CN103953724A - 一种变速器换档控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变速器换档控制系统，包括：换档信号模块、传感器信号采集模块、控制器决策及优化计算模块、手柄决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示和故障诊断模块，控制器决策及优化计算模块接收并处理换档信号模块和传感器信号采集模块的传输信号，决定换档逻辑和换档时序；执行机构控制模块执行控制器决策及优化计算模块的换档指令。本发明通过利用CAN通讯的连接特点，充分利用软件调制的方便性，能调制出所需要充放油特性；结构简单，通用性高，可以适应不同档位的液力变速器的控制要求。

Description

一种变速器换档控制系统

技术领域

本发明涉及一种电子换档控制系统，特别涉及一种自动液力变速器换档控制系统，通过该换档系统实现变速器档位根据油门踏板开度以及车辆速度双参数自动切换。

背景技术

中国专利CN101398072B，公开了一种多档变速器单片机控制系统。该控制系统中的电磁阀采用的是脉冲宽度调制（PWM）电磁阀。换档控制过程特别强调的是电磁阀的响应速度以及控制精度，PWM电磁如果想要实现控制换档过程中的精确控制，对其阀芯形状、加工工艺、线圈设计以及油液品质的要求都非常高。所以很难实现控制换档过程中的精确控制，不能达到理想的换档控制效果。

现广泛应用的自动变速器，可分为AMT,CVT,AT三大类。换档控制系统大多采用微处理器控制系统自动控制换档，即主要根据油门踏板开度和车辆速度进行换档。其换档系统，主要由组合开关、开关电磁阀组成，这种换档控制系统通过开关直接给电磁阀提供工作电压，通过液压执行元件来进行离合器充油和放油控制。

发明内容

为克服现有技术自动换档控制系统中存在的不足，本发明提供了一种换档控制系统，该换挡控制系统能更好控制离合器的结合或分离油压，实现自动液力变速器平顺换档。

本发明是通过如下技术方案予以实现的。

一种变速器换档控制系统，包括：换档信号模块、传感器信号采集模块、控制器决策及优化计算模块、通讯模块、手柄决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示和故障诊断模块，其信号传输方式为：

在自动换档时，传感器信号采集模块的信号经过控制器决策及优化计算模块传输至执行机构控制模块。

在手动换档时，换档信号模块的信号依次经过手柄决策及优化计算模块、通讯模块、控制器决策及优化计算模块传输至执行机构控制模块。

在变速器故障时，故障信号自控制器决策及优化计算模块依次经过通讯模块、手柄决策及优化计算模块传输至显示和故障诊断模块。

所述执行机构控制模块至少包含两个常开比例电磁阀，六个常闭比例电磁阀，两个高速开关电磁阀。

所述执行机构控制模块的调制频率控制在50Hz～8KHz，电流大小控制在1.5A以内，电流的控制精度在1/1000以上。

所述控制器决策及优化计算模块选用带CAN通讯的单片机，该单片机至少有十个低端驱动的恒流通道模块、至少二十路输入输出接口。

所述控制器决策及优化计算模块的单片机为TMS320F28335。

所述传感器信号采集模块采集的信号包含泵轮转速信号、涡轮转速信号、输出轴转速信号、油底壳温度信号和减速器温度信号。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.根据手柄决策及优化计算模块和控制器决策及优化计算模块之间利用CAN通讯的连接特点，非常方便地实现与其它系统的数据通讯，实现资源共享；

2.充分利用软件调制的方便性，能调制出所需要充放油特性；

3.通用性高，可以适应不同档位的液力变速器的控制要求。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明的工作原理框图；

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示的一种变速器换挡控制系统，主要包括传感器信号采集模块、控制器决策及优化计算模块、手柄决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示和故障诊断模块、液力控制系统、通讯模块、换挡信号模块等。

换档信号模块用来分析司机的操作行为，将选择档位或提前升档或强制降档指令传输给核心控制单元。

传感器信号采集模块主要采集各路转速信号和温度信号，具体包含泵轮转速信号、涡轮转速信号、输出轴转速信号、油底壳温度信号、减速器温度信号。传感器信号采集模块的信号反映变速器目前的基本运行状态。

控制器决策及优化计算模块是控制单元的核心，它接收并处理换档信号和传感器信号，决定换档逻辑和换档时序。控制器决策及优化计算模块根据自动液力变速器机械结构和液压结构决定每个档位结合的电磁阀逻辑组合即换档逻辑，根据发动机油门开度和车辆速度决定换档时序，根据泵轮转速和输出轴转速信号实施提前升档或强制降档，同时按涡轮转速控制锁止离合器的结合和分离，实现变速器的自动换挡。

执行机构控制模块是换档控制单元的执行机构，执行机构控制模块至少包含两个常开比例电磁阀，六个常闭比例电磁阀，两个高速开关电磁阀。通过控制执行机构控制模块中各个电磁阀的电流大小来控制离合器的结合或分离油压。在换档控制过程中，通过闭环调节结合离合器比例电磁阀的电流来实施离合器充油控制，通过开环调节分离离合器比例电磁阀的电流来实施离合器分离控制。

显示和故障诊断模块一方面用来显示司机请求的档位和变速器工作的实际档位，另一方面通过控制器决策及优化计算模块判断当前工作状态下是否出现传感器短路或断路故障、执行器短路或断路故障、变速器离合器是否出现不正常的结合或分离的故障信息。

输入输出模块主要连接车载的其他信息，用来确定换档控制单元特殊的功能。

本发明决策及优化计算模块中选用带CAN通讯的单片机，该单片机至少十个低端驱动的恒流通道模块，至少二十路输入输出接口。

本发明控制器决策及优化计算模块与换档信号模块的通讯通过换档手柄决策及优化计算模块上的CAN模块实现，通过该CAN模块，控制器决策及优化计算模块会随时将变速器的故障信息发送给手柄决策及优化计算模块的数码管进行显示。

换档过程要按预定的方式对比例电磁阀进行电流控制，对开关电磁阀进行开关控制，有时还会对比例电磁阀直接实施开关控制。在整个换档过程中，控制器决策及优化计算模块对执行机构控制模块的电磁阀的调制频率控制在50Hz～8KHz，电流大小控制在1.5A以内，电流的控制精度在1/1000以上。当执行机构控制模块的电磁阀的调制频率控制在71Hz时，电磁阀不动作，变速器处于档位保持状态。

手柄决策及优化计算模块的单片机选用TMS320F2812单片机，换档信号模块上有空档、倒档、1档～7档，其中空档、倒档和1档信号为手动档，2档～7档信号为自动档。当换档信号为7档时，换档信号模块将司机请求的档位信号传送给手柄决策及优化计算模块后，通过通讯模块传给控制器决策及优化计算模块。控制器决策及优化模块根据传感器信号采集模块和换档信号模块的信号来共同决定执行机构控制模块的动作，此时变速器将根据车速和油门开度在2档～7档之间自动换档；当换档信号为6档时，换档信号模块将司机请求的档位信号传给手柄决策及优化计算模块后，通过通讯模块传给控制器决策及优化计算模块。控制器决策及优化计算模块根据传感器信号采集模块和换档信号模块来共同决定执行机构的动作，此时变速器将根据车速和油门开度在2档～6档之间自动换档。

控制器决策及优化计算模块的单片机选用TMS320F28335单片机，利用该单片机脉冲宽度调制接口和匹配电路，将调制后的信号作为执行机构控制模块的输入信号，以提供锁止电磁阀、档位电磁阀，前进档互锁电磁阀和主压力调节电磁阀的逻辑控制电流，实现自动换挡。本实施例中有一个锁止电磁阀、五个档位电磁阀，二个前进档互锁电磁阀，一个主压力调节电磁阀。控制器决策及优化计算模块根据换档规律，给不同的电磁阀供电，每个即将结合的离合器充油的档位电磁阀的调压频率控制为2000Hz，每个电磁阀工作时的最大电流控制为1.5A。

本发明的换档逻辑：空档：PCS1，PCS2，PCS3得电；倒档：PCS1，PCS3得电；1档：PCS2，SS2，PCS6得电；2档：PCS2，PCS3得电；3档：PCS2，SS1，PCS4得电；4档：PCS2，SS1，PCS3得电；5档：SS1得电；6档：PCS1，SS1，PCS3得电；7档：PCS1，PCS4得电。

换档规律跟车辆的配置有关，按照本发明的车辆配置，油门开度在60%以下时，变速器自动升档过程：输出轴转速在420r/min时二档换三档，输出轴转速在960r/min时三档换四档，输出轴转速在1000r/min时四档换五档，输出轴转速在1350r/min时五档换六档，输出轴转速在1600r/min时六档换七档；变速器自动降档过程：输出轴转速在1450r/min时七档换六档，输出轴转速在1200r/min时六档换五档，输出轴转速在900r/min时五档换四档，输出轴转速在620r/min时四档换三档，输出轴转速在320r/min时三档换二档。

强制降档保护是当司机希望通过降低期望档位来实现的强制降低当前档位，只有当泵轮转速小于1800r/min时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由7档强制降到6档；当泵轮转速小于1700r/min时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由6档强制降到5档；当泵轮转速小于1500r/min时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由5档强制降到4档；当泵轮转速小于1300r/min时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由4档强制降到3档；当泵轮转速小于1200r/min时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由3档强制降到2档；当泵轮转速小于1150r/min时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由2档强制降到1档；只有当输出转速为0时，控制器决策及优化模块才允许变速器实际档位由空档进入倒档。由此避免了出现“高速低档”的现象，提高了安全性和燃油经济性。

控制器决策及优化模块的单片机选用TMS320F28335单片机，利用该单片机脉冲宽度调制接口和匹配电路，将调制后的信号作为执行机构控制模块的输入信号，将传感器信号采集模块采集到的信号，如泵轮转速、涡轮转速、输出轴转速油底壳温度等作为闭环控制的反馈修正参数，对自动换档过程进行高频高精度的闭环控制，闭环控制过程中电磁阀控制信号的频率达到2000Hz。

本发明通过控制器决策及优化模块的输入输出模块进行一系列特殊功能的使用。比如空档启动、倒档报警、故障指示、强制回空档、强制解锁、拖车启动等特殊功能。例如当强制回空档输入功能激活时，无论变速器处于哪一个档位，均马上被命令回到空档，此功能在油田修井、固压等作业中被广泛应用。由于自动液力变速器使用液压油作为动力传动介质，所以当发动机未工作时，发动机与车辆传动系统的走行部是没有直接连接的。当拖车启动功能被激活时，只要变速器换档手柄处于空档，且泵轮转速输出转速均为0，控制器决策及优化模块命令变速器进入拖车启动模式，打开相应电磁阀，待外部油泵工作后，使车辆整个传动系统与发动机形成刚性连接，以便通过使用外部动力启动发动机。

本发明中控制器决策及优化计算模块通过实时监测传感器信号采集模块和执行机构控制模块的工作状态，不光能监测变速器工作状态，还能判断变速器中一些故障现象。比如通过计算传感器和执行器的返回电流可判断传感器短路或断路故障、执行器短路或断路故障；通过计算转速传感器采集到得信号，可判断变速器档位是否正常，通过对比换档过程中涡轮转速变化的趋势是否与正常换档过程一致，可以判断离合器是否出现不正常的结合或分离的故障信息。控制器决策及优化计算模块判断出现故障信息后，通过输入输出模块中的故障指示将故障灯点亮，提示驾驶员查看控制器决策及优化计算模块向显示和故障诊断模块发送的故障代码，通过故障代码对变速器进行检修。如果故障严重，影响行车安全，控制器决策及优化计算模块会把变速器档位锁定在安全的档位上，不允许进行换档操作，直到车行驶至安全的地方对变速器进行检修排除故障。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化或修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种变速器换档控制系统，包括：换档信号模块、传感器信号采集模块、控制器决策及优化计算模块、通讯模块、手柄决策及优化计算模块、执行机构控制模块、显示和故障诊断模块，其特征在于：换档控制系统的信号传输方式为：

（1）在自动换档时，传感器信号采集模块的信号经过控制器决策及优化计算模块传输至执行机构控制模块；

（2）在手动换档时，换档信号模块的信号依次经过手柄决策及优化计算模块、通讯模块、控制器决策及优化计算模块传输至执行机构控制模块；

（3）在变速器故障时，故障信号自控制器决策及优化计算模块依次经过通讯模块、手柄决策及优化计算模块传输至显示和故障诊断模块。

所述执行机构控制模块至少包含两个常开比例电磁阀，六个常闭比例电磁阀，两个高速开关电磁阀。

2.根据权利要求1所述的一种变速器换档控制系统，其特征在于：所述执行机构控制模块的调制频率控制在50Hz～8KHz，电流大小控制在1.5A以内，电流的控制精度在1/1000以上。

3.根据权利要求1所述的一种变速器换档控制系统，其特征在于：所述控制器决策及优化计算模块选用带CAN通讯的单片机，该单片机至少有十个低端驱动的恒流通道模块、至少二十路输入输出接口。

4.根据权利要求3所述的一种变速器换档控制系统，其特征在于：所述控制器决策及优化计算模块的单片机为TMS320F28335。

5.根据权利要求1所述的一种变速器换档控制系统，其特征在于：所述手柄决策及优化计算模块的单片机为TMS320F2812。

6.根据权利要求1所述的一种变速器换档控制系统，其特征在于：所述传感器信号采集模块采集的信号包含泵轮转速信号、涡轮转速信号、输出轴转速信号、油底壳温度信号和减速器温度信号。