畢業(yè)論文--工程車輛變速器全自換擋電液控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　xxxx大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　工程車輛變速器全自動換擋</p><p><b>　　電液控制系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)院（系）： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p&

2、gt;　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 </p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律

3、后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，

4、允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書</p><p><b>　　2、不保密囗 。</b></p><p>　?。ㄕ堅谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）

5、</p><p>　　作者簽名： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　Abstract

6、II</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計背景與意義1</p><p>　　1.2 自動變速器概述1</p><p>　　1.3 自動變速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　2 工程車輛自動換擋基本原理4</p><p&

7、gt;　　2.1 工程車輛液力自動變速器的組成4</p><p>　　2.2 汽車自動換擋規(guī)律4</p><p>　　2.3工程車輛四參數(shù)換擋規(guī)律的理論分析5</p><p>　　3 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)硬件設(shè)計7</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計7</p><p>　　3.2 單片機選型

8、8</p><p>　　3.3 電源模塊設(shè)計9</p><p>　　3.3.1 電源電路9</p><p>　　3.3.2 復(fù)位電路10</p><p>　　3.3.3 時鐘電路10</p><p>　　3.4 信號采集與處理模塊設(shè)計11</p><p>　　3.4.1 轉(zhuǎn)速信號的采

9、集與處理11</p><p>　　3.4.2 油門開度信號的采集與處理12</p><p>　　3.4.3 工作油泵壓力信號的采集與處理14</p><p>　　3.5 輸出控制模塊設(shè)計14</p><p>　　3.6 擋位顯示模塊設(shè)計15</p><p>　　3.7 擋位選擇模塊設(shè)計16</p>

10、;<p>　　3.8 自動變速控制系統(tǒng)可靠性研究17</p><p>　　3.8.1 系統(tǒng)干擾的來源17</p><p>　　3.8.2 系統(tǒng)干擾源帶來的危害18</p><p>　　3.8.3 硬件電路抗干擾設(shè)計18</p><p>　　3.9 自動變速控制系統(tǒng)硬件原理總圖設(shè)計19</p><p&

11、gt;　　4 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計21</p><p>　　4.1 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)軟件總體方案設(shè)計21</p><p>　　4.2 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)主程序設(shè)計21</p><p>　　4.3 轉(zhuǎn)速信號采集子程序設(shè)計22</p><p>　　4.4 模擬信號采集子程序設(shè)計24</p><

12、;p>　　4.5 模糊控制算法子程序設(shè)計25</p><p>　　4.6 擋位輸出控制子程序設(shè)計26</p><p>　　4.7 擋位顯示控制子程序設(shè)計27</p><p><b>　　5 結(jié)論29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p>&l

13、t;p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工程車輛作為一種特殊的非公路車輛在車輛家族中占有重要地位。工程車輛的工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣，作業(yè)任務(wù)多樣，駕駛員需頻繁換擋以滿足整車的動力性要求，勞動強度較大，且難以保證車輛行駛的經(jīng)濟性。因此，在工程車輛上實現(xiàn)自動換擋具有重要的意義，將

14、機器人技術(shù)應(yīng)用到工程車輛中是產(chǎn)品更新?lián)Q代的發(fā)展方向。隨著車輛電子技術(shù)和自動變速技術(shù)的發(fā)展，人們開始追求車輛更高的智能性，要求開發(fā)具有智能化特征的工程車輛自動變速系統(tǒng)以適應(yīng)車輛特殊的工作環(huán)境和提高工程車輛的使用性能。</p><p>　　本次設(shè)計在已有的自動變速器研究的基礎(chǔ)上，采用機電一體化設(shè)計思想，結(jié)合車輛傳動系統(tǒng)的理論分析、自動變速控制算法設(shè)計和控制系統(tǒng)研究，根據(jù)工程車輛的工作特點、操縱方式以及控制系統(tǒng)的總體要

15、求，設(shè)計開發(fā)一套工程車輛自動變速電子控制系統(tǒng)，著重解決系統(tǒng)控制芯片選型、硬件電路的開發(fā)及軟件功能的設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：工程車輛；自動換擋；控制系統(tǒng)；智能化；傳感器；霍爾效應(yīng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Engineering vehicles as a special kind of

16、 off-road vehicle occupies an important position in the family of vehicles.Drivers need to frequently shift to satisfy the requirement of the vehicle power performance because complex, bad work environment, various tasks

17、.This result in larger labor ,and the difficulty to guarantee the vehicle traveling economy.Consequently,realizing automatic shift to engineering vehicles is of great importance.And the robot technology is applied to en

18、gineering vehicles </p><p>　　According to the basis of the existing research of automatic transmission, the idea of mechatronics design, combined with the theoretical analysis of vehicle transmission system,

19、 automatic transmission control algorithm design and control system research, and the features of construction vehicle, control methods and control system of the general requirements, a set of automatic transmission elec

20、tronic control system of construction vehicle has been designed.The design emphatically resolves syste</p><p>　　Key Words:Engineering vehicles；automatic shift；control system；intelligent；</p><p>

21、　　sensor；Hall effect</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 設(shè)計背景與意義</p><p>　　車輛傳動系統(tǒng)的自動化是車輛電子技術(shù)的一項重要內(nèi)容，在工程車輛上采用自動變速技術(shù)是二十一世紀(jì)車輛發(fā)展的必然趨勢。[1]西方發(fā)達國家已經(jīng)在工程車輛自動變速技術(shù)研究方面投入了大量的人力、物力，并取得了

22、豐碩的研究成果，產(chǎn)生了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。為了滿足基本建設(shè)的規(guī)模和技術(shù)水平的要求，我國在引進和吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，已迅速發(fā)展成為工程機械的生產(chǎn)大國，2002年年產(chǎn)值630億元，居世界前列。但由于國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)主要還是依賴國外技術(shù)，工程機械產(chǎn)品的開發(fā)一直采用引進技術(shù)、實施仿制等方法，甚至有些企業(yè)就是采用購買國外關(guān)鍵部件進行組裝的方法來生產(chǎn)產(chǎn)品，導(dǎo)致了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的精品還不多，我國仍不是工程機械的生產(chǎn)強國。要改變這種現(xiàn)狀就必

23、須根據(jù)工程機械的發(fā)展趨勢，用先進技術(shù)提升工程機械的整體水平，通過創(chuàng)新設(shè)計從根本上改變我國國產(chǎn)品牌的落后面貌。[11] </p><p>　　目前國產(chǎn)工程機械的技術(shù)性能和國外產(chǎn)品相比還有一定差距。長期以來我國在能源、交通、水利等方面的重要工程主要使用的是由進口技術(shù)組裝的工程機械。隨著我國改革開放和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)步伐的加快，基礎(chǔ)建設(shè)、重大工程、城區(qū)改造、能源開發(fā)等項目急劇增多，隨之而來的是對工程機械的需求增加。特

24、別是從“十五”計劃起，隨著西部開發(fā)戰(zhàn)略的實施，國家將加大力度投資基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，這無疑將給工程機械帶來新的機遇。當(dāng)前迫切希望加強新產(chǎn)品和關(guān)鍵零部件的研發(fā)能力，提高具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和關(guān)鍵零部件的占有率。自主開發(fā)適合我國國情的自動變速器應(yīng)用于工程車輛，既可以掌握先進的控制技術(shù)，提高產(chǎn)品綜合性能，增強技術(shù)開發(fā)能力，而且還可以降低成本，提高國產(chǎn)工程車輛的市場競爭力。[9]</p><p>　　1.2 自動變速器概述&

25、lt;/p><p>　　自動變速車輛相對于手動變速器車而言，有很多十分明顯的優(yōu)勢，如手動變速車輛由于頻繁換擋的操作，易使駕駛員疲勞，影響行駛安全；不同的駕駛技術(shù)水平對車輛的燃料經(jīng)濟性、動力性、乘坐舒適性造成極大差異。因此，追求自動變速是車輛發(fā)展的一個必然趨勢。[10]</p><p>　　1914年，由德國奔馳公司最先推出第一個全自動齒輪變速器，當(dāng)時裝在少數(shù)為高級官員制造的車輛上。</p

26、><p>　　1940年，奧茲莫比爾采用液力自動變速器，這是在批量生產(chǎn)的美國車輛上最早采用的全自動變速器。該變速器采用兩派行星齒輪機構(gòu)提供四個前進擋，利用節(jié)氣門油壓和速控油壓進行換擋控制。</p><p>　　1941年，凱迪拉克車輛裝用液力自動變速箱，同年，克萊斯勒推出了帶有液力耦合器的4速半自動變速器。</p><p>　　自動變速器最重要的改進是在二戰(zhàn)期間，別克公

27、司為坦克開發(fā)了液力變矩器。但由于該變矩器具有工作沖擊性，而于1957年被棄置，直到20世紀(jì)70年代才又被重新采用。</p><p>　　1956年，克萊斯勒車輛公司投產(chǎn)了陶克福利特變速箱，這種變速箱是最早帶有變矩器的現(xiàn)代自動3速變速器并且首先采用辛普森復(fù)合行星齒輪機構(gòu)。</p><p>　　1983年，豐田車輛公司生產(chǎn)了A140E型自動驅(qū)動橋，這是第一種電控?fù)Q擋自動變速器，這種變速器開創(chuàng)了

28、變速器發(fā)展的新趨勢。從1990年起，大部分轎車自動變速器都采用了電控自動變速器，特別是美國國內(nèi)的各車輛制造廠，至少推出了一種電控自動變速器。如1991年通用車輛公司在前輪驅(qū)動的豪華型轎車上裝用了4T60-E型自動變速器；福特車輛公司也在其生產(chǎn)的林肯-大陸上裝用了AXOD-E型4速電控自動驅(qū)動橋。在我國，上海通用公司在其生產(chǎn)的別克轎車上裝備了4T65-E電控自動變速器，這是我國第一次車輛公司將自動變速器作為標(biāo)準(zhǔn)裝置裝于轎車，該變速器于19

29、98年10月份正式下線生產(chǎn)。[ 13 ]</p><p>　　自動變速器可分為液力自動變速器(AT)、電控機械式自動變速器(AMT)、無級自動變速器(CVT)。其發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段：首先是半自動變速器，然后又經(jīng)過液力耦合器、液力變矩器發(fā)展到全自動變速器。隨著自動變速器技術(shù)的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)和性能不斷完善，出現(xiàn)了電控自動變速器，它能實現(xiàn)與發(fā)動機的最佳匹配，并可獲得最佳經(jīng)濟性、動力性。換擋和起步控制是自動變速器控制功能的

30、關(guān)鍵，其中換擋規(guī)律是自動變速器的核心問題，它將直接影響車輛的動力性、燃油經(jīng)濟性、通過性及對環(huán)境的適應(yīng)能力。換擋規(guī)律是擋位隨控制參數(shù)變化的規(guī)律，也就是換擋時刻和擋位與控制參數(shù)之間的關(guān)系。</p><p>　　換擋規(guī)律的研究方法一般是從車輛作業(yè)狀況參數(shù)(如車速、牽引力、發(fā)動機油門開度及轉(zhuǎn)速、扭矩、制動力等)中找到影響其擋位變化的主要因素，建立一個包含各主要因素的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化后確定最佳換擋點。[8]</p>

31、;<p>　　1.3 自動變速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前國外對液力機械傳動車輛的換擋變速控制研究已經(jīng)比較成熟，主要工作集中在換擋策略的開發(fā)和換擋品質(zhì)的改善。九十年代初，N. Narumi 和 H. Suzuki 對車輛傳動系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢進行了預(yù)測，認(rèn)為離合器閉鎖控制和擋位優(yōu)化控制將是未來數(shù)十年傳動控制的發(fā)展趨勢，而無級變速則更具有潛在的開發(fā)前景。Hiroshi Yamaguchi

32、和 Yasushi Narita 等利用模糊控制技術(shù)對液力機械傳動車輛進行了變速器選擋控制，并取得了預(yù)期的成果。John J. Moskwa 和 Scott A.Munns 等在他們的論文中較為系統(tǒng)地闡述了車輛傳動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立的基本原理和試驗方法。Andrew W. Phillips和Dennis N. Assanis利用計算機對某5噸車輛液力機械傳動系統(tǒng)進行了仿真研究，并且提出了改進燃油經(jīng)濟性和車輛性能的方案。Kohei Kusa

33、ka和 Yasunori Ohkura對裝備有液力機械傳動的垃圾車換擋執(zhí)行機構(gòu)（電液控制閥）進行了大膽的改造，控制離合器的接合力，使換擋過程更加平順。Toshimichi Minowa和Tatsuya Ochi等也利用轉(zhuǎn)矩估計</p><p>　　國內(nèi)對車輛自動變速的研究主要集中在控制技術(shù)和換擋決策方法的研究上。原吉林工業(yè)大學(xué)的羅邦杰教授曾在裝有GYB-100液力傳動系統(tǒng)的城市公共汽車上進行了變矩器閉鎖控制，并取

34、得了良好的成果。原吉林工業(yè)大學(xué)的盧新田博士采用了模糊控制技術(shù)對TY320履帶推土機進行了自動換擋控制，并且通過臺架試驗驗證了這項技術(shù)的可行性和可靠性，取得了階段性成果。而后，張勇博士對這個技術(shù)進行了深入的探索，將自適應(yīng)理論與模糊技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于TY320推土機的自動變速控制，試驗證明了具有模糊自適應(yīng)能力的變速器可以對車輛使用質(zhì)量的變化產(chǎn)生自動適應(yīng)性。王學(xué)峰博士運用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)實現(xiàn)工程車輛自動換擋，使其通過對工況環(huán)境和駕駛員操作的

35、“學(xué)習(xí)”達到對環(huán)境的自適應(yīng)。同濟大學(xué)的謝代鵬在其博士論文中入探討了車輛最佳動力性和最佳經(jīng)濟性換擋規(guī)律的制定方法，提出了動態(tài)四參數(shù)(油門開度、車速、油門開度變化率和縱向加速度)換擋決策方法。</p><p>　　2 工程車輛自動換擋基本原理</p><p>　　2.1 工程車輛液力自動變速器的組成</p><p>　　對于工程車輛而言，其大部分的運行時間為作業(yè)工況，需

36、要經(jīng)常的換擋，所受外載荷變化急劇，為了提高工程車輛的動力性和燃油經(jīng)濟性，緩解由于外負(fù)載急劇變化引起的沖擊載荷，工程車輛自動變速器多采用帶有液力變矩器的液力自動變速器。</p><p>　　工程車輛液力自動變速系統(tǒng)主要由動力傳動子系統(tǒng)和自動變速控制子系統(tǒng)兩部分組成。</p><p>　　動力傳動子系統(tǒng)主要包括發(fā)動機、液力變矩器、機械變速器、驅(qū)動橋以及車輪等部分。</p><

37、;p>　　自動變速控制子系統(tǒng)主要由電子控制單元、換擋執(zhí)行機構(gòu)、擋位選擇器和信號采集系統(tǒng)組成。</p><p>　　2.2 汽車自動換擋規(guī)律</p><p>　　換擋規(guī)律是換擋控制系統(tǒng)的核心，它決定于選擇什么樣的換擋控制參數(shù)和在何時進行換擋等關(guān)鍵問題。換擋規(guī)律直接影響到汽車的經(jīng)濟性和動力性。研究換擋規(guī)律是掌握汽車換擋理論的基礎(chǔ)。換擋規(guī)律是指兩排擋間自動換擋時刻隨控制參數(shù)變化的規(guī)律。顯然

38、，對于輸入變量的每一種組合，僅存在唯一的輸出狀態(tài)，否則就會出現(xiàn)不確定性。因此，要求換擋規(guī)律應(yīng)該是輸入變量的單值函數(shù)。</p><p>　　自動換擋是根據(jù)控制參數(shù)的變化來實現(xiàn)的。汽車換擋的控制參數(shù)有三種類型。換擋規(guī)律按控制參數(shù)的個數(shù)可分為單參數(shù)、兩參數(shù)及三參數(shù)換擋規(guī)律三種類型。[ 10 ]</p><p><b>　　1.單參數(shù)換擋規(guī)律</b></p>&

39、lt;p>　　單參數(shù)換擋規(guī)律是以車速為控制參數(shù)，在發(fā)動機負(fù)荷一定的條件下，車速越大說明行駛阻力越小，一般應(yīng)選擇傳動比小的高擋工作；車速越低，說明路面阻力越大，應(yīng)選擇傳動比較高的低擋工作，以保證車輛有足夠的驅(qū)動力</p><p><b>　　2.兩參數(shù)換擋規(guī)律</b></p><p>　　兩參數(shù)換擋規(guī)律是目前車輛上采用最多的一種形式，控制參數(shù)可以為：車速與油門；泵

40、輪轉(zhuǎn)Bn與渦輪轉(zhuǎn)速度Tn；車速與發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩等。工程車輛自動變速控制系統(tǒng)一般是以車速和油門開度為控制參數(shù)制定換擋規(guī)律的。油門開度的大小，反映了車輛對發(fā)動機負(fù)荷（或動力輸出）的需求。油門開度越大，發(fā)動機的負(fù)荷越大，輸出的功率也就越大。</p><p><b>　　3.三參數(shù)換擋規(guī)律</b></p><p>　　車輛在起步、換擋過程中均處于非穩(wěn)定狀態(tài)。為了真實地描述車輛

41、換擋的動態(tài)過程特性，修正在穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)上制定的兩參數(shù)控制的換擋誤差，國內(nèi)外學(xué)者提出了以車速、油門開度和車輛加速度三個參數(shù)來表征車輛的運動。動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律能使在較短時間內(nèi)速度變化較大的車輛真正發(fā)揮出最佳的性能。</p><p>　　雖然使用的控制參數(shù)越多越能達到較好的自動換擋效果，但會使換擋系統(tǒng)變復(fù)雜，因而成本較高。目前最常用的是采用兩參數(shù)控制。在電子控制換擋系統(tǒng)中，車速常用磁電轉(zhuǎn)速傳感器在輸出軸上測得，而油門開度

42、則用角度傳感器來測量，其輸出的電信號與油門開度成正比。</p><p>　　換擋特性是指相鄰的兩擋在換擋過程中，油門的不同開度下，加速度與車速的關(guān)系、牽引力與車速的關(guān)系以及油耗與車速的關(guān)系。根據(jù)這些關(guān)系可得到確保動力性的最佳換擋規(guī)律和確保燃油經(jīng)濟性的最佳換擋規(guī)律。為了不損失動力性，在換擋點應(yīng)該保證車速和加速度相同。</p><p>　　2.3工程車輛四參數(shù)換擋規(guī)律的理論分析</p&g

43、t;<p>　　前面介紹的工程車輛兩參數(shù)、三參數(shù)以及動態(tài)三參數(shù)換擋規(guī)律均是從發(fā)動機的總功率中扣除工作油泵的額定功率后再與液力變矩器進行匹配設(shè)計的，而對于工程車輛來說，其在作業(yè)過程中，隨著作業(yè)狀況的不同，工作油泵消耗的功率也是不同的，其所消耗的功率隨負(fù)載的變化在零到最大值之間變化，特別是在土方作業(yè)時工作油泵所消耗的功率要占發(fā)動機功率40% ~ 60 %。如果依然釆用從發(fā)動機功率中扣除油泵額定功率來與液力變矩器匹配的話，必將造

44、成人為誤差。吉林大學(xué)的丁春鳳，閆嘉和趙丁選等人在充分考慮了工作油泵功率消耗的變化情況以后，在工程車輛三參數(shù)換擋規(guī)律的基礎(chǔ)上增加了一個控制參數(shù)——工作油泵的壓力p ，以此來考慮工作油泵實際消耗的功率對換擋規(guī)律的影響，研究了工程車輛四參數(shù)換擋規(guī)律，通過工作油泵的壓力和液力變矩器泵輪轉(zhuǎn)速nB計算出工作油泵實際消耗的功率，并將其等效成油門開度Δα，以此來改變換擋點，從而使工程車輛的換擋規(guī)律更加合理。</p><p>　　

45、下面從理論公式上推導(dǎo)四參數(shù)換擋規(guī)律。其推導(dǎo)過程如下:</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　其中p——工作油泵的壓力(pa)；</p><p>　　Q——工作油泵的體積流量(L/min) </p><p>　　q——工作油泵的排量(L/r)；</p><p>　　Np

46、——工作油泵實際消耗的功率(KW)；</p><p>　　nB——泵輪轉(zhuǎn)速(r/min )；</p><p>　　在大量實驗數(shù)據(jù)下，柴油機的輸出轉(zhuǎn)矩Me是油門開度α和柴油機轉(zhuǎn)速ne的函數(shù)，即有:</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　且有公式:</b></

47、p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　其中Ne——發(fā)動機功率(KW)</p><p>　　故工作油泵的實際消耗的功率也是油門開度和柴油機轉(zhuǎn)速的函數(shù)，當(dāng)工作油泵正常工作時，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速一般保持不變，但轉(zhuǎn)矩發(fā)生了變化，此時油門開度也發(fā)生了變化。所以油門開度變化量Δα是Np的函數(shù):</p><p><

48、;b>　　（2.4）</b></p><p>　　將式(2.4)代入原來的換擋規(guī)律函數(shù)，得出四參數(shù)換擋規(guī)律函數(shù)如下:</p><p><b>　　（2.5）</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　其中iu——升擋點；</p>&l

49、t;p><b>　　id——降擋點。</b></p><p>　　3 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　自動變速控制系統(tǒng)是液力自動變速器的主要組成部件之一，它主要由電子控制單元(ECU)、信號釆集系統(tǒng)(又稱傳感器系統(tǒng))、換擋執(zhí)行機構(gòu)和擋位模式選擇器組成。其中電子控制單元(ECU)是自動變速控制系統(tǒng)的主控單元，它是一種融合計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)

50、、檢測技術(shù)、智能控制技術(shù)和信息技術(shù)為一體的高科技產(chǎn)品，是檢驗自動變速系統(tǒng)換擋規(guī)律理論正確性、保證工程車輛高效率運行和充分發(fā)揮自動變速系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件。[ 11 ]本章節(jié)結(jié)合前面兩章關(guān)于工程車輛四參數(shù)自動換擋規(guī)律的理論研究，設(shè)計了液力自動變速器控制系統(tǒng)的硬件電路。</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p><p>　　綜合前面幾章關(guān)于換擋規(guī)律的理論研究和工程車輛的作業(yè)特點，

51、在進行總體方案設(shè)計時，首先要考慮以下因素：</p><p>　　①鑒于工程車輛一般是短距離的連續(xù)循環(huán)作業(yè)，作業(yè)工況時外負(fù)載變化急劇，環(huán)境復(fù)雜惡劣，故在設(shè)計自動變速控制系統(tǒng)時，應(yīng)使控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)有很高的抗干擾性和可靠性。</p><p>　?、阼b于液力自動變速箱是一種典型的機電液為一體的裝置，故在設(shè)計其變速控制系統(tǒng)時，應(yīng)充分考慮機械、電子、液壓等各個部分的性能，最大限度的發(fā)揮其

52、各自的優(yōu)勢。</p><p>　　③鑒于工程車輛短時間內(nèi)換擋十分頻繁，工作環(huán)境復(fù)雜多變，對安全性和控制實時性要求高等特點，故在設(shè)計其變速控制系統(tǒng)時，應(yīng)合理選擇ECU的主控芯片，實現(xiàn)最優(yōu)控制，并設(shè)計擋位模式選擇器，使駕駛員能根據(jù)工作工況和環(huán)境變化來干預(yù)換擋，手動控制換擋控制器，使其處于最優(yōu)的換擋模式。</p><p>　　本文在綜合考慮了以上諸多因素和參閱大量相關(guān)文獻后，設(shè)計了如圖3.1所示

53、的工程車輛自動變速控制系統(tǒng)原理圖。由于模塊化設(shè)計在設(shè)計、生產(chǎn)、調(diào)試、維修等方面較為方便，使設(shè)計過程較為清晰化，故本文在設(shè)計控制系統(tǒng)的硬件原理圖時采用模塊化設(shè)計。如圖所示，該控制系統(tǒng)硬件原理圖主要由電源模塊、信號釆集與處理模塊(傳感器系統(tǒng))、輸出控制模塊、擋位顯示模塊以及擋位選擇模塊等五部分組成。</p><p>　　①電源模塊。主要功能是為各個控制子系統(tǒng)提供不同伏值的工作電源。</p><p&

54、gt;　　②信號采集與處理模塊。主要功能是采集油門開度、油泵壓力、渦輪轉(zhuǎn)速以及泵輪轉(zhuǎn)速等四個輸入?yún)?shù)，并對其進行必要的格式轉(zhuǎn)換，然后輸入到單片機中。</p><p>　?、圯敵隹刂颇K。主要功能是將單片機輸出的控制信號進行信號處理以后，來驅(qū)動換擋執(zhí)行機構(gòu)進行換擋。</p><p>　?、軗跷伙@示模塊。主要功能是將車輛所處的擋位及時的顯示出來，方便駕駛員及時的控制換擋。</p>

55、<p>　　⑤擋位選擇模塊。主要功能是擋位模式選擇，設(shè)計一個擋位模式選擇器(操縱手柄)，駕駛員可以方便的根據(jù)車輛所處的環(huán)境來選擇車輛應(yīng)處的擋位模式。</p><p>　　圖3.1 工程車輛自動變速控制系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　3.2 單片機選型</b></p><p>　　單片機是整個電子控制單元ECU的核心部分，是決

56、定整個自動變速控制系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部件，因此，在設(shè)計硬件原理圖的各個模塊之前首先選擇單片機的型號。在諸多單片機的型號當(dāng)中，美國Intel公司在上世紀(jì)八十年代推出的MCS-51系列8位單片機，由于其優(yōu)越的性價比，一直是工業(yè)用微型計算機的主流，被譽為“控制域中最佳的8位微型計算機”。[ 5 ]近年來，該公司推出的AT89系列單片機在工業(yè)微型控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。AT89S52單片機是ATMEL公司采用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造的一種8位

57、增強型AT89系列單片機，具有低功耗、高性能等優(yōu)點。AT89S52單片機的主要性能如下:</p><p>　　(1)與MCS-51系列單片機兼容；</p><p>　　(2) 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，1000次擦寫周期；</p><p>　　(3)全靜態(tài)操作:0Hz-30Hz；</p><p>　　(4)三級加密程序存儲器，內(nèi)含

58、256B數(shù)據(jù)存儲器RAM；</p><p>　　(5)32根可編程I/O端口線；</p><p>　　(6)3個16位的定時器/計數(shù)器；</p><p>　　(7)6個中斷源，掉電后中斷可喚醒；</p><p>　　(8)全雙工串行通信；</p><p>　　(9)內(nèi)置看門狗定時監(jiān)視器；</p><

59、p>　　(10)低功耗空閑和掉線模式；</p><p>　　(11)雙數(shù)據(jù)指針(DPTR)；</p><p>　　(12)掉電標(biāo)識符；</p><p>　　(13)20多個特殊功能寄存器。</p><p>　　綜合考慮了上述自動變速控制系統(tǒng)的諸多因素和AT89S52單片機的性價比以后，本文選用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作

60、為自動變速控制系統(tǒng)的微控制器。AT89S52單片機采用PDIP封裝形式，共有40個引腳。各個引腳具體的功能本文不再詳述。</p><p>　　3.3 電源模塊設(shè)計</p><p>　　3.3.1 電源電路</p><p>　　AT89S52單片機和其外圍芯片的基準(zhǔn)電壓為5V，傳感器信號采集與處理系統(tǒng)需要的驅(qū)動電壓為12V，換擋執(zhí)行機構(gòu)中的電磁閥驅(qū)動電壓為24V。因此

61、，為了維持系統(tǒng)各模塊正常工作，控制系統(tǒng)中必須能提供5V、12V、24V的直流電壓.源。在工程車輛系統(tǒng)中一般附帶24V的直流穩(wěn)壓電源。本文只需將工程車輛自帶的24V電源轉(zhuǎn)換成5V和12V的穩(wěn)壓電源即可滿足控制系統(tǒng)的電源要求。本文通過采用LM7805和LM7812兩種集成穩(wěn)壓器，并在車輛自帶的24V電源后面并聯(lián)一個大容量的電解電容，利用其充放電特性使稍微有點波動的直流電變成穩(wěn)定的直流電源，但電解電容一般具有一定的電感，對高頻及脈沖干擾信號不

62、能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001-0.1μF的普通電容，以濾除高頻及脈沖干擾。具體轉(zhuǎn)換電路圖如圖3.2所示。此處的24V電源一般為穩(wěn)壓直流電源，適當(dāng)濾波后可以直接輸入到集成穩(wěn)壓器LM7805和LM7812當(dāng)中，無需設(shè)計變壓器變壓和整形電路。</p><p><b>　　圖3.2 電源電路</b></p><p>　　3.3.2 復(fù)位電路</p&

63、gt;<p>　　單片機可靠的復(fù)位是保證單片機正常運行的關(guān)鍵因素，它可以使單片機各個部分處于確定的初始狀態(tài)。因此，在設(shè)計控制系統(tǒng)之前，應(yīng)先設(shè)計單片機的復(fù)位電路。通常情況下，復(fù)位信號從RST引腳輸入到單片機內(nèi)部的施密特觸發(fā)器中的復(fù)位電路，然后使RST引腳保持兩個機器周期以上的高電平。當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，單片機就從0000H地址開始執(zhí)行程序。</p><p>　　本論文設(shè)計所用的AT89S52

64、單片機釆用上電自動復(fù)位方式來進行復(fù)位，而且增加了手動復(fù)位的按鈕，如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 上電復(fù)位和手動復(fù)位電路</p><p>　　3.3.3 時鐘電路</p><p>　　單片機時鐘電路可以采用外部時鐘方式和內(nèi)部時鐘方式兩種形式，如圖3.4所示，本文釆用內(nèi)部時鐘方式來構(gòu)成時鐘電路，內(nèi)部時鐘振蕩電路由單片機外部的晶體振蕩器與電容C6，C7構(gòu)成

65、的并聯(lián)諧振電路連接在XTAL1，XTAL2腳兩端，并與單片機內(nèi)部的時鐘發(fā)生器連接產(chǎn)生自激振蕩。對外部電容C6，C7的取值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性以及起振的快速性。C6，C7通常取值C6=C7=30pF左右。本文選用的AT89S52單片機的外部晶振頻率取值為12MHz。</p><p><b>　　圖3.4 時鐘電路</b></p>

66、<p>　　3.4 信號采集與處理模塊設(shè)計</p><p>　　信號采集與處理模塊是自動變速控制系統(tǒng)的主要部分之一，它主要完成的功能是對泵輪轉(zhuǎn)速、渦輪轉(zhuǎn)速、油門開度和油泵壓力等四個輸入?yún)?shù)信號的采集與處理。輸入?yún)?shù)是制定換擋規(guī)律的依據(jù)，因此，信號采集與處理模塊設(shè)計結(jié)果的優(yōu)劣將很大程度上影響整個自動變速控制系統(tǒng)設(shè)計的成敗。</p><p>　　3.4.1 轉(zhuǎn)速信號的采集與處理&l

67、t;/p><p>　　本文涉及到的速度信號主要有泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速兩種，在進行速度信號的釆集與處理前，首先應(yīng)選擇合適的傳感器。目前，市面上銷售的速度傳感器型號多種多樣，常用的速度傳感器有磁電式、光電式、霍爾式、可變磁阻式以及多普勒式等。其中，霍爾式速度傳感器由于具有無觸點、輸出信號幅值不變、頻率相應(yīng)高、長壽命、高可靠性、無自激振蕩、抗電磁干擾能力強、構(gòu)造簡單、耐沖擊等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。本文選用霍爾式速度傳感器進

68、行泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速的信號采集。</p><p>　　霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器是由霍爾開關(guān)集成傳感器和磁性轉(zhuǎn)盤組成的，在使用霍爾傳感器測量轉(zhuǎn)速時，首先將磁性轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連。當(dāng)被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，磁性轉(zhuǎn)盤便隨之轉(zhuǎn)動，固定在磁性轉(zhuǎn)盤附近的霍爾開關(guān)集成傳感器便可以在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個響應(yīng)的脈沖，檢測單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，便可直達被測軸的轉(zhuǎn)速。被測信號無需進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過適當(dāng)光電隔離和整形濾波后直接輸入到單片機當(dāng)

69、中。</p><p>　　由于工程車輛工作環(huán)境惡劣，電磁噪聲干擾嚴(yán)重，為防止工作環(huán)境中強電磁的干擾，需要對控制系統(tǒng)的輸入信號釆用光電隔離，將電信號有效地和電磁干擾隔離。為提高輸入信號的準(zhǔn)確性，在光電隔離以后再對輸入信號波形進行整形和濾波，使其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號。</p><p>　　本文采用的電子元件是TLP521-1型光電耦合器件和高頻施密特觸發(fā)器74HC14，對信號進行光電隔離和整形

70、濾波處理，其具體的電路圖如圖3.5所示</p><p>　　圖3.5 轉(zhuǎn)速信號采集電路</p><p>　　3.4.2 油門開度信號的采集與處理</p><p>　　油門開度的大小決定了發(fā)動機輸出功率和發(fā)動機轉(zhuǎn)速的大小，是反映駕駛員操作意圖的依據(jù)。油門開度信號的采集一般采用油門位置傳感器，一般安裝在油門執(zhí)行器內(nèi)部，它實質(zhì)上是一個可變電阻器和開關(guān)的組合，當(dāng)油門開度變化

71、時，該傳感器的動觸點在電阻膜上移動，傳感器的電阻值發(fā)生變化，從而與油門開度對應(yīng)的輸出電壓信號也發(fā)生變化，然后再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換以后送入自動變速控制系統(tǒng)當(dāng)中。自動變速控制系統(tǒng)根據(jù)油門開度的大小和其他輸入信號的情況，便可確定工程車輛當(dāng)時的行駛工況，以便實現(xiàn)在不同油門開度下有效控制自動變速箱擋位的目的。</p><p>　　傳感器輸出的電壓值很小，一般先將輸出電壓進行整形濾波和信號放大。本文采用二階有源低通濾波器對兩個模擬

72、信號進行整形濾波，其電路原理圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 油門開度信號采集電路</p><p>　　由于電壓信號是模擬信號，單片機不識別，再輸入到單片機之前應(yīng)首先進行模數(shù)轉(zhuǎn)(A/D轉(zhuǎn)換)。目前市面上銷售的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器種類多種多樣，主要有逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器、V/F交換式A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器等。</p><p>　　本文中需要進

73、行模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入量有兩個，所以選用National半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的多輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809進行輸入信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC0809是一種CMOS材料的八位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器。它具有8個通道的模擬量輸入線，可以在程序控制下對任意通道進行A/D轉(zhuǎn)換，從而得到8位二進制的數(shù)字量。</p><p>　　圖3.7 ADC0809管腳圖</p><p>　　如圖所示。ADC0809共有8個

74、模擬量輸入端IN0~IN7，ALE選擇信號端將3位地址線ADD-A、ADD-B、ADD-C進行鎖存，然后由譯碼器選通8個輸入中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809的時鐘頻率一般取500KHZ，而AT89S52單片機的時鐘頻率為12MHz，由于ADC0809內(nèi)部無時鐘電路，因此，必須將單片機的時鐘頻率經(jīng)過分頻器分頻后接到ADC0809芯片的CLOCK引腳上。AT89S52的ALE引腳輸出的脈沖頻率是單片機的六分之一，所以本文選擇的分頻方法

75、是將ALE端口的輸出脈沖信號經(jīng)過兩個D觸發(fā)器進行四分頻以后，再輸入到ADC0809當(dāng)中。從而得到ADC0809的工作時鐘頻率:</p><p>　　選用ADC0809的IN0和IN1兩個端口作為油門開度信號和工作油泵壓力信號的輸入端口，使用單片機AT89S52的P2.0~P2.2端口作為ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器3位地址線ADD-A、ADD-B、ADD-C的輸入端，以此來選通輸入信號的端口，選用P2.3、P2.4、

76、P2.5分別作為ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端EOC、啟動轉(zhuǎn)換信號端START、允許輸入信號端ENABLE的單片機控制端口，其硬件電路圖如圖3.8所示:</p><p>　　圖3.8 AD轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.4.3 工作油泵壓力信號的采集與處理</p><p>　　工程車輛在作業(yè)工況時，其發(fā)動機的輸出功率的很大一部分都傳送給工作油泵，以此來驅(qū)動工作裝置

77、進行作業(yè)，且其實際消耗的功率并不是一個定值，而是隨著作業(yè)工況的不同而不同，最高時占到發(fā)動機功率的60%所以在設(shè)計自動變速系統(tǒng)時應(yīng)該考慮工作油泵實際消耗的功率。本文采用壓力傳感器來測量工作油泵壓力，將壓力傳感器安裝在油泵的出口處，當(dāng)工作油泵工作時，液壓油在液壓系統(tǒng)的作用下產(chǎn)生壓力，并將其作用在出口處的傳感器上，傳感器將壓力轉(zhuǎn)變成電壓信號輸出，輸出信號一般很小，需進行整形濾波和信號放大，然后經(jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器以后將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸

78、入到單片機中。壓力傳感器輸出的電壓模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號的過程和油門開度的一樣，使用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的IN1口作為模擬量的輸入端口，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器后變成數(shù)字量，此處不再詳細介紹其過程。硬件電路圖如圖3.8所示。</p><p>　　3.5 輸出控制模塊設(shè)計</p><p>　　輸出控制模塊是自動變速控制系統(tǒng)的重要組成部分之一，其性能的好壞將很大程度上影響換擋的準(zhǔn)確實現(xiàn)。該模塊完成的

79、主要任務(wù)是將單片機輸出的控制信號通過光電隔離以后進行信號放大以驅(qū)動換擋電磁閥進行擋位的變換。本文設(shè)計的輸出控制模塊主要實現(xiàn)前進擋和倒擋的控制，分別選用單片機的P0.0和P0.1端口作為前進擋和倒擋的控制端口，因單片機輸出信號比較微弱，不足以驅(qū)動電磁閥工作，所以需要在電路中加入電流放大器，使輸出信號增強。設(shè)定工程車輛有四個前進擋和四個倒擋，分別選用單片機的P0.2、P0.3、P0.4和P0.5四個端口控制前進擋和倒擋中的1擋、2擋、3擋和

80、4擋。下面以1擋為例解釋其具體的硬件電路圖，如圖3.9所示:</p><p>　　圖3.9 輸出控制電路</p><p>　　硬件電路工作原理:當(dāng)單片機P0.2端口輸出高電平時，光電隔離器件TLP521-1處于截止?fàn)顟B(tài)，換擋執(zhí)行機構(gòu)中的電磁閥斷開。當(dāng)單片機P0.2端口輸出低電平時，TLP521-1處于導(dǎo)通狀態(tài)，且有微小的電流通過，通過電流放大器的信號放大作用后輸出強電流，驅(qū)動換擋執(zhí)行機構(gòu)中

81、的電磁閥閉合，換入一擋。此過程中由于電磁閥斷電以后會產(chǎn)生很高的反電勢，如果不把此電勢抵消，可能會擊穿電路放大器或者電磁閥等器件，所以在硬件電路中引入了保護電路，在電磁閥兩端并聯(lián)了一個二極管，利用二極管將反電勢消耗掉。</p><p>　　需要注意的是，同一時刻車輛只能處在前進擋的一個擋位或者倒擋的一個擋位，所以控制端口 P0.0和P0.1不能同時處于低電平，擋位端口 P0.2、P0.3、P0.4以及P0.5同樣只

82、能有一個為低電平。</p><p>　　3.6 擋位顯示模塊設(shè)計</p><p>　　擋位顯示模塊的主要功能是通過顯示器及時的顯示出工程車輛所處的擋位，方便駕駛員了解工程車輛的工況。LED以其價格低，壽命長，對電壓、電流的要求低以及容易實現(xiàn)多路等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于各種儀器儀表當(dāng)中。LED由7段發(fā)光二極管組成的，有共陰極和共陽極兩種接法以及靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。其引腳結(jié)構(gòu)如圖3.10所示

83、。</p><p>　　圖3.10 數(shù)碼管引腳圖</p><p>　　如圖所示，可以通過控制發(fā)光二極管的a，b，c，d，e，f，g，dp各點和公共點的亮暗來組合顯示不同的數(shù)字(dp點是來表示小數(shù)點，在顯示數(shù)字中不起作用)。</p><p>　　本文選用一個靜態(tài)顯示方式的共陰極LED顯示器來顯示工程車輛所處的擋位，通過單片機的P0.0~P0.7的8個端口鏈接一個74H

84、C573鎖存器來驅(qū)動LED顯示器的8個引腳。其硬件電路圖如圖3.11所示:</p><p>　　圖3.11 數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　3.7 擋位選擇模塊設(shè)計</p><p>　　工程車輛無論是工作工況還是行駛工況都比一般的公路行駛汽車復(fù)雜的多，合理的設(shè)計工程車輛的自動變速器的擋位模式，對提高工程車輛的工作效率起著至關(guān)重要的作用。本文結(jié)合工程車輛的作業(yè)工況

85、和行駛工況特點設(shè)計了擋位選擇器。共包括自動模式和手動模式兩種。</p><p>　?、僮詣幽Ｊ?。當(dāng)車輛長時間處于行駛狀態(tài)或者作業(yè)環(huán)境不復(fù)雜時，應(yīng)自動換擋模式，讓車輛根據(jù)其運行狀態(tài)進行自動換擋，提高燃油經(jīng)濟性和動力性。</p><p>　?、谑謩幽Ｊ?。當(dāng)工程車輛的作業(yè)和行駛環(huán)境十分復(fù)雜時，駕駛員往往選擇手動模式來駕駛車輛，在此模式下工程車輛不再根據(jù)輸入?yún)?shù)進行自動換擋，其換擋過程將完全由駕駛

86、員手動操作。</p><p>　　自動換擋模式需要實現(xiàn)前進擋和倒擋控制，本文結(jié)合擋位輸出控制模塊設(shè)計的理論，設(shè)計了前進擋和倒擋控制電路，選用兩個鍵盤按鈕，一端分別接單片機的P3.2和P3.3兩個引腳，另一端接地，當(dāng)有按鍵按下時，按鍵與地相連往單片機輸入低電平，程序一旦檢測到輸入端口為低電平時表示按鍵按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的指令，其電路原理圖如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 換

87、擋模式選擇</p><p>　　3.8 自動變速控制系統(tǒng)可靠性研究</p><p>　　完成硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計以后，自動變速系統(tǒng)最終要應(yīng)用到實際生產(chǎn)中的工程車輛當(dāng)中，進行最后的工程實踐檢驗。由于工程車輛工作環(huán)境十分惡劣，控制系統(tǒng)不僅要承受外界環(huán)境的惡劣、負(fù)載變化引起的振動和載荷沖擊，還要受到環(huán)境中高電高壓和車輛內(nèi)部其他系統(tǒng)引起的感應(yīng)電場的干擾，使得在實驗室調(diào)試成功的硬件系統(tǒng)和軟件系

88、統(tǒng)在工程現(xiàn)場應(yīng)用到車輛當(dāng)中時，往往不能正常工作。因此，在變速控制系統(tǒng)的設(shè)計階段必須采取足夠的抗干擾措施來保證控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本小節(jié)將從硬件系統(tǒng)抗干擾設(shè)計來考慮自動變速控制系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　3.8.1 系統(tǒng)干擾的來源</p><p>　　系統(tǒng)的干擾源多種多樣，根據(jù)干擾來源的不同，可以將干擾源分為系統(tǒng)外部干擾源和系統(tǒng)自身干擾源兩種。結(jié)合工程車輛的特點，本文主要總結(jié)了

89、一下幾種:</p><p>　?、賮碜噪娫吹母蓴_。主要包括電源線中的高頻干擾、拉闡開關(guān)過程中形成的干擾、感性負(fù)載產(chǎn)生的噪聲干擾等。</p><p>　?、趤碜暂斎胪ǖ赖母蓴_。主要包括各種傳感器、信號檢測和控制模塊的干擾。</p><p>　　③來自電路板印制時布局不合理帶來的干擾。自動變速控制系統(tǒng)在完成硬件圖繪制以后，將進行PCB板的繪制，在排版時有可能會出現(xiàn)各個線

90、路不合理的情況，從而影響以后系統(tǒng)的正常工作。</p><p>　?、軄碜怨ぷ鳝h(huán)境中的干擾。工程車輛一般工作于環(huán)境惡劣的工程現(xiàn)場，由于環(huán)境中的高電壓容易產(chǎn)生很強的感應(yīng)磁場，故對控制系統(tǒng)有很強的干擾性。</p><p>　?、輥碜攒囕v內(nèi)部器件的影響，工程車輛內(nèi)部有許多其他的控制系統(tǒng)，各個系統(tǒng)之間產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場，也會對系統(tǒng)有很大的影響。</p><p>　?、迊碜韵到y(tǒng)內(nèi)

91、部各信號線之間的干擾。系統(tǒng)中當(dāng)兩條或者多條導(dǎo)線靠的很近其中一條導(dǎo)線上的信號將會對其他導(dǎo)線產(chǎn)生干擾。</p><p>　　3.8.2 系統(tǒng)干擾源帶來的危害</p><p>　　系統(tǒng)的干擾問題如果解決不好，即使其它環(huán)節(jié)設(shè)計的再好，整個控制系統(tǒng)也可能正常工作。嚴(yán)重時還會造成系統(tǒng)癱瘓。本文結(jié)合上一小節(jié)介紹的六種干擾總結(jié)了以下幾條干擾源帶來的主要危害:</p><p>　?、?/p>

92、信號釆集產(chǎn)生誤差。工作環(huán)境中的電磁干擾信號和車輛系統(tǒng)中其他控制系電磁信號進入變速控制系統(tǒng)以后可能會與傳感器輸出信號進行疊加，使采集信號存在很大的誤差，進而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控制策略。</p><p>　　.②存儲器中數(shù)據(jù)發(fā)生變化。本文采用離線方式生成不同油門開度和油泵壓力模糊控制查詢表，然后存入到單片機的數(shù)據(jù)存儲器。系統(tǒng)在強干擾源下工作由于干擾信號的影響，可能會使數(shù)據(jù)讀取錯誤，嚴(yán)重時會造成數(shù)據(jù)的丟失。</p&g

93、t;<p>　?、劭刂茽顟B(tài)出錯?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)輸入信號和事先存儲的換擋策略，輸出相對擋位控制信號。但是在干擾信號的干擾下，控制信號會發(fā)生很大的偏差，經(jīng)放大后，偏差加大，從而嚴(yán)重影響控制的準(zhǔn)確性。</p><p>　　④程序運行出錯。系統(tǒng)根據(jù)程序計數(shù)器PC值嚴(yán)格的執(zhí)行系統(tǒng)中的每一條指令，當(dāng)PC值在干擾信號的影響下發(fā)生變化時，系統(tǒng)程序運行將出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重時會出現(xiàn)死循環(huán)或者死機等現(xiàn)象。</p>

94、<p>　　3.8.3 硬件電路抗干擾設(shè)計</p><p>　　針對上述干擾源，分別采用如下抗干擾措施:</p><p>　　①對于來自電源的干擾。設(shè)計電源時應(yīng)盡量采用低通濾波器，并在靠近電源的各個芯片附近并聯(lián)小容量的電容。本文采取的具體措施如圖3.2所示，使用了三端固定式集成穩(wěn)壓器LM7805和LM7812，并在電源兩端并聯(lián)了大容量的電解電容和小容量的普通電容進行濾波處理。&

95、lt;/p><p>　?、趯τ趤碜暂斎胪ǖ?、工作環(huán)境以及內(nèi)部其他系統(tǒng)的干擾。對于模擬信號應(yīng)進行隔離放大，數(shù)字信號采用光電隔離技術(shù)進行隔離。本文采取的具體措施如圖3.5和圖3.6所示，對于霍爾傳感器輸出的脈沖數(shù)字信號采用光電耦合器件TLP521-1和高施密特觸發(fā)器74HC14，對信號進行光電隔離和整形濾波處理，對于油門開度和油泵壓力信號采用運放電路進行濾波和放大處理。</p><p>　　③對于

96、來自PCB板布局不合理的干擾。排版時，電源線的布置應(yīng)將強電與弱電電路分開，地線應(yīng)盡量粗一些。</p><p>　?、軐τ趤碜韵到y(tǒng)內(nèi)部各信號線之間的干擾。在選用信號線時，應(yīng)盡量選用屏蔽雙絞線或電纜，同時，要盡量加大電路板上各個信號線之間的距離。</p><p>　　3.9 自動變速控制系統(tǒng)硬件原理總圖設(shè)計</p><p>　　根據(jù)上述幾節(jié)關(guān)于自動變速控制系統(tǒng)各模塊原理

97、圖的設(shè)計以及系統(tǒng)硬件抗干擾設(shè)計，本文采用protel硬件原理圖軟件繪制了整個變速控制系統(tǒng)原理總圖，如圖3.13所示。</p><p>　　4 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　自動變速控制系統(tǒng)的硬件原理圖好比整個變速系統(tǒng)的骨架，而系統(tǒng)軟件則是整個變速系統(tǒng)的具體內(nèi)容。只有使兩者有機的結(jié)合起來才能構(gòu)成一個完整的自動變速控制系統(tǒng)。良好的系統(tǒng)軟件設(shè)計是保證整個系統(tǒng)最終是否能實現(xiàn)

98、的關(guān)鍵，其一般的設(shè)計過程為①分析問題；②確定解決問題的具體算法；③根據(jù)算法編寫控制程序；④結(jié)合硬件原理圖進行調(diào)試，直至調(diào)試成功。</p><p>　　4.1 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)軟件總體方案設(shè)計</p><p>　　結(jié)合上一章關(guān)于自動變速控制系統(tǒng)硬件原理圖的模塊化設(shè)計，本文設(shè)計的軟件系統(tǒng)同樣根據(jù)實現(xiàn)的不同功能劃分為多個部分，主要包括主程序、轉(zhuǎn)速信號采集子程序、油門開度信號釆集子程序、油

99、泵壓力信號采集子程序、模糊控制算法子程序、擋位輸出控制子程序、擋位顯示子程序等部分。并釆用C51語言程序設(shè)計，應(yīng)用keil程序設(shè)計軟件進行程序編寫、調(diào)試。各個部分的基本功能如下:</p><p>　?、僦鞒绦?。主要功能是初始化整個控制程序以及協(xié)調(diào)、調(diào)用各個子程序，以此實現(xiàn)相應(yīng)的功能。本文采用keil程序設(shè)計軟件進行編程設(shè)計時，AT89S52單片機的基本初始設(shè)置已通過頭文件<reg52.h>進行了設(shè)置。

100、</p><p>　?、谵D(zhuǎn)速信號采集子程序。主要功能是通過計數(shù)器計算脈沖數(shù)來采集泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速，并將其轉(zhuǎn)換為其真實轉(zhuǎn)速值，為模糊控制算法子程序的實現(xiàn)做準(zhǔn)備。</p><p>　?、塾烷T開度信號采集子程序。主要功能是將A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號輸入到單片機當(dāng)中，并將其轉(zhuǎn)換成油門開度值，以此來確定模糊控制器的規(guī)則庫。</p><p>　?、苡捅脡毫π盘柌杉映绦颉?/p>

101、主要功能和油門開度信號采集子程序的功能一樣，通過此程序得到工作油泵壓力的真實值，以此來確定模糊控制器的規(guī)則庫。</p><p>　?、菽：刂扑惴ㄗ映绦颉Ｖ饕δ苁歉鶕?jù)采集到的轉(zhuǎn)速信號、油門開度以及油泵壓力來確定工程車輛此時該處的擋位。</p><p>　?、迵跷惠敵隹刂谱映绦?。主要功能是根據(jù)模糊控制器輸出的擋位，使相應(yīng)的單片機引腳輸出低電平，以此來控制換擋電磁閥進行換擋操作。</p

102、><p>　?、邠跷伙@示子程序。主要功能是將車輛此時所處的擋位通過LED顯示出來。</p><p>　　4.2 工程車輛自動換擋控制系統(tǒng)主程序設(shè)計</p><p>　　自動變速控制系統(tǒng)的主程序是實現(xiàn)控制系統(tǒng)具體功能的前提，合理的設(shè)計主程序可以高效的協(xié)調(diào)、調(diào)用以及處理各個子程序，以此來完成相應(yīng)的功能。本文根據(jù)自動變速控制系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能順序，結(jié)合控制系統(tǒng)的硬件原理圖，確

103、定了主程序流程圖，如圖4.1所示。</p><p>　　由圖4.1 控制系統(tǒng)主程序流程圖所示，在啟動控制程序之前首先確定是手動操作還是自動換擋，車輛啟動后首先掛1擋，或者空擋，然后在根據(jù)輸入?yún)?shù)的不同，通過模糊控制器確定車輛此時的擋位，并通過驅(qū)動程序驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)換擋。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.3 轉(zhuǎn)速信號采集子程序設(shè)計&l

104、t;/p><p>　　泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速通過霍爾轉(zhuǎn)速傳感器采集以后輸出脈沖信號，單片機利用定時器/計數(shù)器采集兩個轉(zhuǎn)速脈沖信號，并采用一定的轉(zhuǎn)換方法將脈沖信號轉(zhuǎn)換成泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速的實際值，以此作為模糊控制器的輸入變量。 .</p><p>　　目前，根據(jù)傳感器輸出的脈沖信號來測量轉(zhuǎn)速的方法主要有測頻率法(M法)、測周期法(T法)以及M/T法:①M法是通過測量單位時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速脈沖信號的數(shù)量來換

105、算成頻率，適用于高速測量；②T法是通過測量兩個轉(zhuǎn)速脈沖信號之間的時間來換算成周期，從而得到頻率，適用于低速測量；③M/T法綜合了前面兩種方法的優(yōu)點，測量的轉(zhuǎn)速信號范圍較大，是目前應(yīng)用比較廣泛的轉(zhuǎn)速測量方法。本文采用的轉(zhuǎn)速脈沖信號測量方法是在M/T法的基礎(chǔ)上做了適當(dāng)?shù)母倪M。其具體測量過程如下:假定本文設(shè)計的自動變速控制系統(tǒng)每秒(固定檢測時間)釆集一次轉(zhuǎn)速信號，為節(jié)省定時器/計數(shù)器，本文釆用的定時方式是用延時子程序來延時一秒，此類方法定時時

106、間不如定時器精確，但其定時精度在誤差允許范圍以內(nèi)，并節(jié)省了定時器/計數(shù)器的使用。本文選定定時器/計數(shù)器T0 (P3.4引腳)為泵輪轉(zhuǎn)速脈沖信號計數(shù)器，定時器/計數(shù)器T1 (P3.5引腳)為渦輪轉(zhuǎn)速脈沖信號計數(shù)器。將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器輸出的脈沖信號接入T0/T1兩個計數(shù)器上，假定每秒鐘計數(shù)器T0計數(shù)為M1，計數(shù)器T1計數(shù)為M2。測得M1與M2的速度的單位為r/s，需轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)速度單位r/min，它們之間是60進制</p><

107、;p><b>　　（4.1）</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　其中，泵輪轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速的單位是r/min。</p><p>　　轉(zhuǎn)速信號采集子程序?qū)⑨娂降谋幂嗈D(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速的實際值作為輸入?yún)?shù)輸入到模糊控制器當(dāng)中，進行模糊化、模糊控制以及反模糊化，從而輸出相應(yīng)的擋位控制信

108、號。轉(zhuǎn)速脈沖信號采集子系統(tǒng)程序流程圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 轉(zhuǎn)速脈沖信號采集子程序流程圖</p><p>　　4.4 模擬信號采集子程序設(shè)計</p><p>　　由上一章關(guān)于油門開度和油泵壓力信號采集硬件電路圖可知，油門開度和油泵壓力信號通過油門位置傳感器和壓力傳感器測量并輸出電壓模擬信號，通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入到單片機

109、當(dāng)中，單片機將油門開度和油泵壓力的實際大小輸入模糊控制器當(dāng)中，作為模糊控制規(guī)則庫的選擇原則。</p><p>　　本文設(shè)計的油門開度和油泵壓力信號釆集，選用單片機的P2.3、P2.4、P2.5端口分別作為ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端EOC、啟動轉(zhuǎn)換信號端START、允許輸入信號端ENABLE的單片機控制端口，P2.0、P2.1以及P2.2引腳控制ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三條地址線，用來選通A/D轉(zhuǎn)換器的輸入通道