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1、 MC68HC912DG128A单片机 在汽车无级变速（CVT）控制系统中的应用 比赛编号： A10187 姓 名： 罗永革 王保华 佘建强 刘柯路 黄兵锋 郭一鸣 杨朝阳 Luo Yongge Wang Baohua She Jianqiang Liu Kelu Huang Bingfeng Guo Yiming Yang Chaoyang 职 业： 大学教师 通讯地址： 湖北省十堰市湖北汽车工业学院汽车系 邮 编： 442002 电子
2、邮箱： qichexi@ 电话号码： （0719）8238203（O）8262148（H） 手机号码： 13035250528 传真号码： （0719）8239594 推派单位名称： 湖北汽车工业学院汽车工程系 推派单位地址： 湖北省十堰市红卫 推派单位邮编： 442002 推派单位电话：（0719）8238203 推派单位传真：（0719）8239594 2002年10月 MC68HC912DG128A单片机 在汽车无级变速（CVT
3、控制系统中的应用 湖北汽车工业学院 罗永革 王保华 佘建强 刘柯路 黄兵锋 郭一鸣 杨朝阳 Luo Yongge Wang Baohua She Jianqiang Liu Kelu Huang Bingfeng Guo Yiming Yang Chaoyang 摘要 本文论述了基于MC68HC912DG128A单片机的汽车无级变速（CVT）控制系统系统的设计和研制。 Abstract The design and development of the control system for the Continuously Variabl
4、e Transmission(CVT) of Autos based on the MOTOROLA MC68HC912DG128A Microprocessor are described in this paper. 1 引言 车辆行驶性能的好坏，不仅取决于发动机，而且在很大程度上还依赖于变速器及变速器与发动机的匹配。在汽车上使用的自动变速器大致有三类：液力自动变速器（Automatic Transmission， AT）、电子控制机械自动变速器 （Automatic Mechanical Transmission，AMT） 和金属带式无级变速器（Continuous
5、ly Variable Transmission，CVT）。前两种变速器都是有级或分段无级自动变速，无级变速器CVT避免了齿轮传动比不连续的缺点，具有传动比连续、传递动力平稳、操纵方便、可使汽车行驶过程中经常处于良好的性能状态、可改善汽车排放和降低燃油消耗等特点，真正实现了无级变速。 我国的汽车工业与发达国家有较大的差距，通过研制无级变速（CVT）控制系统对缩小差距和世新纪发展我国民族汽车工业都具有十分重要的意义。 无级变速（CVT）控制系统是现代汽车的一项关键技术，它对整车的安全高效运行是非常重要的。我们研制无级变速（CVT）控制系统由传感器、MC68HC912DG128A单片机系统、LC
6、D显示屏、无线MODEM、CAN模块和输出模块等装置组成。该系统装备于东风汽车公司开发的轻型客车EQ6480，促进我国CVT的发展。 2 控制系统的硬件和软件设计 本课题所研究的V型金属带传动无级变速器，其变速部分由主动轮组、V型金属带和被动轮组成（图1）。每个带轮都由两个带有斜面的锥盘组成，其中一个锥盘是固定的，另一个锥盘通过单片机输出模块控制液压阀使其移动达到变速的目的。 2.1 CVT控制系统原理图 CVT控制系统硬件框图如图2所示。系统主要是由MC68HC912DG128A单片机系统、脉冲输入捕捉电路、模拟量输入电路、I/O量输入电
7、路、PWM电磁阀驱动电路、LCD显示电路、CAN接口等电路组成，另外还有电源电路，通讯电路等。对发动机转速、CVT输入和输出转速的测试，我们采用霍耳传感器，传感器输出的脉冲信号经处理后，输入到捕捉定时器，算出各转速。节气门（油门）开度传感器，我们采用霍尔线性传感器，通过采样电路进入A/D转换器。在 I/O输入 图1 CVT结构图 1输入轴 2行星架 3倒档离合器 4前进离合器 5从动轮固定锥盘 6从动轮可动锥盘 7从动轮齿轮 8惰轮 9输出轴 10金属推力带 11主动轮固定锥盘 12从动轮可动锥盘13外行星齿轮 14内行星齿轮 信号中，档位信号代表驾驶员挂
8、的档，其中D-前进档；N－空挡；R－倒档；P－锁止档；M（保留）。程序选择器用来选择CVT不同的控制模式：经济模式、动力模式和普通模式。在控制过程中，系统根据得到的档位，接合相应的离合器，然后对输入信号采集和处理，根据控制策略计算得到相应的传动比，然后，通过PWM控制液压阀，输出相应的主从动缸油压，使CVT实现无级发动机转速传感器 CVT输入转速传感器 CVT输出转速传感器 脉冲输入 油门开度传感器 制动踏板传感器 离合器位置传感器 机油温度传感器 模拟量输入 档位选择（D P R N M） 自检开关 程序模式选择开关 数字量输入 MC68HC912G
9、P128A 单片机系统 捕捉 A/D I/0 倒车离合器 前进离合器 主动油压阀 脉冲输入 被动油压阀 PWM LCD显示屏 320＊240 显示驱动1335 I/0 SCI0 接口 SCI1 接口 CAN 接口 无线MODEM 笔记本PC 仿真和编程等 整车控制器 SCI0 SCI1 CAN 变速。 图2 CVT控制系统硬件原理图 2.2 CVT控制系统软硬件设计 · 模拟量数据采集 通过对各传感器信号进行处理，使其成为0至5V的电压量，利用MC68HC912DG128A的A/D口，定时
10、采集和查表，将传感器信号转换成数字量，供计算、判断用。查表的目的是消除非线性误差和提高处理速度。在软件编程中，将广泛应用查表法。 · 车速、发动机转速、和CVT转速的测量和计算 车速、发动机转速、和CVT转速传感器是霍尔开关脉冲式，MC68HC912DG128A的TIM接口感应转速，其中车速的计算公式为： 式中： V ── 车速 [Km/h] n ── 传动轴转速 [r/min] i0 ── 主传动比 r ── 车轮半径 [m] · LCD液晶屏显示 PB0-PB2 PA0-
11、PA7 68HC912DG128A 单片机 1335LCD控制器 LCD液晶屏 (320*240) 由1335等芯片和LCD液晶屏组成显示模块（图3所示），利用MC68HC912DG128A的PA和PB口，显示各种数据、曲线和无线MODEM的状态。 图3 LCD接口电路 · 湿式离合器Fuzzy控制 模糊逻辑控制技术是一种设计、优化和相对易于实现较复杂系统的有效方法，是一种低成本高附加值的智能控制途径。 湿式离合器的模糊控制就是将驾驶员的经验形成语言规则，利用68HC12的Fuzzy功能，在实时工况下选择合适的语言变量和控制参数来实现对离合器的合理控制。
12、 · 硬件在环仿真系统 控制器制作完成后，一般并不能直接上车使用，需要大量的调试工作。硬件在环仿真是一条有效的调试手段（图4所示）。我们在PC机上开发了一个单片机集成调试环境，包括友好的人机界面、与单片机的通信模块、控制过程的显示及系统的性能分析模块等。同时也要为单片机编写相应的串行口通信和命令服务程序。设计在线编程软件就可随时将更新的控制算法和控制参数下载到单片机的Flash中执行，反映控制过程及系统性能的数据亦通过串行口采集到PC机中进行处理。 控制器 输出接口 输入接口 单片机SCI口 PC机（单片机集成调试环境） 串口 被控对象 执行器 传感器 图4 硬件在环仿真
13、系统 · · 无线Modem 无线Modem的最大特点是无线传输，利用无线传输，可实现软件远程升级、远程监控和故障诊断、E－车概念和整车集成控制系统，见图5。 PTR2000无线Modem的DI接单片机串口的发送，DO接单片机串口的接收。用单片机的I／O控制模块的发射控制、频道转换和低功耗模式。如果直接接计算机串口，可以用RTS来控制PTR2000无线Modem的收－发状态转换（RTS需经电平转换）。 图5 单片机与PC机通过无线Modem相连 68HC912DG128A单片机系统（CVT控制器） 无 线 M O D E M TXD RXD V
14、SS PC机 （CVT动力学模型与计算） 无线M O D E M I/O · CAN接口设计和在线编程 MC68HC912DG128A单片机有两个CAN控制器，由82C250组成CAN总线系统（见图6），CAN编程需要考虑的问题有CAN协议、CAN速率、CAN中断等。通过CAN软硬件研制，实现了CAN协议的调试功能。 考虑MC68HC912DG128A特点，研究了单片机在线编程技术，实现了PC机和CAN总线的单片机在线编程，大大缩短了系统的开发周期。 图6 CAN总线示意图
15、 · 程序流程图 该系统软件由测量、判断、显示、报警和控制组成。程序框图如下页图7所示。 3 结束语 我们十分乐意参加“第四届MOTOROLA杯单片机设计应用大奖赛”，这是推动我国新型单片机实际应用的好机会，我们选用16位单片机作为新元素，迎接新的挑战。我们设计的系统将具有如下特点： 1） 利用LCD液晶屏，实现大容量和灵活显示功能； 2） 实现了湿式离合器的FUZZY控制； 3） 实现了无线MODEM的远程控制； 4） 实现了单片机的在线编程和CAN功能调试； 5） 具有高的精确度和可靠性, 抗干扰能力强, 智能化程度高。
16、 2002年10月 开始 初始化 自检正常？ LCD显示 读取档位，程序控制模式，发动机转速 Ne，CVT输出轴转速（车速Ua） 倒车档R 倒档控制程序 接倒档离合器 传动比ig=imax 行车档D 空档N 传动比ig Ne>临界转速 离合器FUZZY控制，将起步加速 设置值QBJS赋1 QBJS=1 C B No Yes Y N N Y Y A
17、
A
读取离合器，油门，制动踏板的位置，读取
CVT的输入，输出轴转速及发动机转速Ne
经济模式
动力模式
普通模式
调经济模式参数
调动力模式参数
调普通模式参数
C
算出对应油门及模式下的最佳换档转速Nd
QBJS=1?
Ne 18、
N
N
N
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
Y
N
N
N
N
油门变化率
大于0.8%
缓加速控制程序
急加速控制程序
从控制程序中算此时的传动比ig,从油门开度，算出对应油门的最大扭矩Temax,从ig及Temax算出对应的主，从动油缸的压力PDR,PDN
将算出的P1,P2转换为控制信号输出至油压控制阀控制油压
传动比ig=0,P1=0,P2=0 释放主动及被动油缸油压
变为空档N?
C11
D
A1
E
N
N
Y
Y
图7 程序流程图
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