專利名稱：重型汽車的amt系統(tǒng)ecu的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于AMT系統(tǒng)的ECU,具體涉及一種用于重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU。
背景技術(shù)：
AMT是一種機、電、液、氣一體化的高科技產(chǎn)品。它的基本控制思想是根據(jù)駕駛員 的意圖(加速踏板、制動踏板、選擇器開關(guān)等)和車輛的狀態(tài)(發(fā)動機轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、 車速、檔位等)，依據(jù)設(shè)定的規(guī)律(換檔規(guī)律，離合器接合規(guī)律等)，借助相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)(油 門控制執(zhí)行機構(gòu)、選換檔執(zhí)行機構(gòu)、離合器分離與接合執(zhí)行機構(gòu))，對車輛的動力傳動系統(tǒng)(發(fā) 動機、離合器、變速器)進(jìn)行聯(lián)合控制。
我國AMT研制工作起步較晚，"九，五"期間，AMT的開發(fā)研制和產(chǎn)品化被列入國家 "九*五"科技攻關(guān)項目，目前我國的AMT開發(fā)技術(shù)，尤其是其核心~~ECU軟硬件開發(fā)， 主要停留在試驗研究階段，國內(nèi)的重型汽車自動變速器只能靠進(jìn)口，客觀上急切需要低價位 的自動變速器。另外，從市場的需求以及安全、環(huán)保和節(jié)能產(chǎn)品發(fā)展的潮流角度來看，研究 開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、與整車高度匹配并與其它電控總成聯(lián)網(wǎng)集成的電控機械式自動變 速器，對提高重汽產(chǎn)品技術(shù)的含量，增加產(chǎn)品的品種，拓寬市場，加強競爭力有十分現(xiàn)實和 重要的意義，對我國重型汽車技術(shù)的發(fā)展將產(chǎn)生積極促進(jìn)作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前國內(nèi)缺少重型汽車用AMT系統(tǒng)，而國外此類設(shè)備價格昂 貴，不能大量應(yīng)用于國內(nèi)重型汽車等問題，提供一種具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可靠性好， 能滿足重型汽車需要等優(yōu)點的重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用如下技術(shù)方案
一種重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU，它包括電源，它還包括由數(shù)字信號處理DSP芯片及大 規(guī)模邏輯可編程CPLD芯片組成的控制電路，控制電路的輸入端與車輛檢測單元聯(lián)接，其輸 出端與車輛變速裝置連接，控制電路還與通信單元和電源連接。
所述車輛檢測單元包括油門踏板、離合器踏板、換檔把手、離合器位移、氣壓、三軸加 速度、選檔等模擬量傳感器，它們與DSP芯片輸入端連接；把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、 高低檔開關(guān)、升降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量傳感器，它們 與CPLD芯片輸入端連接；發(fā)動機、中間軸、輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器，它們與CPLD芯片輸入端 連接。
所述轉(zhuǎn)速傳感器有兩類，變速器輸出軸采用具有正交編碼輸出的傳感器，并與正交解碼 電路連接，計算輸出軸轉(zhuǎn)速。變速器輸入軸和中間軸采用磁阻或者霍爾傳感器，它們對齒輪 進(jìn)行檢測，隨著齒輪齒頂、齒隙與傳感器之間的距離發(fā)生變化，傳感器的輸出也發(fā)生變化， 把傳感器輸出信號整形得方波信號后，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過一個齒時，輸出一個周期的方波；CPLD 芯片根據(jù)前幾次的轉(zhuǎn)速值估計下一個釆樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)M,并將其賦給減計數(shù)器，當(dāng)下 一周期內(nèi)被測信號的第一個上升沿到來時，啟動減計數(shù)器開始計數(shù)，并同時啟動高速計數(shù)時 鐘，轉(zhuǎn)過每個齒產(chǎn)生的脈沖的上升沿使得減計數(shù)器的減1,當(dāng)減計數(shù)器的減為零時，停止高 速計數(shù)時鐘的計數(shù)，設(shè)置標(biāo)志位，并將高速計數(shù)時鐘的計數(shù)值Z保存下來等待CPLD芯片讀 取，此時高速計數(shù)時鐘的計數(shù)值Z為轉(zhuǎn)過M個齒所需的時間；在下一個周期，CPLD芯片檢 測是否計數(shù)器1設(shè)定標(biāo)志位，如沒有則采用上周期的速度，并不刷新定時計數(shù)器1的計數(shù)初 值；若檢測到計數(shù)器1設(shè)定標(biāo)志位，則根據(jù)高速定時計數(shù)時鐘2的計數(shù)值z重新計算速度， 并刷新減計數(shù)器的計數(shù)初值；減計數(shù)器的最小計數(shù)初值為1，此時，測量誤差為士l個高速計 數(shù)時鐘的計數(shù)周期；當(dāng)減計數(shù)器的最小計數(shù)初值M大于1時，此時測得的轉(zhuǎn)速是對齒輪轉(zhuǎn)過 多個齒的平均速度，在這種情況下， 一個齒的方波周期誤差為il/M個高速定時計數(shù)時鐘的計
數(shù)周期。
所述通信單元采用CAN和RS-485兩種通信方式，可通過CAN總線與上位機調(diào)試工具通 信，對AMT系統(tǒng)的狀態(tài)實時監(jiān)控，完成系統(tǒng)調(diào)試；通過485總線與顯示模塊通信，完成當(dāng) 前檔位和換檔把手位置的實時顯示。
所述控制電路具有20路數(shù)字量I/O口，完成把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、高低檔開 關(guān)、升降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量的采集，并通過霍爾傳 感器和正交編碼器分別對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、中間軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，計算得出三個軸 的轉(zhuǎn)速，為自動換檔提供換檔依據(jù)；具有18路模擬量輸入口，可完成對油門踏板、離合器踏 板、換檔把手、離合器位移、氣壓、三軸加速度、選檔等模擬量傳感器的16位AD轉(zhuǎn)換；具 有16路功率開關(guān)管輸出，可以完成選換檔閥、高低檔選擇閥、離合器、油門的控制，協(xié)調(diào)完 成自動換檔過程。
本發(fā)明的特點是
(1 )基本電路設(shè)計采用數(shù)字信號處理DSP芯片及大規(guī)模邏輯可編程CPLD芯片等先進(jìn)電 子技術(shù)完成了 AMT系統(tǒng)ECU設(shè)計；
(2) 具有20路數(shù)字量I/0 口，可完成把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、高低檔開關(guān)、升 降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量的采集；并通過霍爾傳感器和 正交編碼器分別對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、中間軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，計算得出三個軸的轉(zhuǎn)速， 為自動換檔提供換檔依據(jù)；
(3) 具有18路模擬量輸入口，可完成對油門踏板、離合器踏板、換檔把手、離合器位 移、氣壓、三軸加速度、選檔等模擬量傳感器的16位AD轉(zhuǎn)換；
(4) 具有16路功率開關(guān)管輸出，可以完成選換檔閥、高低檔選擇閥、離合器、油門的 控制，協(xié)調(diào)完成自動換檔過程；
(5) 具有CAN和RS-485兩種通信方式，可通過CAN總線與上位機調(diào)試工具通信，對 AMT系統(tǒng)的狀態(tài)實時監(jiān)控，完成系統(tǒng)調(diào)試；通過485總線與顯示模塊通信，完成當(dāng)前檔位和 換檔把手位置的實時顯示。
本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，能保證重型汽車的換檔可靠性，延長壽命。


圖1是系統(tǒng)ECU的基本電路框圖； 圖2是系統(tǒng)ECU的電器連接圖。
其中，1.通信單元，2.DSP芯片，3.CPLD芯片，4.模擬量傳感器，5.轉(zhuǎn)速傳感器，6. 開關(guān)量傳感器，7.車輛變速裝置。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1、圖2中，本發(fā)明包括由數(shù)字信號處理DSP芯片2及大規(guī)模邏輯可編程CPLD芯片 3組成的控制電路，控制電路的輸入端與車輛檢測單元聯(lián)接，其輸出端與車輛變速裝置7連 接，控制電路還與通信單元l和電源連接。
車輛檢測單元包括油門踏板、離合器踏板、換檔把手、離合器位移、氣壓、三軸加速度、 選檔的模擬量傳感器4，它與DSP芯片2輸入端連接；把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、高 低檔開關(guān)、升降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)的開關(guān)量傳感器6,它與 CPLD芯片3輸入端連接；發(fā)動機、中間軸、輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器5，它與CPLD芯片3輸入端 連接。發(fā)動機轉(zhuǎn)速、中間軸轉(zhuǎn)速可以說是AMT系統(tǒng)中最重要的參數(shù)，換檔時機和換檔過程 都與這兩個參數(shù)有關(guān)，因此對這兩個參數(shù)的精確測量是AMT系統(tǒng)能夠正常運行的關(guān)鍵。AMT 系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的測量通常是利用傳動機構(gòu)中原有的齒輪進(jìn)行測量，轉(zhuǎn)速傳感器5采用磁阻或者 霍爾傳感器進(jìn)行，并與正交編碼器連接，當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時，隨著齒輪齒頂、齒隙與傳感器之間的距離發(fā)生變化，傳感器的輸出也發(fā)生變化，把傳感器輸出信號整形得方波信號后，當(dāng)齒輪 轉(zhuǎn)過一個齒時，輸出一個周期的方波。由于重型汽車采用的柴油發(fā)動機比汽油發(fā)動機轉(zhuǎn)速低, 測量齒數(shù)也有限，而電控機械式自動變速器為實時控制系統(tǒng)，采樣周期較短，并且變速器齒 輪的每個齒并不是完全相同，為克服這個缺點，采用DSP+CPLD的方式設(shè)計了一種動態(tài)多周 期檢測方法進(jìn)行轉(zhuǎn)速的測量。
由于轉(zhuǎn)速不能突變，加減速較慢，采樣周期短，在第N個采樣周期，CPLD芯片3根據(jù) 前幾次的轉(zhuǎn)速值估計下一個采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)M，并將其賦給減計數(shù)器，當(dāng)下一周期內(nèi) 被測信號的第一個上升沿到來時，啟動減計數(shù)器開始計數(shù)，并同時啟動高速計數(shù)時鐘，轉(zhuǎn)過 每個齒產(chǎn)生的脈沖的上升沿使得減計數(shù)器的減1，當(dāng)減計數(shù)器的減為零時，停止高速計數(shù)時 鐘的計數(shù)，設(shè)置標(biāo)志位，并將高速計數(shù)時鐘的計數(shù)值Z保存下來等待CPLD芯片3讀取，此 時高速計數(shù)時鐘的計數(shù)值Z為轉(zhuǎn)過M個齒所需的時間；在下一個周期，CPLD芯片3檢測是 否計數(shù)器1設(shè)定標(biāo)志位，如沒有則采用上周期的速度，并不刷新定時計數(shù)器1的計數(shù)初值； 若檢測到計數(shù)器1設(shè)定標(biāo)志位，則根據(jù)高速定時計數(shù)時鐘2的計數(shù)值z重新計算速度，并刷 新減計數(shù)器的計數(shù)初值；減計數(shù)器的最小計數(shù)初值為1，此時，測量誤差為±1個髙速計數(shù)時 鐘的計數(shù)周期；當(dāng)減計數(shù)器的最小計數(shù)初值M大于1時，此時測得的轉(zhuǎn)速是對齒輪轉(zhuǎn)過多個 齒的平均速度，在這種情況下， 一個齒的方波周期誤差為士1/M個高速定時計數(shù)時鐘的計數(shù)周 期。因此，測量精度得以提高，同時測量結(jié)果的平穩(wěn)度也得以提高。
通信單元l采用CAN和RS-485兩種通信方式，可通過CAN總線與上位機調(diào)試工具通 信，對AMT系統(tǒng)的狀態(tài)實時監(jiān)控，完成系統(tǒng)調(diào)試；通過485總線與顯示模塊通信，完成當(dāng) 前檔位和換檔把手位置的實時顯示。由于CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，因 而適合高干擾環(huán)境，并具有較遠(yuǎn)的傳輸距離。因此，CAN協(xié)議對于許多領(lǐng)域的分布式測控都 很有吸引力。目前CAN總線已成為最有前途的總線標(biāo)準(zhǔn)之一。因此本AMT系統(tǒng)ECU應(yīng)用 CAN總線作為其通信協(xié)議，便于進(jìn)行互聯(lián)。
整個控制電路具有20路數(shù)字量I/O口，完成把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、高低檔開 關(guān)、升降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量的采集，并通過霍爾傳 感器和正交編碼器分別對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、中間軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，計算得出三個軸 的轉(zhuǎn)速，為自動換檔提供換檔依據(jù)；具有18路模擬量輸入口，可完成對油門踏板、離合器踏 板、換檔把手、離合器位移、氣壓、三軸加速度、選檔等模擬量傳感器的16位AD轉(zhuǎn)換；具 有16路功率開關(guān)管輸出，可以完成選換檔閥、高低檔選擇閥、離合器、油門的控制，協(xié)調(diào)完 成自動換檔過程。
DSP在每個周期內(nèi)完成對油門踏板、離合器踏板、換檔把手、離合器位移、氣壓、三軸 加速度、選檔等模擬量傳感器的采集、16位AD轉(zhuǎn)換，和把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、 高低檔開關(guān)、升降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量的采集，另外 通過霍爾傳感器和正交編碼器分別對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、中間軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，計算 得出三個軸的轉(zhuǎn)速，為自動換檔提供換檔依據(jù)。
控制電路根據(jù)車輛的實時狀態(tài)控制選換檔閾、高低檔選擇閥，協(xié)調(diào)完成換檔過程的自動 控制。
本發(fā)明的技術(shù)方案己用于電控氣動自動變速裝置中，實現(xiàn)車輛的自動換檔控制。
權(quán)利要求
1、一種重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU，它包括電源，其特征是它還包括由數(shù)字信號處理DSP芯片(2)及大規(guī)模邏輯可編程CPLD芯片(3)組成的控制電路，控制電路的輸入端與車輛檢測單元聯(lián)接，其輸出端與車輛變速裝置(7)連接，控制電路還與通信單元(1)和電源連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU，其特征是所述車輛檢測單元包 括油門踏板、離合器踏板、換檔把手、離合器位移、氣壓、三軸加速度、選檔的模擬量傳感 器(4)，它們與DSP芯片(2)輸入端連接；把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、高低檔開關(guān)、 升降檔按鍵、油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量傳感器(6)，它們與CPLD 芯片(3)輸入端連接；發(fā)動機、中間軸、輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器(5)，它們與CPLD芯片(3) 輸入端連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU，其特征是所述轉(zhuǎn)速傳感器(5) 有兩類，變速器輸出軸采用具有正交編碼輸出的傳感器，并與正交解碼電路連接，計算輸出 軸轉(zhuǎn)速；變速器輸入軸和中間軸采用磁阻或者霍爾傳感器，它們對齒輪進(jìn)行檢測，隨著齒輪 齒頂、齒隙與傳感器之間的距離發(fā)生變化，傳感器的輸出也發(fā)生變化，把傳感器輸出信號整 形得方波信號后，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)過一個齒時，輸出一個周期的方波；CPLD芯片(3)根據(jù)前幾次 的轉(zhuǎn)速值估計下一個采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)過的齒數(shù)M，并將其賦給減計數(shù)器，當(dāng)下一周期內(nèi)被測信 號的第一個上升沿到來時，啟動減計數(shù)器開始計數(shù)，并同時啟動高速計數(shù)時鐘，轉(zhuǎn)過每個齒 產(chǎn)生的脈沖的上升沿使得減計數(shù)器的減1,當(dāng)減計數(shù)器的減為零時，停止高速計數(shù)時鐘的計 數(shù)，設(shè)置標(biāo)志位，并將高速計數(shù)時鐘的計數(shù)值Z保存下來等待CPLD芯片(3)讀取，此時 高速計數(shù)時鐘的計數(shù)值Z為轉(zhuǎn)過M個齒所需的時間；在下一個周期，CPLD芯片(3)檢測 是否計數(shù)器1設(shè)定標(biāo)志位，如沒有則采用上周期的速度，并不刷新定時計數(shù)器1的計數(shù)初值； 若檢測到計數(shù)器1設(shè)定標(biāo)志位，則根據(jù)高速定時計數(shù)時鐘2的計數(shù)值z重新計算速度，并刷 新減計數(shù)器的計數(shù)初值；減計數(shù)器的最小計數(shù)初值為1,此時，測量誤差為±1個高速計數(shù)時 鐘的計數(shù)周期；當(dāng)減計數(shù)器的最小計數(shù)初值M大于1時，此時測得的轉(zhuǎn)速是對齒輪轉(zhuǎn)過多個 齒的平均速度，在這種情況下， 一個齒的方波周期誤差為士1/M個高速定時計數(shù)時鐘的計數(shù)周 期。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU，其特征是所述通信單元(1) 采用CAN和RS-485兩種通信方式，可通過CAN總線與上位機調(diào)試工具通信，.對AMT系統(tǒng) 的狀態(tài)實時監(jiān)控，完成系統(tǒng)調(diào)試；通過485總線與顯示模塊通信，完成當(dāng)前檔位和換檔把手 位置的實時顯示。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU,其特征是所述控制電 路具有20路數(shù)字量I/0 口，完成把手按鍵、倒檔開關(guān)、空檔開關(guān)、高低檔開關(guān)、升降檔按鍵、 油門限位開關(guān)、分離制動開關(guān)、制動開關(guān)等開關(guān)量的采集，并通過霍爾傳感器和正交編碼器 分別對發(fā)動機轉(zhuǎn)速、中間軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行采集，計算得出三個軸的轉(zhuǎn)速，為自動換 檔提供換檔依據(jù)；具有18路模擬量輸入口，可完成對油門踏板、離合器踏板、換檔把手、離 合器位移、氣壓、三軸加速度、選檔等模擬量傳感器的16位AD轉(zhuǎn)換；具有16路功率開關(guān) 管輸出，可以完成選換檔閥、高低檔選擇閥、離合器、油門的控制，協(xié)調(diào)完成自動換檔過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重型汽車的AMT系統(tǒng)ECU。它解決了目前國內(nèi)缺少重型汽車用AMT系統(tǒng)，而國外此類設(shè)備價格昂貴，不能大量應(yīng)用于國內(nèi)重型汽車等問題，具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可靠性好，能滿足重型汽車需要等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)為它包括電源，它還包括由數(shù)字信號處理DSP芯片及大規(guī)模邏輯可編程CPLD芯片組成的控制電路，控制電路的輸入端與車輛檢測單元聯(lián)接，其輸出端與車輛變速裝置連接，控制電路還與通信單元和電源連接。
文檔編號G05B19/02GK101109437SQ20071001484
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者卜紹先, 張承瑞, 李曉軍, 鵬 閔 申請人:山東大學(xué);中國重汽集團濟南技術(shù)中心有限公司