自动变速器模块化系统设计

【摘要】文章采用模块化设计思想，研制了自动变速器试验数据采集系统。它具有接口丰富、可移植性强，并运用CAN总线技术等特点，既能实现台架试验数据采集，又能满足实车试验的需要，为研究和开发新型自动变速器提供重要的试验数据采集装置。

【关键词】自动变速器；模块化；系统设计

【中图分类号】 TM762 【文献标识码】A

【文章编号】1674-1145（2008）08-0094-01

随着电控技术水平的不断提高，电控自动变速器（EAT，Electronic-automatic transmission）正在逐步取代传统的液力自动变速器（AT）。本文通过对电控自动变速器（HD4070PR）试验的数据需求研究，基于模块化设计思想，研制可采集多种类型信号，具有显示、保存和分析功能的实时数据采集系统。所研究的HD4070PR自动变速器拥有7个前进档，它按照模块化设计：包括输入模块（带闭锁离合器的液力变矩器和取力器）、行星齿轮模块（4个行星排和6个离合器）、输出模块（带有液力缓速器）和电液控制模块。它由先进的电子控制单元控制，采用脉宽调制电液操纵机构，具有响应快、换档平稳，有自学习功能、自适应性强等优点，并拥有与发动机通讯的CAN接口，能实现与发动机有机的协调控制，并能通过手柄上的故障诊断按钮提取工作过程中的故障代码。

一、需求分析与原理设计

为了全面评测自动变速器性能及其与发动机匹配特性，需要得到油门开度、发动机转矩、转速、涡轮转速、变速器输出转速、转矩、温度、车速信号；为了监测变速器自动换档工作过程，还需要实时读取各操纵回路油压信号、离合器控制信号、手柄档位信号；为了装车试验需要，还应该有每档行驶时间、距离、换档操作、换档指令的统计。此外，设计的采集系统不仅要能够对台架试验进行数据采集，还要能够对实际行车试验进行数据监控。这就要求本系统能够做到模块化设计，以实现在改动很小的情况下适应不同试验时使用。

本文采用了上、下位机分体式方案，两机之间通过串口相连接，组成原理如图1所示。下位机的作用是采集各个模块的原始信号，并经过加工、打包后经串口发往上位机；而上位机则将接收的数据处理、显示、保存。相对于以往的板卡采集系统而言，此方案在保证处理速度的前提下还增强了系统的适用性、可移值性。

二、硬件处理电路构成

系统所需硬件接口、可监控信号数量多。例如A/D模块的油压信号就有9路以上，因此在下位机微处理器的选择上倾向于接口丰富、功能齐全的单片机类型。设计选用Motorola MC68376微处理器作为下位机的ECU。它拥有TPU模块、可重构定时器模块4（CTM4）、16通道的10位队列化模数转换器（QADC）、CAN2.0B控制器模块（TouCAN）、队列串行模块（QSM）[4]等功能模块，可以满足系统的要求。能在较高温度条件下采集得到正确的油压信号是本系统的首要任务，针对自动变速器工作油压范围，采用了量程为0～40bar的油压传感器，它具有工作平稳、耐高温等特点。传感器出来的模拟信号经过电缆引入电子系统后，在传输过程中容易受到干扰，在引入单片机A/D转换模块之前，应当进行滤波、放大和限幅处理。本系统采用对模拟信号进行二阶有源滤波。

系统中的频率信号主要是变速器输出扭矩传感器的转矩信号和转速信号，该传感器的输出信号为5～15kHz方波信号，为防止电压振荡而损坏ECU，将其先通过一个反相器74LS04再接至TPU引脚。CAN模块是本系统另一个主要信号来源，借助于MC68376本身自带的TouCAN模块，开发了一个CAN网络（如图2），通过总线驱动器82C250将发动机、变速器、发动机输出扭矩仪、采集系统的CAN模块互联，实现数据共享。开关信号的处理采用经总线驱动器驱动后直接与数据总线相连。

三、结论

本文采用模块化设计思想开发了一套自动变速器试验实时数据采集系统，它具有接口丰富、可移植性强等特点，实现了自动变速器台架试验数据采集。实践证明，该系统不仅可以正确采集、显示输入输出转矩和转速，还能精确监控、记录换档过程各离合器充油压力变化，并能够显示整个过程的变化曲线，利用采集的数据对整个系统进行分析，为研发电控自动变速器提供试验依据。

【参考文献】

[1]葛安林．车辆自动变速理论与设计[M]．北京:机械工业出版社，1993．

[2]艾里逊实业有限公司技术部. 艾里逊自动变速箱MD/HD/B/T/MH系列工作原理[G]．通用汽车公司，2001．

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[5]刘圣才，李春葆．Visual Basic 6程序设计导学[M]．北京:清华大学出版社，2002．

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