CN104565340A - 一种200-600kw变速箱自动换挡控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种200-600KW变速箱自动换挡控制器，包括金属外壳、控制主板、汽车连接器、汽车连接器小板和线束；所述金属外壳接地，该金属外壳的一侧面设有一缺口，该金属外壳包括上壳和下壳，所述上壳和下壳之间设有导电密封条，所述下壳的内底面上设有凹面和凹槽，所述凹面内设有散热片，所述凹槽内设有发热片；所述控制主板接地，安装于所述金属外壳中的下壳内，并通过所述双排插针与所述汽车连接器连接；所述汽车连接器小板设置在所述金属外壳的缺口处，所述汽车连接器焊接在汽车连接器小板上，并与所述金属外壳构成连续密闭的导电曲面；采用上述技术方案，使得本发明能够在较强的电磁干扰及低温条件下正常工作，提高了变速箱的环境适应性。

Description

一种200-600KW变速箱自动换挡控制器

技术领域

本发明涉及汽车电子技术领域，尤其是涉及一种200-600KW变速箱的档位控制装置。

背景技术

1939年美国通用汽车公司首次在轿车上应用自动变速装置，该装置能自动变换传动比，从而调节或变换发动机动力输出性能，能够较好地适应外界负载和道路条件的需要。从1981年起，美国、日本一些汽车公司相继开发出各种微机控制的自动变速系统，诸如电子控制液力变矩式自动变速器，电子控制多级齿轮变速器等。与手动变速装置相比，自动变速装置能保证最佳的换挡规律，换挡的精确性好，能获得良好的燃料经济性和满意的动力性，减少污染；换挡灵便，换挡过程平稳，无冲击和振动，换挡品质好，行驶舒适，换挡动作准确、及时；操纵系统工作稳定、可靠，能在高低温、大颠簸、冲击振动、强磁场、电子干扰下正常工作；驾驶员可以干预自动换挡，以适应复杂的交通情况和地形条件；控制系统具有自我修正换挡和高度灵敏的自我诊断功能；操纵容易，在交通拥挤时可大大提高车辆行驶的安全性及可靠性。由于上述原因，自动变速器已广泛应用于轿车、客车、大型公共汽车、越野车及重型牵引车上，并且装车率迅速增长，尤其在美、日、德等国生产的轿车上，采用电子控制变速器的比例越来越高。

目前，电子控制自动变速器尤其是从200kw到600kw大功率自动变速器在国内的研发和应用还不是很成熟，这一类的控制器基本被国外垄断，尤其在某些特殊领域仍存在技术被封锁的现实，针对这一情况，本发明提供一种满足国军标GJB151A-97的可工作于低温环境的自动换挡控制器，该装置基于电子、微处理器及现代控制理论成功地实现了以200-600KW液力变速 箱为载体，以大型载重汽车为负载的自动换挡控制，为满足复杂环境条件下的应用，emc和低温特性是本发明的重要组成部分。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种满足国军标GJB151A-97的，尤其适合在复杂的电磁环境及低温的条件下工作的200-600KW变速箱自动换挡控制器。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种200-600KW变速箱自动换挡控制器，包括金属外壳、控制主板、汽车连接器、汽车连接器小板和线束；

所述金属外壳接地，该金属外壳的一侧面设有一缺口，该金属外壳包括上壳和下壳，所述上壳和下壳之间设有导电密封条，所述下壳的内底面上设有凹面和凹槽，所述凹面内设有散热片，所述凹槽内设有发热片；

所述控制主板接地，安装于所述金属外壳中的下壳内，并通过所述双排插针与所述汽车连接器连接；

所述汽车连接器小板设置在所述金属外壳的缺口处，所述汽车连接器焊接在汽车连接器小板上，并与所述金属外壳构成连续密闭的导电曲面。

进一步，所述控制主板包括微处理器以及与该微处理器上对应接口连接的2路can总线、8路模拟量采样、16路DI采样、三路转速采样、8个大功率DO输出、10路电磁阀驱动电路和2路PWM输出，且所述微处理器的电源输入端设有emi滤波器及降压开关电源ic，所述can总线接口采用共模电感作为emc措施，所述8路模拟量采样、16路DI采样、三路转速采样、8个大功率DO输出、10路电磁阀驱动电路和2路PWM输出均通过磁珠作为隔离措施，通过滤波电容作为滤波措施与所述微处理器信号连接。

进一步，该汽车连接器小板采用多层结构，内电层采用负片整片接地， 其边缘环绕非阻焊走线，该环形区域包裹导电胶条与内电层负片接地紧密连接。

进一步，所述金属外壳为铝铸外壳。

进一步，所述控制主板与所述金属外壳通过一螺栓固定连接，且该螺栓接地，用以实现控制主板与金属外壳的单点接地。

进一步，所述散热片为导热硅胶。

进一步，所述加热片为ptc加热片。

进一步，所述emi滤波器安装在所述控制主板的上方，该emi滤波器的转折频率为30KHZ且衰减能力为40db。

进一步，所述微处理器的电源接入端包括24vdc电源、emi滤波器和降压开关电源ic，所述24vdc电源通过emi滤波器和降压开关电源ic与所述微处理器的电源接口连接。

进一步，所述降压开关电源ic中的肖特基二极管的两端并联有电阻和电容，用以吸收肖特基二极管快速放电时产生的尖峰脉冲。

进一步，所述16路DI采样、8个大功率DO输出及8路模拟量采集的电路均采用磁珠做隔离，滤波电容做滤波及浪涌电压的吸收，tvs二极管做静电及过压保护，对MOS管的开关电路加入RC吸收电路，且滤波电容为瓷片电容。

进一步，所述三路转速采样包括泵轮转速、涡轮转速和变速器输出轴转速。

进一步，所述八路模拟量采样包括缓速器踏板开度、油门开度、油底壳温度和减速器温度。

进一步，所述16路DI采样包括变速器压力开关、闭锁使能开关、手自一体转速开关、ABS工作状态开关和制动踏板工作状态开关。

本发明具有的优点和积极效果是：采用上述技术方案，使得本发明能 够在较强的电磁干扰及低温条件下正常工作，提高了变速箱的环境适应性。

附图说明

图1是200-600KW变速箱自动换档控制器结构示意图；

图2是控制器金属外壳下壳结构示意图；

图3是200-600KW变速箱自动换档控制器原理框图；

图4是微处理器电源输入端加入emi滤波器后的电路图；

图5是降压开关电源ic的emc设计电路；

图6是控制主板上多路电源的磁珠隔离电路；

图7是16路DI采样电路的emc处理电路；

图8是8个大功率DO输出电路的emc处理电路；

图9是can总线emc处理电路；

图10是8路模拟量采集电路的emc处理电路；

图11是10路电磁阀驱动电路的emc处理电路；

图12是控制主板上时钟电路的滤波电路；

图13是微处理器对外接口的emc处理电路。 

图中：1、上壳  2、汽车连接器  3、导电密封条  4、汽车连接器小板5、导电胶条  6、双排插针  7、控制主板  8、下壳  9、emi滤波器  81、凹槽  82、凹面

具体实施方式

以下根据附图及具体实施例对本发明作出详细说明。

如图1和2所示，本发明包括金属外壳、控制主板7、汽车连接器2、汽车连接器小板4和线束。

金属外壳为铝铸外壳，该金属外壳的一侧面设有一缺口。

该金属外壳包括上壳1和下壳8，上壳1和下壳8之间设有导电密封条3，使得上壳1与下壳8之间形成一导电整体，下壳8内底面上设有凹面82 和凹槽81，凹面82内设有导热硅胶散热片，用以耗散控制器工作过程中产生的热量，凹槽81内设有ptc发热片，由于ptc加热片的恒值温度为+60摄氏度，当变速箱自动换档控制器在低温环境下工作时，ptc加热片即可给该控制器加热。

控制主板7安装于所述金属外壳中的下壳8内，该控制主板8与金属外壳的下壳1通过一螺栓固定连接，且该螺栓接地，用以实现控制主板7与金属外壳的单点接地。

该控制主板7通过双排插针6与汽车连接器2连接，用以减少连接导线长度并克服汽车连接器2插拔时的轴向受力，同时由于双排插针6在汽车连接器2与控制主板7之间的连接存在一定柔性，也对振动起到缓冲作用。

汽车连接器小板4设置在金属外壳的缺口处，汽车连接器2焊接在汽车连接器小板4上，并与金属外壳构成连续密闭的导电曲面，从而对辐射干扰噪声的发射和耐受起到屏蔽作用。

该汽车连接器小板4采用多层结构，内电层采用负片整片接地，其边缘环绕非阻焊走线，该环形区域包裹导电胶条5与内电层负片接地紧密连接，从而使汽车连接器2能与铸铝金属外壳形成连续导电的紧密连接，从而在整个结构上可以形成连续、密闭的导电曲面。

如图3所示，控制主板7包括微处理器以及与该微处理器上对应接口连接的2路can总线、8路模拟量采样、16路DI采样、三路转速采样、8个大功率DO输出、10路电磁阀驱动电路和2路PWM输出，且微处理器的电源输入端设有emi滤波器9及降压开关电源ic，can总线接口采用共模电感作为emc措施，8路模拟量采样、16路DI采样、三路转速采样、8个大功率DO输出、10路电磁阀驱动电路和2路PWM输出均通过磁珠作为隔离措施，通过电容作为滤波措施与微处理器信号连接。

如图4所示，微处理器的电源输入端设有emi滤波器9，该emi滤波器 9为两级结构，第一级为共模滤波器，第二极为差模滤波器，用以分别对共模噪声和差模噪声进行衰减，且该emi滤波器9安装在所述控制主板的上方，以便于该emi滤波器9的调试。

emi滤波器9的实质是低通滤波器，对于低通滤波器而言，LC的谐振频率就是其转折频率，转折频率之后滤波器开始衰减或者说有插入损耗。把共模、差模滤波电路都等效为二阶滤波器，而二阶滤波器的插入损耗的斜率为40dB/dec。

共模滤波其计算：

$f_{\mathrm{CM}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{CM}}{C}_{\mathrm{CM}}}}$    公式1

其中

$L_{\mathrm{CM}}=\frac{L_D}{2}+L_C,C_{\mathrm{CM}}={2C}_Y$

差模滤波其计算：

$f_{\mathrm{DM}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{DM}}{C}_{\mathrm{DM}}}}$    公式2

其中

$L_{\mathrm{DM}}={2L}_D,C_{\mathrm{DM}}=\frac{C_Y}{2}+C_{X2}$

Emi滤波器9设计时要求在200khz-10Mhz至少40分贝衰减能力，首先

计算转折频率：

$\mathrm{DB}=20*2\lg \frac{f}{\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}}$

$f_0=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}=\frac{200}{10}=20\mathrm{KHz}$

$f_{\mathrm{CM}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{CM}}{C}_{\mathrm{CM}}}}=20\mathrm{KHz},f_{\mathrm{DM}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{\mathrm{DM}}{C}_{\mathrm{DM}}}}=20\mathrm{KHz}$

$L_{\mathrm{CM}}=\frac{L_D}{2}+L_C,C_{\mathrm{CM}}=2C_Y$

$L_{\mathrm{DM}}=2L_D,C_{\mathrm{DM}}=\frac{C_Y}{2}+C_{X2}$

选定Cy_＝3300pF

CX＝0.47uF

则分别求得Lc＝9.6mH Ld＝22uH

该emi滤波器9的转折频率为30KHZ且衰减能力为40db。

24vdc电源经emi滤波器9滤波后进入控制主板做降压处理，故24vdc电源经emi滤波器9滤波再经过降压开关电源ic做降压处理后与微处理器的电源接口连接。

如图5所示，降压开关电源ic中存在电感电路，由于功率电感对电流的抑制作用，会使快速放电的肖特基二极管处产生冲击电流，该电流引起严重的传导和辐射噪声，为此在二极管两端并联阻容吸收电路以吸收尖峰脉冲。

如图6所示，控制主板上各数字电路、模拟电路和功率电路的供电均采用磁珠进行隔离，避免其间的相互串扰。

如图7、8和10所示，16路DI采样、8个大功率DO输出及8路模拟量采集的电路均采用磁珠做隔离，瓷片电容做滤波及浪涌电压的吸收，tvs二极管做静电及过压保护，对MOS管的开关电路加入RC吸收电路。

如图9所示，can总线通过共模电感、tvs管及电容与微处理器的can总线接口连接，用以实现can总线的电磁兼容。

如图11所示，10路电磁阀驱动电路中加入RDC吸收电路和磁珠，前者用以吸收MOS管开关的尖峰脉冲，后者作为线束与线路板间的电气隔离。

如图12所示，控制主板上的时钟电路中加入rc滤波电路，用以避免增强电路产生的电磁干扰。

如图13所示，微处理器的所有与外电路的接口管脚均串接33欧的电阻，用以降低传导和辐射噪声功率。

3路转速采样包括泵轮转速、涡轮转速和变速器输出轴转速。

8路模拟量采样包括缓速器踏板开度、油门开度、油底壳温度和减速器温度。

16路DI采样包括变速器压力开关、闭锁使能开关、手自一体转速开关、ABS工作状态开关和制动踏板工作状态开关。

本发明通过采集泵轮转速、涡轮转速、变速器输出轴转速、缓速器踏板开度、油门开度、变速器压力开关等与变速控制相关的各部件的工作状态数据，并在微处理器中进行汇总分析，然后向变速器的各相关执行器件输出控制信号，即可达到控制变速器自动换档的目的。

本发明极大限度地避免了电路间的电磁干扰，且为控制主板的运行提供了适宜的温度，提高了变速箱自动换档控制器的环境适应性。

本发明可以在复杂的电磁环境下平稳工作，满足GJB151A-97标准，其环境适应数据如下：

●CE102电源传导发射：试验频率范围为10kHz-10MHz。

●RE102电场辐射发射试验频率范围2MHz-2GHz。

●CS114电缆束注入传导敏感度频率范围为10kHz-400MHz全部做。

●RE102电场辐射发射试验频率范围2MHz-2GHz。

●RS103电场辐射敏感度频率范围30MHz-40GHz。6 CS106电源尖峰信号传导敏感度：100V≦10μs。

●CE107电流尖峰信号传导发射试验：直流电源线额定电压的+50％-+150％，即在+12V～-36V范围内。

●CS115电缆束注入脉冲激励传导敏感度：重复频率30HZ，注入时间1MIN，注入辐值5A。

●CS116 l0kHZ-100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度：试验频率10KHZ、100KHZ、1MHZ、10MHZ、100MHZ，试验信号重复率10PPS、信号注入时间5MIN。

●可在低温条件下正常工作，最低工作温度：-45℃。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：包括金属外壳、控制主板(7)、汽车连接器(2)、汽车连接器小板(4)和线束；

所述金属外壳接地，该金属外壳的一侧面设有一缺口，该金属外壳包括上壳(1)和下壳(8)，所述上壳(1)和下壳(8)之间设有导电密封条(3)，所述下壳(8)的内底面上设有凹面(82)和凹槽(81)，所述凹面(82)内设有散热片，所述凹槽(81)内设有发热片；

所述控制主板(7)接地，安装于所述金属外壳中的下壳(8)内，并通过所述双排插针(6)与所述汽车连接器(2)连接；

所述汽车连接器小板(4)设置在所述金属外壳的缺口处，所述汽车连接器(2)焊接在汽车连接器小板(4)上，并与所述金属外壳构成连续密闭的导电曲面。

2.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述控制主板(7)包括微处理器以及与该微处理器上对应接口连接的2路can总线、8路模拟量采样、16路DI采样、三路转速采样、8个大功率DO输出、10路电磁阀驱动电路和2路PWM输出，且所述微处理器的电源输入端设有emi滤波器(9)及降压开关电源ic，所述can总线接口采用共模电感作为emc措施，所述8路模拟量采样、16路DI采样、三路转速采样、8个大功率DO输出、10路电磁阀驱动电路和2路PWM输出均通过磁珠作为隔离措施，通过滤波电容作为滤波措施与所述微处理器信号连接。

3.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：该汽车连接器小板(4)采用多层结构，内电层采用负片整片接地，其边缘环绕非阻焊走线，该环形区域包裹导电胶条(5)与内电层负片接地紧密连接。

4.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述金属外壳为铝铸外壳。

5.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述控制主板(7)与所述金属外壳通过一螺栓固定连接，且该螺栓接地。

6.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述散热片为导热硅胶，所述加热片为ptc加热片。

7.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述emi滤波器(9)安装在所述控制主板的上方，该emi滤波器(9)的转折频率为30KHZ且衰减能力为40db。

8.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述微处理器的电源接入端包括24vdc电源、emi滤波器(9)和降压开关电源ic，所述24vdc电源通过emi滤波器(9)和降压开关电源ic与所述微处理器的电源接口连接。

9.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述降压开关电源ic中的肖特基二极管的两端并联有电阻和电容，用以吸收肖特基二极管快速放电时产生的尖峰脉冲。

10.根据权利要求1所述的200-600KW变速箱自动换挡控制器，其特征在于：所述16路DI采样、8个大功率DO输出及8路模拟量采集的电路均采用磁珠做隔离，滤波电容做滤波及浪涌电压的吸收，tvs二极管做静电及过压保护，对MOS管的开关电路加入RC吸收电路，且滤波电容为瓷片电容。