辆自 动交速, 能消除驾驶员换档技术的差异, 减 轻驾驶员的劳动强度,提高行车安全性,提高车辆的动力性和经济性。汽车的无级变速系统一般是由无级变速箱 CTCniuul Vral Tasiso)和无级变速箱控制器TUTasiso Cnrl  i) V( tnosy  ibe  nmsin o a r C ( nmsin  to nt组成. r o  U

1  T  C 的基本结构 V
汽车的无级变速系统主要有以下几种形式:( )液力机械 A-HTHdoyai Mcai l      1 T M( rdnmc  hnc y e a Tasis n广泛应用于轿车、 rnmsi ) o 公共汽车、 重型车辆、 商用车和工程车辆上。2机械式A-ATAt ae ( ) T M ( o td um Mcai l n is n在通常 ehnc Tas si ) a r m o 机械式 变速器 基础上加上微机控制电 液伺服操纵自 动撰档机构组成,目 前它应用于部分低档轿车、局部卡车和商用车上。( 无级式 A-C ( ni osy  i l 3 ) T V C t aul Vra e To n a b Tasiso) 前在小排气量轿车中使用最多的一种。它的主要结构和工作原理如图1 rnmsi 是目 n 所示。

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CT      V 技术的发展, 经有了 已 一百多年的历史. 德国奔驰公司是在汽车上采用CT V 技术的鼻祖, 1 6 早在 8 8 年就将 V 型橡胶带式CT V 安装在该公司生产的汽油机汽车上。 但由于结构设计和选材等方面的问 题, 该传 动机构体积过大, 传动比 过小, 无法满足汽车行驶的要求。 这些缺点限 制了它的 应用。直到 17 99年, 通 过结构的改进和特殊钥带的使用, V CT的传动比明显提高,具备了 在车辆上广泛应用的前提条件。 从那时 起,福特、菲亚特和日 产等公司的车型都曾 采用过这种变速传动机构。 CT采用的 形承推钢带由      V V 安装在挠性马氏 体时效钥圈上的多片楔形钢片构成。它的动力从主动轮输 入,经过V 形钥带,由 从动轮物出.带轮由 可以相对滑动的两部分构成。钢带位于这两部分间的凹槽内。 当带轮两部分靠紧时, 凹描较窄, 钥带位于带轮外缘, 此时带轮的工作直径最大。 随着这两部分间的相对 滑动, 越来 凹相 越宽, 带逐渐靠近带轮中心, 工作直径最小的 铆 即 地方。 汽车刚刚 起动车 速较低时, 动 主 轮工作直径较小,变速器可得到较大的传动比, 使汽车获得足够动力克服行驶阻力.随着车速的升高, 主 动轮工作直径逐渐增大. 从动轮工作直径越来越小, 变速器传动比 也相应减小。由 于带轮工作直径可连续 变化,因此这种变速器的 传动比也是无级、 连续变化的, 传递动力更平稳, 其动力性和经济性远远高于行 里齿轮式自 动变速器。 汽车在实际运行中 变速箱变比的控制是由TU C 控制直流电 动机自 动完成的。

2  U T 的基本结构 C
TU      C 的羞本结构如图2
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它由 单片机、 检测电 路、 驱动电 路、电 源电路以 及通讯电 路等部分组成。

电滋离合撰 理动电路

电磁离台器

单 片

黔 蒸
算 机



检测电路和 砚件保护电路

电机正反转
护    相理动

变比控制 直流电动机

.里诬讯接口

图 2 C 的基本结构  TU

单片机是采用美国Mcohp      i ci 公司20 年 3 r 02 月推出的 单片PC842 它在功能上可以 I1F5, 满足TU 要 C的 求,在性能上它具有低功耗、工作沮度范围宽, 并且可在较低的电 压下正常工作, 特别适用于汽车电 器。 检侧电 路分为脉冲检侧、 开关t检侧以 及模拟皿检测。 脉冲检测又分为脉冲计数和脉冲宽度检测。 如发动 转速、 抽入、 愉出 轴转速的侧t是采用脉冲计数方式。 节气门 开度则是采用脉冲宽度测量的 方式。

棋拟f的侧 要由    f主 浦波电 放大电 路、 路组成。 /转换是 AD 采用单片 机内自 带的1位AD 0 /转换器。 变
速箱的变比 控制是由直流电 动机驭动的。 TU 在 C 中是由4 MSE 组成的H 支 OFT 型电路实现对电动机的正反 转P M控制。电徽离合器的电 流也是通过 MSE 驱动的。在驱动电 OFT 路中除主开关元件、 续流二极管外还 有保护电 路和电流植侧电路。
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中 目 电 口 生 m 掌 会 电 办 电子 学 会 布 , 月 学 术 年 会 4 t 二火 E3 a

通讯接口的作用主要是观测TU      C 的工作状态,对检测传感器的故障分析以 及传感器资源的共享。

3  U T 控制系统程序框图 C
TU控制系统主程序框图如图 3所示。程序首先对内部 RM进行分配,然后对各功能模块如      C A AmnsrtrD转换器、定时 diitao/ 器、 W PM波形发生器等进行初始化。 变速箱的 变比 在汽车每次时应处于最 小变比的位置,因此在每次停车时应将变速箱归位,汽车起动后首先检测各参数,如档位开关、发动机转 速、 节气门开度、变速箱输入、 输出 轴转速等。 这些参数是控制电 磁离合器电 流和电 动机状态的依据。当 需要增加变速箱的 变比时, C 控制电 TU 机正转, 反之控制电机反转。电 磁离合器的 控制采用电流增量控制 方式。 它的控制好坏,直接影响汽车运行的 平稳性和经济性。

变量分配    祖块初始化

停 状态吗 , 车 ? 、)J

三 速箱是 归位?

归位变速箱

检测各开关重 检测发动机转速

检测变邃箱输入轴、输 出轴转遭、节气门开度

电磁离合招是否油 足通电条件?   

置电磁离合摇 初始电流   

切断电磁离合摇电流

变沈箱变比调整控制

电右离合招电流 幼吸控制   

延时 图3 C 控制系统主程序框图  TU

4 运行结果
肠,

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图4 和图5 为汽车实际 运行时电 磁离合器电 流和变速箱变比的关系曲 其中图4 线。 为汽车速度从零急 加速到 1 K / ,到 1 K / 后松开油门减速到零时的电磁离合器电 2 MH 0 2 MH 0 流与发动机转速、节气门开

注:深蓝一轴入轴转速,黄一节气门开度, 紫红一发动机转速,浅蓝一电 磁离合册电流
图 4 电机加瑰时的电磁离合器电流关系曲线                                 

度和输入轴转速之间的曲 线图。由图可以 看出 节气门急加到最大后保持一段时间,电 磁离合器电 流同 步紧 跟着加,当加到峰值时, 继续保持不变,发动机转速也加到一个值保持不变,从图中 还可看出电磁离合器 电流在增加的过程中, 不断在抖动, 可知在上升过程中电 磁离合器在不断在打滑, 在此段时间内 发动机转 速与输入轴转速不成比 直到电 例, 磁离合器到一个稳定的值后才保持一定的比例关系。 节气门全松开后, 当 电 磁离合器电流随之下降到一个小值后保持不变, 直到车速达到使变速箱处于由 齿轮变速为主时,电 磁离 合器电流继续减小,当车速为零时,电磁离合器电流随之减小到零。由图4 可知,当车速在从零加到 1 K / ,电 2 M H 磁离合器电 0 流为零. 输入轴转速也慢慢减为零。 在整个过程中, 我们可看到, 节气门 开度变 化率代表了驾驶员的意图,电 磁离合器电 流主要由 节气门开度来决定。电 磁离合器的打滑程度决定了 发动 机转速和输入轴转速的之间的传输比例关系。 图5      为汽车速度从零加到 1 K / 2 M H后又由1 K / 0 2 M H减到零时, 0 位置传感器与输入轴转速、 输出轴转 速和电机电 压之间的关系曲 线。由图可知,当 汽车速度在从零加到 1 K / 2 MH过程中, 0 位置传感器变比由


注:黄一位里传感器,深蓝一钧入轴转速,紫红-铂出轴转速,浅蓝一电机电                        压

图5 汽车减速时的变速箱变比一一                                    转速曲线

大开始下调直到变为最小, 此时对应电 机反转。当 车速由 1 K / 2 MH开始下降时位置传感器先保持不变, 0 此时电 机不转,同时输入轴转速和输出转速成比例的下降,当车速达到一定的值时位置传感器速比由最小
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中 目电工 技洲 学 会 电乃 电于 月 城 常, 月 月洲 年 会 论 文 秦 片 卜卜 、 卜阵

开始上调直到为最大值, 此时电 机反转 ( 测试时采用的电 因 流传感器为单方向的, 所以图中没有反映出反 向电 。 流) 输入轴转速和输出轴转速不成比 例的下降直至为零。从图 5可以 看到车速在上升时, 位置传感 器速比的测试值不断地减小 ( 对应的转速比增大) 。反之,车速在下降的过程中,当车速小于某一值时测 试值增加。从而实现了 变速箱变比的自 动调整。 通过运行结果可以      看出所设计的TU 实现电 C 可以 磁离合器转矩和变速箱变比的自 动控制。 从实际运行 感觉看, 起动和停止以 及加减速过程平稳。并且具有较好的经济性。
参考文献:

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汽车无级变速箱控制器TCU的研究
作者: 作者单位: 王旭东, 闫维新, 张仁海, 樊春梅 哈尔滨理工大学(哈尔滨)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_3401502.aspx


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