專利名稱：：雙離合器自動變速器的電控裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種汽車動力傳動系統(tǒng)，特別涉及一種雙離合器自動變速器的核心部件之一的電控裝置，以及該裝置的控制方法。
背景技術(shù)：
：雙離合器自動變速器(DCT)是在手動變速器(ManualTransmission—MT)、電控機械式自動變速器(AutomatedManualTransmission—AMT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在機械結(jié)構(gòu)方面與MT、AMT有一定的相似之處，如何在極短的時間內(nèi)對兩個離合器以及選換檔機構(gòu)進(jìn)行有效地控制，從而實現(xiàn)自動換檔，是本發(fā)明的主要內(nèi)容。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)問題是要提供一種有效控制離合器以及選換檔機構(gòu)實現(xiàn)自動換檔的雙離合器自動變速器的電控裝置及控制方法。為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種雙離合器自動變速器的電控裝置，包括一微處理器、輸入信號通道、輸出信號通道、CAN通訊總線和電源模塊，輸入信號通道是通過傳感器采集汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息，經(jīng)微處理器處理后送至輸出信號通道，和電磁閥、執(zhí)行電機輸出控制信號，使離合器、選擇檔機構(gòu)動作，實現(xiàn)自動變速控制。所述的汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息的采集，是用磁電式傳感器采集車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、離合器從動盤轉(zhuǎn)速的輸入脈沖信號，經(jīng)濾波整形電路和光耦隔離電路后送微處理器，輸入信號通道還有汽車節(jié)氣門開度信號、車輛狀態(tài)信息、多功能開關(guān)和其它數(shù)字信號。所述的輸出信號通道有當(dāng)前檔位、預(yù)判檔位A、預(yù)判檔位B、使能標(biāo)志信號以及執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動是電機驅(qū)動模塊，采用一專用集成驅(qū)動芯片驅(qū)動直流電機，分別實現(xiàn)選檔執(zhí)行器和換檔執(zhí)行器的正確動作。所述的CAN通訊總線，其與微處理器的直流電源采用二個光耦芯片隔離。本發(fā)明的電控裝置是典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，在車輛正常行駛及換檔過程中需要進(jìn)行多任務(wù)的準(zhǔn)確切換，并在一定時間內(nèi)完成系統(tǒng)資源的調(diào)度。本發(fā)明采用了嵌入式操作系統(tǒng)liC/os-n，嵌入式操作系統(tǒng)uC/0S-II是一個源碼公開、可固化的嵌入式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，其核心代碼短小精悍，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，該操作系統(tǒng)可管理64個不同的任務(wù)，屬于完全可剝奪型的實時內(nèi)核，對任務(wù)實行占先式調(diào)度，即系統(tǒng)通過任務(wù)管理使得CPU總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)，確保實時性。本發(fā)明的控制方法包括以下步驟1)系統(tǒng)初始化；2)啟動嵌入式操作系統(tǒng)UC/0S-II;3)V—speed恒為1嗎？是，采集車速信息；4)否，E—speed恒為1嗎？是，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息；5)否，Clspeed恒為1嗎？是，采集離合器l轉(zhuǎn)速信息；6)否，C2speed恒為1嗎？是，采集離合器2轉(zhuǎn)速信息；7)否，Throttle恒為1嗎？是，采集節(jié)氣門開度信息；8)否，G_select恒為1嗎？是，控制選檔機構(gòu)；9)否，G_shift恒為1嗎？是，控制換檔機構(gòu)；10)否，Clutchl恒為1嗎？是，控制離合器l調(diào)速；11)否，Clutch2恒為1嗎？是，控制離合器2調(diào)速。本發(fā)明的優(yōu)越功效在于1)本發(fā)明通過對傳感器信號的采集與處理，獲取車輛的當(dāng)前運行狀態(tài)及駕駛員意圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計算、分析及判斷，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部存儲的換檔規(guī)律，向離合器和選換檔機構(gòu)的執(zhí)行部件發(fā)出控制指令，實現(xiàn)雙離合器自動變速器準(zhǔn)確、迅速、舒適地?fù)Q檔，并保證較好的動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性；2)本發(fā)明基于嵌入式操作系統(tǒng)uC/0S-II進(jìn)行軟件開發(fā)，避免了傳統(tǒng)軟件設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的程序跑飛、死循環(huán)等現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，而且為復(fù)雜的多任務(wù)程序設(shè)計、調(diào)試和功能擴(kuò)展提供了方便；3)為了便于系統(tǒng)升級，軟件設(shè)計中將所有任務(wù)模塊的優(yōu)先級編號設(shè)置為偶數(shù)，若需要在系統(tǒng)中加入其它功能，就可以在此基礎(chǔ)上直接插入優(yōu)先級編號為奇數(shù)的其它任務(wù)，而不需要改變原先任務(wù)的優(yōu)先級，由此簡化了新任務(wù)的添加，提高了系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性。圖1為本發(fā)明電控裝置的電路原理框圖；圖2為本發(fā)明輸入信號通道的濾波整理電路圖；圖3為本發(fā)明輸入信號通道的光耦隔離電路圖；圖4為本發(fā)明輸出信號通道的電機驅(qū)動模塊的電路圖；圖5為本發(fā)明的電源模塊的電路圖；圖6為本發(fā)明的CAN收發(fā)器電路圖；圖7為本發(fā)明的CAN總線電氣隔離電路圖；圖8為本發(fā)明的嵌入式操作系統(tǒng)C/OS-II的多任務(wù)調(diào)度圖；圖9為傳統(tǒng)的單片機的多任務(wù)調(diào)度圖；圖10為本發(fā)明的控制方法的流程圖；圖中標(biāo)號說明1—微處理器；21—車速信號；23—發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號；25—車輛狀態(tài)標(biāo)志；31—當(dāng)前檔位信號；33—預(yù)判檔位B信號；35—執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動模塊4一電源模塊；具體實施方式請參閱附圖所示，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。如圖1本發(fā)明的電控裝置的電路原理框圖所示，本發(fā)明提供了一種雙離合器自動變速器的電控裝置，包括一微處理器l、輸入信號通道、輸出信號通道、CAN通訊總線5和電源模塊4，輸入信號通道是通過傳感器采集汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息，經(jīng)微處理器1處理后送至輸出信號通道，和電磁閥、執(zhí)行電機輸出控制信號，使離合器、選擇檔機構(gòu)動作，實現(xiàn)自動變速控制。微處理器1是本發(fā)明電控裝置的核心部件，本發(fā)明采用Freescale公司MC9S12DT256B芯片作為微處理器1。Freescale公司作為全球最大的汽車電子半導(dǎo)體器件供應(yīng)商，其微控制器1廣泛用于22—離合器從動盤轉(zhuǎn)速信號;24—節(jié)氣門開度信號；26—多功能開關(guān)信號；32—預(yù)判檔位A信號；34—使能標(biāo)志信號；5—CAN通訊總線。汽車電子控制單元中，MC9S12DT256B則以強大的功能及優(yōu)異的性能得到廣泛的應(yīng)用，根據(jù)所選的微處理器1型號，利用外接16M晶振為單片機提供所需的時鐘信號，并采用電源監(jiān)控芯片MAX708芯片實現(xiàn)復(fù)位功能，它可同時輸出高電平有效和低電平有效的復(fù)位信號，復(fù)位信號可由VCC電壓、手動復(fù)位輸入，或由獨立的比較器觸發(fā)。同時該芯片具有復(fù)位和掉電檢測功能，可以保證單片機可靠工作。所述的汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息的采集，是用磁電式傳感器采集車速21、發(fā)動機轉(zhuǎn)速23、離合器從動盤轉(zhuǎn)速22的輸入脈沖信號，經(jīng)濾波整形電路和光耦隔離電路后送微處理器，輸入信號通道還有汽車節(jié)氣門開度信號24。車速21、發(fā)動機轉(zhuǎn)速23、離合器從動盤轉(zhuǎn)速22的輸入脈沖信號，采用磁電式傳感器，輸出的是頻率和振幅變化的正弦波，其頻率與所測轉(zhuǎn)速成正比，這種模擬信號不易被單片機的脈沖捕捉模塊直接讀取，需要采用先濾波后整形的處理方法，如圖2示。對于車輛狀態(tài)信息25、多功能開關(guān)26的數(shù)字量輸入信號，采用光電隔離器TLP521-4實現(xiàn)信號隔離和幅值轉(zhuǎn)換，如圖3所示，4路數(shù)字信號經(jīng)光電隔離后輸入到單片機的PB4—PB7口，實現(xiàn)數(shù)字信號的采集。所述的輸出信號通道有當(dāng)前檔位31、預(yù)判檔位A32、預(yù)判檔位B33、使能標(biāo)志信號34以及執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動35，執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動35是電機驅(qū)動模塊，采用一專用集成驅(qū)動芯片，驅(qū)動二個直流電機，分別驅(qū)動選檔機構(gòu)和換檔機構(gòu)，如圖4所示，采用集成芯片L298N作為驅(qū)動模塊的主要器件，L298N是高電壓、高電流的專用驅(qū)動芯片，其內(nèi)部集成了兩個H橋驅(qū)動電路，可同時控制兩個直流電動機。對于每個電動機，需要利用三個輸入信號實現(xiàn)控制。單片機的輸出引腳PHO經(jīng)過相應(yīng)的邏輯電路接L298N的信號輸入端IN1和IN2用于控制選換檔電動機的轉(zhuǎn)向，另一個信號輸入端ENA用于引入單片機PWM0通道的PWM信號，通過改變PWM波形，就可以改變L298N兩個輸出端0UT1和0UT2加在選換檔電動機上的平均電壓，實現(xiàn)調(diào)速控制。如圖5本發(fā)明的電源模塊的電路圖所示，為了使電控裝置正常工作，必須為單片機系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電源信號。本發(fā)明需要+12V和+5V兩種供電電壓，而車載蓄電池只提供+12V的電壓，所以電源模塊4需要提供穩(wěn)定的+12V和+5V電壓，選用LM2576T5.0芯片完成12V-5V的DC/DC轉(zhuǎn)換，并采用三端穩(wěn)壓管7812對蓄電池電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理。在研究CAN2.0A標(biāo)準(zhǔn)和SAEJ1939的基礎(chǔ)上，設(shè)計了相應(yīng)的CAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議和總線接口電路，并通過實驗驗證了該協(xié)議的可靠性和通訊實時性。如圖6所示，1號和4號引腳分別用于信號發(fā)送與接收，與微控制器1中的MSCAN模塊相連，并通過6號和7號引腳將差分信號連接到物理總線上(通常使用非屏蔽雙絞線)；為了控制CAN差分信號的上升沿和下降沿的坡度，在芯片的8號腳與地之間接R73，從而匹配CAN速率要求，并且降低對外界的干擾。為了防止總線通信線路的強電流信號對單片機系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，增強系統(tǒng)的可靠性，需要將微控制器l與物理總線進(jìn)行電氣隔離，如圖7所示，采用二個光電耦合器件6N137，實現(xiàn)DC-DC電氣隔離，VCC和VDD分別為電氣隔離前后的電源正極，從MC9S12DT256微控制器1的MSCAN模塊引出的PM0和PM1通過兩個6N137隔離后產(chǎn)生信號接收線Rx和發(fā)送線Tx，并與PCA82C250收發(fā)器的4號和1號引腳相連。本發(fā)明的電控裝置是典型的多輸入多輸出系統(tǒng)，在車輛正常行駛及換檔過程中需要進(jìn)行多任務(wù)的準(zhǔn)確切換，并在一定時間內(nèi)完成系統(tǒng)資源的調(diào)度。如圖9所示，傳統(tǒng)單片機對多任務(wù)調(diào)度的方式已經(jīng)不能滿足在功能、實時性、可靠性等方面的要求，主要體現(xiàn)在兩個比較突出的問題。一是中斷響應(yīng)，一般為了保證某一項重要任務(wù)的實時性，就必須在中斷中進(jìn)行較為復(fù)雜的處理，這樣要考慮代碼重入、系統(tǒng)硬件堆棧溢出等問題；二是任務(wù)多，各種資源調(diào)度不當(dāng)就會造成共享數(shù)據(jù)不一致，降低系統(tǒng)的可靠性，同時有延時子程序，CPU—直等待延時的完成，而不能進(jìn)行其他操作，系統(tǒng)實時性差。如圖8所示，本發(fā)明采用了嵌入式操作系統(tǒng)yC/0S-I1，嵌入式操作系統(tǒng)uc/os-n是一個源碼公開、可固化的嵌入式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，其核心代碼短小精悍，具有很高的穩(wěn)定性和可靠性，該操作系統(tǒng)可管理64個不同的任務(wù)，屬于完全可剝奪型的實時內(nèi)核，對任務(wù)實行占先式調(diào)度，即系統(tǒng)通過任務(wù)管理使得CPU總是運行就緒條件下優(yōu)先級最高的任務(wù)，確保實時性。本發(fā)明將嵌入式操作系統(tǒng)liC/0S-I1內(nèi)核移植到MC9S12DT256B微處理器1上，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)雙離合器自動變速器DCT的功能要求分別設(shè)計各個任務(wù)子模塊和相應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級，包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號23采集模塊、離合器轉(zhuǎn)速信號采集模塊、節(jié)氣門開度信號24采集模塊、離合器控制模塊、選換檔機構(gòu)控制模塊等。通過各個任務(wù)子模塊的設(shè)計與調(diào)試，由操作系統(tǒng)對所有任務(wù)進(jìn)行管理與調(diào)度，分配相應(yīng)的系統(tǒng)硬件資源，提高軟件代碼的執(zhí)行效率和可靠性，從而滿足本發(fā)明電控裝置的要求，表1為電控系統(tǒng)軟件中設(shè)定的各個任務(wù)模塊及優(yōu)先級。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>由表1可見，為了便于升級，將所有任務(wù)模塊的優(yōu)先級編號設(shè)置為偶數(shù)，若需要加入其它功能，就可以在此基礎(chǔ)上直接插入優(yōu)先級編號為奇數(shù)的其它任務(wù)，而不需要改變原先任務(wù)的優(yōu)先級，由此簡化了新任務(wù)的添加，提高了本發(fā)明的開放性和可擴(kuò)展性。TaskStart()是嵌入式操作系統(tǒng)PC/0S-II初始化后運行的首要任務(wù)，它用于建立雙離合器自動變速器DCT電控裝置的所有其它任務(wù)，該任務(wù)執(zhí)行一次后刪除任務(wù)本身，不再執(zhí)行；TaskSelf—Detect()執(zhí)行控制系統(tǒng)上電自檢程序，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時報警并退出運行；TaskVehicle—speed()、TaskEngine_speed()、TaskClutch1—speed0、TaskClutch2—speed()都是脈沖信號采集任務(wù)，分別采集車速21、發(fā)動機轉(zhuǎn)速23、離合器1及離合器2從動盤轉(zhuǎn)速22;TaskClutchl()、TaskClutch2()、TaskGear一select()、TaskGear一shift0都是雙離合器自動變速器執(zhí)行機構(gòu)控制任務(wù)，它們通過對輸入信號的采集、計算、判斷和分析，依據(jù)適當(dāng)?shù)目刂撇呗裕蚋鲌?zhí)行機構(gòu)發(fā)出實時控制指令，如圖IO本發(fā)明的控制方法的流程圖所示，該控制方法包括以下步驟:1)系統(tǒng)初始化；2)啟動嵌入式操作系統(tǒng)UC/0S-II;3)V—speed恒為1嗎是，采集車速信息；4)否，E—speed恒為1嗎？是，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息；5)否，Clspeed恒為1嗎？是，采集離合器l轉(zhuǎn)速信息；6)否，C2speed恒為1嗎？是，采集離合器2轉(zhuǎn)速信息；7)否，Throttle恒為1嗎？是，采集節(jié)氣門開度信息；8)否，G—select恒為1嗎？是，控制選檔機構(gòu)；9)否，G—shift恒為1嗎？是，控制換檔機構(gòu)；10)否，Clutchl恒為1嗎？是，控制離合器l調(diào)速；11)否，Clutch2恒為1嗎？是，控制離合器2調(diào)速。權(quán)利要求1、一種雙離合器自動變速器的電控裝置，包括一微處理器、輸入信號通道、輸出信號通道、CAN通訊總線和電源模塊，其特征在于-輸入信號通道是通過傳感器采集汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息，經(jīng)微處理器處理后送至輸出信號通道，和電磁閥、執(zhí)行電機輸出控制信號，使離合器、選擇檔機構(gòu)動作，實現(xiàn)自動變速控制。2、按權(quán)利要求1所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息的采集，是用磁電式傳感器采集車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、離合器從動盤轉(zhuǎn)速的輸入脈沖信號，經(jīng)濾波整形電路和光耦隔離電路后送微處理器。3、按權(quán)利要求1所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的輸入信號通道還有汽車節(jié)氣門開度信號、車輛狀態(tài)信息、多功能開關(guān)和其它數(shù)字信號。4、按權(quán)利要求1所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的輸出信號通道有當(dāng)前檔位、預(yù)判檔位A、預(yù)判檔位B、使能標(biāo)志信號以及執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。5、按權(quán)利要求4所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動是電機驅(qū)動模塊，用一專用集成驅(qū)動芯片，驅(qū)動二個直流電機，分別實現(xiàn)選檔和換檔。6、按權(quán)利要求1所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于所述的CAN通訊總線，其與微處理器的直流電源采用二個光耦芯片隔離。7、一種雙離合器自動變速器的電控裝置的控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)系統(tǒng)初始化；2)啟動嵌入式操作系統(tǒng)"c/os-n;3)V—speed恒為1嗎？是，采集車速信息；4)否,E—speed恒為1嗎？是，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息；5)否，Clspeed恒為1嗎？是，采集離合器l轉(zhuǎn)速信息；6)否，C2speed恒為1嗎？是，采集離合器2轉(zhuǎn)速信息；7)否，Throttle恒為1嗎？是，采集節(jié)氣門開度信息；8)否，G—select恒為1嗎？是，控制選檔機構(gòu)；9)否，G—shift恒為1嗎？是，控制換檔機構(gòu)；10)否，Clutchl恒為1嗎？是，控制離合器l調(diào)速；11)否，Clutch2恒為1嗎？是，控制離合器2調(diào)速。8、按權(quán)利要求7所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于-所述的嵌入式操作系統(tǒng)UC/0S-II，對多任務(wù)調(diào)度是運行優(yōu)先級別高的任務(wù)模塊。9、按權(quán)利要求8所述的一種雙離合器自動變速器的電控裝置，其特征在于-所述的任務(wù)模塊，其優(yōu)先級編號均為偶數(shù)。10、一種雙離合器自動變速器的電控裝置的控制器，其特征在于:1)系統(tǒng)初始化裝置；2)啟動嵌入式操作系統(tǒng)uC/OS-II裝置；3)判斷V—speed恒為1的裝置；是，采集車速信息裝置；4)否，判斷E—speed恒為1的裝置；是，采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息裝置；5)否，判斷Clspeed恒為1的裝置；是，采集離合器1轉(zhuǎn)速信息裝置；6)否，判斷C2speed恒為1的裝置；是，采集離合器2轉(zhuǎn)速信息裝置；7)否，判斷Throttle恒為1的裝置；是，采集節(jié)氣門開度信息裝置；8)否，判斷G—select恒為1的裝置；是，控制選檔機構(gòu)裝置；9)否，判斷G^hift恒為1的裝置；是，控制換檔機構(gòu)裝置；10)否，判斷Clutchl恒為1的裝置；是，控制離合器l調(diào)速裝置；11)否，判斷Clutch2恒為1的裝置；是，控制離合器2調(diào)速裝置。全文摘要一種雙離合器自動變速器的電控裝置，包括一微處理器、輸入信號通道、輸出信號通道、CAN通訊總線和電源模塊，輸入信號通道是通過傳感器采集汽車當(dāng)前運行狀態(tài)信息，經(jīng)微處理器處理后送至輸出信號通道，和電磁閥、執(zhí)行電機輸出控制信號，使離合器、選擇檔機構(gòu)動作，實現(xiàn)自動變速控制。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過對傳感器信號的采集與處理，獲取車輛的當(dāng)前運行狀態(tài)及駕駛員意圖，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計算、分析及判斷，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部存儲的換檔規(guī)律，向離合器和選換檔機構(gòu)的執(zhí)行部件發(fā)出控制指令，實現(xiàn)雙離合器自動變速器準(zhǔn)確、迅速、舒適地?fù)Q檔，并保證較好的動力性與燃油經(jīng)濟(jì)性。文檔編號G05B19/04GK101122334SQ20071004587公開日2008年2月13日申請日期2007年9月12日優(yōu)先權(quán)日2007年9月12日發(fā)明者吳光強,張德明,張曉明,慶楊,楊偉斌申請人:同濟(jì)大學(xué)