某AMT电控系统设计方案

1 AMT 模拟实验台电控系统设计方案模拟实验台电控系统设计方案 1 AMT 系统组成及工作原理系统组成及工作原理 AMT 变速系统由换档手柄机构 节气门调整机构 离合器操纵机构 变速器档位操纵 机构 电控单元 ECU 传感器 显示单元 线束和插接件等部分组成 驾驶员通过操纵手柄机构 发出自动档或手动换档指令后 电控单元依据传感器采集的 加速 制动踏板等反映驾驶员意图的电信号 并结合当前车辆的行驶工况数据进行计算分析 利用制定换档规律 综合协调电子节气门系统 离合器操纵机构 变速器操纵机构运行 完成升档 降档或者保持档位的动作 完全替代驾驶员的换档操纵动作 显示单元实现变速 器当前档位或自动操纵系统运行故障显示 AM T 主要控制对象及控制要求如下 1 离合器的控制 对于离合器 要求控制好离合器的行程以及分离 结合速度 一般离合器结合过程经历 主从动盘分离状态 滑摩传递扭矩和主从动盘同步 3 个阶段 要求以快 慢 快的控制规律对 离合器动作速度进行控制 分离要求快速分离 实现及时切断动力目的 2 变速器档位的控制 为使车辆获得良好的动力性和燃油经济性 根据换档策略 选档和换档控制要求有严格 的时序 并且需要控制好与离合器控制和发动机控制之间的协调 3 发动机的控制 对于发动机 由于在换档过程中 需要分离离合器 因此需要控制发动机中断供油 并 在换档过程中 通过对电子节气门开度的调节 主动调节发动转速 缩小离合器主从动盘转 速差 减少离合器结合磨损和换档冲击 2 AMT 控制系统硬件设计方案控制系统硬件设计方案 2 1 控制器芯片选择控制器芯片选择 2 1 1 选择要求选择要求 1 具有高速数据处理能力 满足 AMT 动作快速性要求 2 具有多路快速高精度的 A D 采样能力和高速处理能力 满足 AMT 换档过程中对离 2 合器 选档 换档位置的检测需求 满足对节气门位置 加速踏板置及变速器油温 等模拟信号的检测 3 具有多路 PWM 输出控制能力 满足 AMT 换档过程中离合器 选换档执行电机的需 求 4 具有丰富的通讯接口 能满足 AMT 控制器与整车控制器 及发动机 ECU 的通信需 求 5 具有丰富的定时器 中断资源 具有足够的存储器容量 6 具有高可靠性 满足车辆级标准 2 1 2 MC9S12XDP512 基本资源及性能基本资源及性能 根据 以上 要求 选择 飞思 卡尔 公司 推出的 车用 高性 能 16 位 HCS12X 处理 器 MC9S12XDP512 能满足复杂时序系统的要求 该芯片运算速度快 最高 CPU 时钟频率可达 40MH 带 XGATE 协处理器 可单独处理中 断 采用锁相环技术 可在外部晶振频率较低的情况下 通过软件编程产生高频率的系统时 钟 从而降低对外辐射干扰 提高系统稳定性 具有丰富的片内资源 如下图 可大大简化 控制器外围电路 2 2 AMT 控制器硬件结构控制器硬件结构 以 MC9S12XDP512 微控制器为核心的 AMT 控制器硬件结构如图 2 3 传感器选择传感器选择 自动变速器换档控制过程中需要监测车速 发动机转速以及变速器输入轴转速等反映车 辆运行状态的量 以决定自动换档的时刻及有关参数的计算 转速测量一般选取电磁式或霍 尔式转速传感器 其输出信号通过整形电路获得 0 5V 的 TTL 脉冲电平信号 通过 MCU 的 ECT 输入捕捉接口 对脉冲进行计数 实现转速测量及曲轴位置判断 加速踏板信号 节气门位置信号等 属于角度测量 采用角位移传感器 其输出为 0 5V 的模拟电压信号 通过信号调理电路 保护 滤波 隔离 缓冲 输入到 MCU 的 ATD 模数 转换接口 获取相应信息的变化情况 3 离合器位置信号 选档杆位置信号及换档杆位置信号 都属于位移测量 由于根据传动 比及杠杆机构间的关系 可以通过驱动电机转角大小确定位移量的大小 考虑到检测的方便 性 选择对驱动电机的转角进行测量 传感器仍选用节气门位置传感器 制动踏板信号 PRND 操纵杆信号 都是开关信号 采用机械开关来模拟其信号输出 各类传感器选择见下表 信号类型信号名称传感器型号价格说明 脉冲信号 发动机转速 电磁式或 霍尔式转 速传感器 1 25 元 个 变速器输入 轴转速 车速 变速器 输出轴转速 模拟信号节气门位置 电阻式角 位移传感 器 通用型 20 35元 个 考 虑 到 机 械 联 接 方 面 的 原因 可先用 普 通 多 圈 电 位器代替 离合器位移 选档杆位置 换档杆位置 油门位置 变速器油温 负温度系 数半导体 热敏电阻 5 元 个 数字开关 信号 制动开关信 号 钮子开关 操纵杆位置 5 档 波 段 开关 2 4 选选 换档执行机构驱动系统设计换档执行机构驱动系统设计 根据执行机构动力源的不同 AMT 般驱动系统分为电控液动 电控气动和全电式 电控 电动 3 种类型 本设计方案采用全电式执行系统 采用直流电机作为动力源驱动选 换档执 行机构和离合器执行机构 1 选换档直流电机选型 参数确定和选 换档执行机构的结构形式有关 在具体结构形式确定前 参考有关资 料选取 初步选择如下 其主要参数如下 型号电 压 V 空载 电流 A 空载 转速 rpm 额定 扭矩 N m 额定 电流 A 额定 转速 rpm 机身 长度 mm 价格 77ZYT105 1211120 311000 273800105130 77ZYT110 2434240 334000 558 22800110150 4 2 直流电机驱动器 直流电机的速度控制采取 PWM 方式 其驱动选用专用的直流电机驱动器 其主要性 能参数如下 3 工作电压 10 5 40V 电流 1 20A 体积 59MM 36MM 带电机 电源接线座 可接 受 0 100 占空比可调 适合用 PWM 进行各种大功率直流电机全程调速的场合 引脚说明 控制端EN PWMH1 PWML1 PWMH2 PWML2 GND 输出端VIN GND M M 控制方式 电平控制方式 EN 0 PWML1 1 PWML2 0 电机正转 EN 0 PWML1 0 PWML2 1 电机反转 EN 0 PWML1 1 PWML2 1 电机刹车 EN 1 PWML1 1 PWML2 1 电机自由 PWM控制方式 EN 0 PWML1 占空比可调 PWM 信号 PWML2 1 电 机正转 改变占空比就可调速 EN 0 PWML1 1 PWML2 占空比可调 PWM 信号 电 机反转 改变占空比就可调速 EN 0 PWML1 1 PWML2 1 电机刹车 EN 1 PWML1 1 PWML2 1 电机自由 3 直流电机工作电源 采用开关电源其型号及价格 8 根据选择的电机工作电压的不同 选择相应的开关电源 型号性能SP 500 12SP 500 24 直接输出电压 电流12V 40A24V 20A 纹波及噪音70mVp p70mVp p 77ZYT125 1225120 625000 6141900125150 64ZYTA104 2430240 330000 222 92400104160 5 进线稳定度 0 5 0 5 负载稳定度 0 5 0 5 效率84 85 5 直流电压可调范围 10 10 输入电压范围85 264VAC 47 63Hz 120 370VDC 冲击电流冷启动电流 18A 115V 36A 230V 过载保护105 300 切断输出 自动恢复 过电压保护115 140 rated output voltage 启动 上升 保持时间1500ms 50ms 20ms 重量1 8kg 价格200 元 离合器执行机构实验方案离合器执行机构实验方案 1 技术要求技术要求 采用电控电动方式 设计的执行机构适用于普通乘用车的使用 满足工作条件 如行程 力矩 的要求 参考文献 1 所使用的车型 长安 CV11 要求离合器分离机构满足分离轴承 所需的最大力为 1300N 左右 分离轴承行程在 10mm 左右 并且要求执行机构惯性小 以 达到快速反应 离合器分离时限 0 2s 的要求 2 实验台架方案实验台架方案 电动离合执行机构采用的主要方式有 齿轮减速机构和涡轮蜗杆减速机构 两种机构有 各自的优缺点 齿轮减速机构 传动效率较高 传动比稳定 可靠性高 但是相等传动比的 情况下 机构体积重量都比涡轮蜗杆大得多 对于涡轮蜗杆 最主要的优点就是传动比可以 很大 另外也具有结构紧凑 传动平稳的特点 但是它也存在效率较低 易磨损并且成本高 的缺点 采用涡轮减速机构的电控电动机构示意图 6 图 2 传动机构布置图 在上面的方案中 涡轮蜗杆输出采用传统离合器的拉索作为传力部件 不采用推杆的形 式 原因如下 1 涡轮运动过程为圆弧轨迹 采用推杆不易固定 容易产生干涉 2 拉索 为传统手动离合器的传力形式 可以降低改造成本 但是采用拉索要有一定的预紧力 以减 少控制误差 对于这个方案 由于涡轮蜗杆的传动比比较大 电机过来的转速就可以在涡轮得到很大 的降低 这样就可以达到比较高的控制精度 如果想达到更高的传动比 可以在直流电机的 输出端增加齿轮减速机构 另外 助力弹簧与辅助弹簧在分离杠杆的空行程作为负载 储存 能量在后阶段助力 7 图 3实验台架总成示意图 3 参数计算参数计算 3 1 电机的功率与扭矩电机的功率与扭矩 参照 机械设计基础 蜗轮蜗杆传动效率估计为 0 6 参照技术要求的说明 折算电机 的功率需求 按照最大功率需要计算 在 0 2 秒内将离合器分离 假设离合器弹簧分离拉力恒为 1400N 推杆以匀速运动 10mm 行程来算 电机所需的功率为 WW7 116 6 02 0 01 01400 扭矩计算 设分离杠杆两端到支点的距离为 1 2 推杆所需的力为 NF700 2 1400 计算涡轮的力矩mNT 5 24035 0 2 1400 1 根据减速比 电机所需的扭矩为 NmT84 0 29 5 24 0 8 3 2 涡轮涡杆参数涡轮涡杆参数 表 1 涡轮涡杆参数 2 中心距 a mm 模数 m mm 蜗杆分度圆 直径 d mm 蜗杆头数 Z1 直径系数 q 分度圆导程 角 蜗轮齿数 Z2 502 528111 205 06 08 29 变位系数 X2 传动比 i蜗轮分度圆 直径 d2 mm 压力角 蜗轮齿宽 角 方向 0 12972 520100右旋 图 1涡轮蜗杆实体图 4 主要部件采购方案主要部件采购方案 4 1 离合器总成离合器总成 6 五菱 462 离合器 或捷达车离合器 基本配置及价格 飞轮压盘从动盘分离轴承分离拨叉一轴飘壳拉线运费合计 9570503515601401550520 9 图 4 五菱 462 离合器总成 4 2 离合器电机型号及价格离合器电机型号及价格 选择普通直流永磁电机 主要考虑电机额定电压 额定转矩 额定转速等参数 目前车载电源电压主要有 24V 和 12V 两种等级 针对不同的电压等级 初步选择电机 型号如下 7 8 4 3 离合器电机驱动器 待选择离合器电机驱动器 待选择 4 4 开关电源型号及价格开关电源型号及价格 8 根据选择的电机工作电压的不同 选择相应的开关电源 型号性能SP 500 12SP 500 24 直接输出电压 电流12V 40A24V 20A 纹波及噪音70mVp p70mVp p 进线稳定度 0 5 0 5 负载稳定度 0 5 0 5 型号电 压 V 空载 电流 A 空载 转速 rpm 额定 扭矩 N m 额定 电流 A 额定 转速 rpm 机身 长度 mm 价格 114ZYTF170 121812618001 7301500168340 82ZYT170 2437241 337001 35243150170240 10 效率84 85 5 直流电压可调范围 10 10 输入电压范围85 264VAC 47 63Hz 120 370VDC 冲击电流冷启动电流 18A 115V 36A 230V 过载保护105 300 切断输出