專利名稱：汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬汽車變速器領(lǐng)域，具體為一種汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
近年，能源及地球溫室效應(yīng)問題越來越受到人們的關(guān)注和重視，而汽車在能源消耗 和環(huán)境污染方面扮演著重要的角色，因此開發(fā)低油耗、零污染的"清潔汽車"迫在眉睫。 另一方面，隨著我國私人購車的逐年遞增及大量非職業(yè)司機(jī)的出現(xiàn)，自動(dòng)變速器正越來 越受到廣大汽車用戶的青睞。由于無級(jí)變速器(CVT)可以連續(xù)改變速比，使發(fā)動(dòng)機(jī)的 工作點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最佳匹配，因而提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性或動(dòng)力性，并降低了排放。與其他 變速器，如自動(dòng)變速器(AT)、手自一體變速器(AMT)等相比，無級(jí)變速器(CVT)不 僅節(jié)能、環(huán)保，而且操縱方便、乘坐舒適、結(jié)構(gòu)簡單。因此，無級(jí)變速器(CVT)是汽 車最理想的傳動(dòng)裝置，特別是混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)汽車的理想配置，在我國必有一個(gè)廣闊的市 場。高速開關(guān)閥作為無級(jí)變速器(CVT)液壓控制系統(tǒng)中的主要電磁閥之一，其主要作 用是實(shí)現(xiàn)前進(jìn)離合器和倒檔制動(dòng)器結(jié)合壓力的控制，其工作原理如圖1所示。它由銜鐵、 閥體、線圈、回油球閥、供油球閥、極靴等部分構(gòu)成。圖l所示位置時(shí)工作口與進(jìn)油口 相連，工作口連接了高壓油路，當(dāng)鋼球在電磁鐵推力的作用下到達(dá)右端位置的時(shí)候，工 作口與回油口相連，接通低壓油路。該閥是通過電磁鐵和液壓力的共同作用，使工作油 口高速不斷的分別與高、低壓油路連通，調(diào)節(jié)工作油路的壓力。高速開關(guān)閥控制的核心是控制其電流。模擬式控制功率輸出級(jí)到比例閥線圈的電流 是連續(xù)電流，電子功率器件功耗大，需加裝散熱裝置。而脈沖寬度調(diào)節(jié)(PWM)控制功 率輸出級(jí)為開關(guān)型結(jié)構(gòu)，功耗小，PWM信號(hào)中包含了同頻率的脈動(dòng)量，無需另加顫振信 號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)、滯后時(shí)間短、重復(fù)精度高。故現(xiàn)在多采用PWM控制功率MOS驅(qū)動(dòng)高 速開關(guān)閥，加到開關(guān)閥線圈的電壓波形為周期一定、脈沖寬度可控的矩形波。由于脈沖 周期遠(yuǎn)小于閥芯的響應(yīng)周期，閥芯的運(yùn)動(dòng)只響應(yīng)P^H言號(hào)的平均值，閥芯工作時(shí)處于微 振動(dòng)狀態(tài)，這大大地減小了比例滯環(huán)。但是由于高速開關(guān)閥要求開關(guān)速度要求更高，簡 單的PWM調(diào)節(jié)控制的效率較低，功耗較大。而且目前的控制電路沒有自動(dòng)保護(hù)功能。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的問題是現(xiàn)有利用脈沖寬度調(diào)節(jié)(P麗)控制無級(jí)變速器(CVT) 高速開關(guān)閥的效率較低，功耗較大，高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路沒有自我保護(hù)功能。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置，包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊、MCU模塊及電源處理模塊，智能功率驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)設(shè)P溝道功率MOS， MCU模塊集 成的P麗口與定時(shí)器相配連接至MCU模塊的輸出端，MCU模塊輸出接P溝道功率M0S， 電源處理模塊分別與智能功率驅(qū)動(dòng)模塊和MCU模塊的電源輸入端連接。本實(shí)用新型智能功率驅(qū)動(dòng)模塊還包括采樣電阻，采樣電阻連接MCU模塊的信號(hào)輸入 端。采樣電阻可以是水泥電阻，通過其電壓值判斷高速開關(guān)閥的短路和斷路故障。高速開關(guān)閥的理想運(yùn)動(dòng)特性是在電磁閥通電初期盡快地注入能量，達(dá)到峰值電流， 這樣可以提高電磁閥的開閥響應(yīng)速度。 一旦電磁閥閉合后，只需提供較小的保持電流， 這樣不但可以降低能量消耗，減少電磁閥的發(fā)熱量，而且可同時(shí)提高高速開關(guān)閥的關(guān)閥 響應(yīng)速度，在關(guān)閥階段，可迅速地切斷驅(qū)動(dòng)電流，其PWM保持高速開關(guān)闊驅(qū)動(dòng)信號(hào)及線 圈理想電流波形如圖6所示。本實(shí)用新型MCU模塊內(nèi)部集成的P麗口與定時(shí)器相配產(chǎn)生 的控制波形，可以很好的滿足高速開關(guān)闊的理想運(yùn)動(dòng)需求。本實(shí)用新型利用MCU的集成的PWM 口及內(nèi)部定時(shí)器相配合，產(chǎn)生P麗的復(fù)合控制波 形，控制功率MOS驅(qū)動(dòng)高速開關(guān)閥，控制提高控制效率，較低工作功耗；通過實(shí)時(shí)檢測 采樣電阻上的電壓值，判斷高速開關(guān)閥是否存在故障，當(dāng)存在故障時(shí)自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)電源 保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路不被燒壞。


圖1是高速開關(guān)閥結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)原理框圖。圖3是本實(shí)用新型電源處理模塊電原理圖。圖4是本實(shí)用新型MCU模塊的電原理圖。圖5是本實(shí)用新型智能功率驅(qū)動(dòng)模塊功率M0S部分的電原理圖。圖6是脈沖寬度調(diào)節(jié)高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)波形和線圈的理想電流波形。圖7是本實(shí)用新型MCU集成的PWM 口和定時(shí)器相配輸出的工作流程圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖2，本實(shí)用新型電路包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊l、 MCU模塊2及電源處理模塊3， 其特征是智能功率驅(qū)動(dòng)模塊1內(nèi)設(shè)P溝道功率M0S101， MCU模塊2集成的P麗口與定時(shí) 器相配連接至MCU模塊2的輸出端，MCU模塊2輸出接P溝道功率M0S101，電源處理模 塊3分別與智能功率驅(qū)動(dòng)模塊1和MCU模塊2的電源輸入端連接。智能功率驅(qū)動(dòng)模塊1 還包括采樣電阻102，連接MCU模塊2的信號(hào)輸入端。P溝道功率M0S采用HITACHI公司的2SJ530，其優(yōu)點(diǎn)為導(dǎo)通電阻小，典型值為 0.08Q;開關(guān)速度快，開通延遲時(shí)間為最大12ns，上升時(shí)間為75ns，關(guān)斷延遲時(shí)間最 大為125ns，下降時(shí)間為75ns。電功率M0S路原理如圖5。采樣電阻選用無感水泥精密電阻，采樣更精確，工作更可靠。電源處理模塊選用 INFINEON公司的汽車專用電源處理芯片TLE4275，電壓精度為±2%，整個(gè)系統(tǒng)工作更可 靠，MCU選用FREESCALE公司的MC9S12D64， 16位高性能汽車專用單片機(jī)，內(nèi)部集成P麗 和AD，工作頻率最高可達(dá)40MHz。圖3是電源處理模塊電原理圖，圖4是MCU模塊的電. 原理圖。脈沖寬度調(diào)節(jié)(P麵)保持高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)信號(hào)及線圈的理想電流波形如圖6所示， 驅(qū)動(dòng)脈寬(Tinj)由三部分組成初始脈寬(Ti); P麗保持脈寬(Tp); PWM延遲時(shí)間(Td)。 初始脈寬給開關(guān)閥提供快速增加的電流，使開關(guān)閥迅速開啟。P麗保持脈寬給開關(guān)閥提 供維持吸合的保持電流，保持電流的大小通過P1M頻率(f)及占空比(k)進(jìn)行調(diào)節(jié)。P麗 延遲時(shí)間提供保持電流初始值。高速開關(guān)閥線圈的理想電流波形，在初始脈寬的上沿， 線圈電流按指數(shù)函數(shù)上升，當(dāng)電流上升到開關(guān)閥吸合時(shí)，由于線圈電感的突變，導(dǎo)致線 圈電流產(chǎn)生一拐點(diǎn)，而后線圈電流繼續(xù)以指數(shù)函數(shù)上升。在初始脈寬的下沿，線圈電流 又以指數(shù)函數(shù)下降，當(dāng)下降到設(shè)定的保持電流時(shí)，在PB1保持信號(hào)的作用下，線圈保持 電流上下波動(dòng)直到P觀信號(hào)結(jié)束，線圈電流又以指數(shù)函數(shù)下降到0。本實(shí)用新型利用MCU 集成的PWM 口和定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)這種理想的驅(qū)動(dòng)方案,相配產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)波形，具體是以初始 脈寬(Ti); P麗保持脈寬(Tp); P麗延遲時(shí)間(Td)的和作為定時(shí)器定時(shí)時(shí)間，同時(shí)打開 定時(shí)器開始定時(shí)并開始P麗的輸出，P麗的設(shè)置開始以初始脈寬(Ti)和PWM延遲時(shí)間(Td) 的和為周期，以初始脈寬(Ti)和P碰延遲時(shí)間(Td)的比為占空比，在P麗的下一個(gè)周期 改為保持輸出的周期和占空比進(jìn)行設(shè)置，定為0.5ms， 50%占空比，定時(shí)器時(shí)間到停止 PWM輸出，以開關(guān)閥關(guān)閉時(shí)間驟。其流程圖見圖7。利用MCU芯片集成的AD采樣口，測量智能功率驅(qū)動(dòng)模塊中采樣電阻上的電壓，根 據(jù)高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)狀態(tài)及采集到的電壓值，可以準(zhǔn)確的判斷高速開關(guān)閥所處的狀態(tài)，發(fā) 現(xiàn)如斷路、短路等故障時(shí)，自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)電路電源，可靠保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路。
權(quán)利要求1、汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置，包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(1)、MCU模塊(2)及電源處理模塊(3)，其特征是智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(1)內(nèi)設(shè)P溝道功率MOS(101)，MCU模塊(2)集成的PWM口與定時(shí)器相配連接至MCU模塊(2)的輸出端，MCU模塊(2)輸出接P溝道功率MOS(101)，電源處理模塊(3)分別與智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(1)和MCU模塊(2)的電源輸入端連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是智能功 率驅(qū)動(dòng)模塊(1)還包括采樣電阻(102)，采樣電阻(102)連接MCU模塊(2)的信號(hào) 輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是采樣電 阻(102)是水泥電阻。
專利摘要汽車無級(jí)變速器高速開關(guān)閥驅(qū)動(dòng)裝置包括智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(1)、MCU模塊(2)及電源處理模塊(3)，智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(1)內(nèi)設(shè)P溝道功率MOS(101)，MCU模塊(2)輸出接P溝道功率MOS(101)，電源處理模塊(3)分別與智能功率驅(qū)動(dòng)模塊(1)和MCU模塊(2)的電源輸入端連接。本實(shí)用新型利用MCU的集成的PWM口及內(nèi)部定時(shí)器相配合，產(chǎn)生PWM的復(fù)合控制波形，控制功率MOS驅(qū)動(dòng)高速開關(guān)閥，控制提高控制效率，較低工作功耗；通過實(shí)時(shí)檢測采樣電阻上的電壓值，判斷高速開關(guān)閥是否存在故障，當(dāng)存在故障時(shí)自動(dòng)切斷驅(qū)動(dòng)電源保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路不被燒壞。
文檔編號(hào)F16H57/00GK201090715SQ20072004619
公開日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2007年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月17日
發(fā)明者卿 施, 朱炳元, 林 杜, 沙文祥, 寶 陳 申請(qǐng)人:南京天擎汽車電子有限公司