CN114233845B - 一种轮式战车防挂双挡的at变速器控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，能够从硬件上实现电磁阀工作状态的监测和保护，解决防挂双挡的技术难题，以提高AT变速器的可靠性。包含如下功能模块：中央处理模块、频率信号处理模块、模拟信号处理模块、电阻信号处理模块、开关信号处理模块、通讯模块和输出驱动及电流反馈模块。能够实时监测电磁阀的工作状态，通过对电磁阀工作状态监测，设置电磁阀的保护阈值电流，在液压油缸内还没有建立起油压时，控制单元可以检测到比例电磁阀的异常电流，并立刻进行保护，切断异常电磁阀的供电电源，使车辆处于空挡状态，并报警显示。实现对AT变速器的防挂双挡保护。

Description

一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统
技术领域
本发明涉及车辆动力传动及其控制技术领域，具体涉及一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统。
背景技术
轮式战车对机动性要求较高，装备大功率发动机的同时，要求传动系统的核心部件之一的AT变速器体积小、重量轻，具有较高的功率密度。为减小AT变速器的体积和重量，液压系统多采用插装阀方案，并去掉互锁逻辑油路，以节省空间；为提高车辆机动性，控制单元内电控软件在换挡过程的扭矩相控制必须进行操纵件的扭矩快速切换，实现动力换挡，减小换挡过程的动力损失，因而液压系统常使用并联方案。
针对并联插装阀方案液压系统，AT变速器要解决防挂双挡的技术难点。AT变速器在挡工作时，若系统出现故障而导致其他电磁阀通电，将控制油导入非结合操纵件油缸，会带来挂双挡的不利后果，轻者增加AT变速器拖曳损失，重者烧损操纵件或造成其他机械件损失。目前的防挂双挡措施，主要通过AT变速器控制单元内的电控软件采集传感器信号进行故障判断，然后报警或采取其他应急保护策略，以防造成损失。故障判断信号多为操纵件油缸内的油压值或压力开关，由于该信号经常受到干扰，并存在一定的波动，故障判断的阈值难于确定，容易出现故障误报现象。
因此如何对轮式战车AT变速器进行防挂双档的控制，是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，能够从硬件上实现电磁阀工作状态的监测和保护，解决防挂双挡的技术难题，以提高AT变速器的可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，包含如下功能模块：中央处理模块、频率信号处理模块、模拟信号处理模块、电阻信号处理模块、开关信号处理模块、通讯模块和输出驱动及电流反馈模块。
中央处理模块用于接收各种传感器信号、进行运算判断，并向AT变速的电磁阀发出控制信号，控制电磁阀按一定的规律变化，从而操纵换挡离合器或制动器结合或分离，使AT变速器获得不同的传动比，实现车辆挡位的切换；
频率信号处理模块用于采集并处理转速信号，包括输入轴转速信号、输出轴转速和涡轮转速信号，将幅值为15V的霍尔转速信号调理为幅值为5V的方波信号，送入中央处理单元。
模拟信号处理模块用于采集12通道压力传感器信号，将压力传感器信号调理为0V～5V的模拟信号，送入中央处理单元。
电阻信号处理模块用于采集缓速器温度和油底壳温度，其中缓速器温度为PT1000铂电阻信号，油底壳温度为热敏电阻信号，送入中央处理单元。
开关信号处理模块用于采集挡位选择器输出的挡位信号、ABS信号以及制动信号，开关信号处理模块处理5V开关量和24V开关量，送入中央处理单元。
总线通讯模块用于控制单元与整车、挡位选择器进行信息交互。
输出驱动及反馈保护模块包括电磁阀驱动电路、电流信号处理电路、保护点设置电路、隔离电路以及电磁阀断电控制电路；电磁阀驱动电路用于驱动AT变速器中的电磁阀进行工作；电流信号处理电路用于采集电磁阀内实时电流，进行电流放大并转换为电压，即为反馈电压，输出反馈电压；保护点设置电路对反馈电压进行判断，若反馈电压超过预设的保护点，则输出一个反馈信号通过隔离电路输入至中央处理模块。
中央处理单元接收到反馈信号之后，通过向电磁阀断电控制电路发送控制信号，使常闭继电器断开，切断电磁阀供电电源，从而防止车辆挂双挡操作。
进一步地，电源模块将车载24V电源转换为5V和15V电源，为各个功能模块和传感器、电磁阀供电。
进一步地，中央处理模块包括飞思卡尔MC9S12XEP512微处理器。
电磁阀驱动电路包含第一光耦OP1、第一运放U1A、第一场效应管Q1、二极管组D1以及第一～第五电阻R1、R2、R3、R4、R5。
第一运放U1A的1脚为输出管脚、2脚为反相输入管脚、3脚为正相输入管脚、8脚为电源控制端，4脚为接地端。
二极管组D1由两个二极管同向并联组成，两二极管的阴极引出D1的2脚，两二极管的阳极分别为1脚和3脚。
第一光耦OP1的1脚通过第一电阻R1连接电源VCC，第一光耦OP1的2脚与中央处理模块相连，第一光耦OP1的4脚连接15V电源，第一光耦OP1的3脚通过第二电阻R2连接Vb地，第一光耦OP1的3脚与第一运放U1A的3脚相连，第一运放U1A的3脚通过第三电阻R3与Vb地相连，第一运放U1A的1脚和2脚相连，第一运放U1A的8脚与+15V电源相连，第一运放U1A的4脚与Vb地相连，第一运放U1A的1脚通过第四电阻R4与第一场效应管Q1的栅极相连，第一场效应管Q1的漏极通过电阻R5与电磁阀L的1脚相连，第一场效应管Q1的漏极与二极管组D1的1脚、3脚相连，第一二极管D1的2脚与Vb相连，第一场效应管Q1的源极与Vb地相连。
进一步地，电流信号处理电路包含差分放大器U3、第二运放U1B、第八电阻R8、第九电阻R9、第十七电阻R17、第一～第三电容C1、C2和C3。
差分放大器U3的RET管脚为1脚、正输入+IN管脚为2脚、负输入-IN为3脚，电压VEE管脚为4脚、SENSE管脚为5脚、输出OUT管脚为6脚、电源VDD管脚为7脚。
第二运放U1B的反相输入引脚为6脚、正相输入引脚为5脚，输出引脚为7脚、接地端为4脚、电源端为8脚。
差分放大器U3的1脚与Vb地相连，差分放大器U3的2脚通过第五电阻R5与第一场效应管Q1的2脚相连，差分放大器的3脚与第一场效应管Q1的2脚以及二极管的1脚、3脚相连，差分放大器的4脚与-15V电源相连，并且通过第一电容C1与Vb地相连，差分放大器的5脚与6脚相连之后再通过第十七电阻R17与第二运放U1B的5脚相连，差分放大器的7脚与+15V电源相连，并且通过第二电容C2与Vb地相连，第二运放U1B的5脚通过第三电容C3与Vb地相连，第二运放U1B的6脚通过第九电阻R9与Vb地相连，同时通过第八电阻R8与第二运放U1B的7脚相连，第二运放U1B的4脚与Vb地相连，第二运放U1B的8脚与+15V相连。
进一步地，保护点设置电路包含第三运放U2A、稳压管D2、第十一～第十六电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16。
第三运放U2A的1脚为输出管脚、2脚为反相输入管脚、3脚为正相输入管脚、8脚为电源控制端，4脚为接地端。
第三运放U2A的2脚通过第十六电阻R16与第二运放U1B的7脚相连，第三运放U2A的3脚通过第十五电阻R15与U2A的1脚相连，同时，第三运放U2A的3脚通过第十四电阻R14、第十二电阻R12与Vb地相连，第三运放U2A的3脚通过第十四电阻R14、第十三电阻R13与+15V相连。
第三运放U2A的1脚通过第十一电阻R11与+15V相连，第三运放U2A的4脚与Vb地相连，第三运放U2A的8脚与+15V相连，第三运放U2A的1脚通过稳压管D2与Vb地相连。
进一步地，隔离电路包含第二光耦OP2和第七电阻R7；第二耦OP2的2脚与Vb地相连，第二光耦OP2的1脚通过第七电阻R7与运放U2A的1脚相连，第二光耦OP2的4脚与电源Vcc相连，第二光耦OP2的1脚通过第六电阻R6与中央处理模块中微处理器的端口相连。
进一步地，电磁阀断电控制电路包含第三光耦OP3、常闭继电器Q2，第十八～第十九电阻R18、R19；第三光耦OP3的1脚通过第十八电阻R18与Vcc相连，第三光耦OP3的2脚与微处理器的端口相连，第三光耦OP3的4脚与Vb地相连，第三光耦OP3的3脚通过第十九电阻R19与常闭继电器Q2的1脚相连，常闭继电器Q2的2脚与+15V相连，常闭继电器Q2的3脚与Vb相连，常闭继电器的4脚与电磁阀L的2脚相连。
有益效果：
1、本发明提供的一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，能够实时监测电磁阀的工作状态，通过对电磁阀工作状态监测，设置电磁阀的保护阈值电流，在液压油缸内还没有建立起油压时，控制单元可以检测到比例电磁阀的异常电流，并立刻进行保护，切断异常电磁阀的供电电源，使车辆处于空挡状态，并报警显示。实现对AT变速器的防挂双挡保护。
2、本发明提供的一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，其技术方案是在电磁阀的输出驱动电路中串联采样电阻，进行反馈电流的采集，通过电流信号处理、保护点电路设置、光电隔离等，将电磁阀的工作状态反馈给中央处理单元CPU，若电磁阀连接电缆短路或电磁阀故障，CPU检测到相应的反馈信号后立即启动保护程序，通过控制常闭继电器切断故障电磁阀的供电电源，从而保护AT变速器。当AT变速器电缆线束出现了局部破损而导致部分短路，AT变速器控制系统防挂双挡功能启动，切断了异常电磁阀的供电，AT变速器进入空挡。AT变速器通过了实车寿命试验和可靠性试验，顺利完成设计定型。实车试验结果表明，本发明提供的一种轮式战车AT变速器控制单元达到了防挂双挡预期效果。
附图说明
图1为AT变速器控制单元结构框图；
图2为AT变速器控制单元驱动及反馈保护电气接线图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，如图1所示，包含如下功能模块：中央处理模块、频率信号处理模块、模拟信号处理模块、电阻信号处理模块、开关信号处理模块、通讯模块和输出驱动及电流反馈模块。
中央处理模块用于接收各种传感器信号、进行运算判断，并向AT变速的电磁阀发出控制信号，控制电磁阀按一定的规律变化，从而操纵换挡离合器或制动器结合或分离，使AT变速器获得不同的传动比，实现车辆挡位的切换；
频率信号处理模块用于采集并处理转速信号，包括输入轴转速信号、输出轴转速和涡轮转速信号，将幅值为15V的霍尔转速信号调理为幅值为5V的方波信号，送入中央处理单元；
模拟信号处理模块用于采集12通道压力传感器信号，将压力传感器信号调理为0V～5V的模拟信号，送入中央处理单元；
电阻信号处理模块用于采集缓速器温度和油底壳温度，其中缓速器温度为PT1000铂电阻信号，油底壳温度为热敏电阻信号，送入中央处理单元；
开关信号处理模块用于采集挡位选择器输出的挡位信号、ABS信号以及制动信号，开关信号处理模块处理5V开关量和24V开关量，送入中央处理单元；
总线通讯模块用于控制单元与整车、挡位选择器进行信息交互；
输出驱动及反馈保护模块包括电磁阀驱动电路、电流信号处理电路、保护点设置电路、隔离电路以及电磁阀断电控制电路；电磁阀驱动电路用于驱动AT变速器中的电磁阀进行工作；电流信号处理电路用于采集电磁阀内实时电流，进行电流放大并转换为电压，即为反馈电压，输出反馈电压；保护点设置电路对反馈电压进行判断，若反馈电压超过预设的保护点，则输出一个反馈信号通过隔离电路输入至中央处理模块；
中央处理单元接收到反馈信号之后，通过向电磁阀断电控制电路发送控制信号，使常闭继电器断开，切断电磁阀供电电源，从而防止车辆挂双挡操作。
该系统还包括电源模块，电源模块将车载24V电源转换为5V和15V电源，为各个功能模块和传感器、电磁阀供电。
中央处理模块包括飞思卡尔MC9S12XEP512微处理器。
输出驱动及反馈保护模块具体电路如图2所示：
电磁阀驱动电路包含第一光耦OP1、第一运放U1A、第一场效应管Q1、二极管组D1以及第一～第五电阻R1、R2、R3、R4、R5；光耦的1脚表示发射极正极，2脚表示发射极的负极，3脚表示接收端的E极，4脚表示接收端的C极；第一运放U1A的1脚为输出管脚、2脚为反相输入管脚、3脚为正相输入管脚、8脚为电源控制端，4脚为接地端；二极管组D1由两个二极管同向并联组成，两二极管的阴极引出D1的2脚，两二极管的阳极分别为1脚和3脚；第一光耦OP1的1脚通过第一电阻R1连接电源VCC，第一光耦OP1的2脚与中央处理模块相连，第一光耦OP1的4脚连接15V电源，第一光耦OP1的3脚通过第二电阻R2连接Vb地，第一光耦OP1的3脚与第一运放U1A的3脚相连，第一运放U1A的3脚通过第三电阻R3与Vb地相连，第一运放U1A的1脚和2脚相连，第一运放U1A的8脚与+15V电源相连，第一运放U1A的4脚与Vb地相连，第一运放U1A的1脚通过第四电阻R4与第一场效应管Q1的栅极相连，第一场效应管Q1的漏极通过电阻R5与电磁阀L的1脚相连，第一场效应管Q1的漏极与二极管组D1的1脚、3脚相连，第一二极管D1的2脚与Vb相连，第一场效应管Q1的源极与Vb地相连。
电流信号处理电路包含差分放大器U3、第二运放U1B、第八电阻R8、第九电阻R9、第十七电阻R17、第一～第三电容C1、C2和C3；差分放大器U3的RET管脚为1脚、正输入+IN管脚为2脚、负输入-IN为3脚，电压VEE管脚为4脚、SENSE管脚为5脚、输出OUT管脚为6脚、电源VDD管脚为7脚；第二运放U1B的反相输入引脚为6脚、正相输入引脚为5脚，输出引脚为7脚、接地端为4脚、电源端为8脚；差分放大器U3的1脚与Vb地相连，差分放大器U3的2脚通过第五电阻R5与第一场效应管Q1的2脚相连，差分放大器的3脚与第一场效应管Q1的2脚以及二极管的1脚、3脚相连，差分放大器的4脚与-15V电源相连，并且通过第一电容C1与Vb地相连，差分放大器的5脚与6脚相连之后再通过第十七电阻R17与第二运放U1B的5脚相连，差分放大器的7脚与+15V电源相连，并且通过第二电容C2与Vb地相连，第二运放U1B的5脚通过第三电容C3与Vb地相连，第二运放U1B的6脚通过第九电阻R9与Vb地相连，同时通过第八电阻R8与第二运放U1B的7脚相连，第二运放U1B的4脚与Vb地相连，第二运放U1B的8脚与+15V相连。
保护点设置电路包含第三运放U2A、稳压管D2、第十一～第十六电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16；第三运放U2A的1脚为输出管脚、2脚为反相输入管脚、3脚为正相输入管脚、8脚为电源控制端，4脚为接地端；第三运放U2A的2脚通过第十六电阻R16与第二运放U1B的7脚相连，第三运放U2A的3脚通过第十五电阻R15与U2A的1脚相连，同时，第三运放U2A的3脚通过第十四电阻R14、第十二电阻R12与Vb地相连，第三运放U2A的3脚通过第十四电阻R14、第十三电阻R13与+15V相连；第三运放U2A的1脚通过第十一电阻R11与+15V相连，第三运放U2A的4脚与Vb地相连，第三运放U2A的8脚与+15V相连，第三运放U2A的1脚通过稳压管D2与Vb地相连。
隔离电路包含第二光耦OP2和第七电阻R7；第二耦OP2的2脚与Vb地相连，第二光耦OP2的1脚通过第七电阻R7与运放U2A的1脚相连，第二光耦OP2的4脚与电源Vcc相连，第二光耦OP2的1脚通过第六电阻R6与中央处理模块中微处理器的端口相连。
电磁阀断电控制电路包含第三光耦OP3、常闭继电器Q2，第十八～第十九电阻R18、R19。第三光耦OP3的1脚通过第十八电阻R18与Vcc相连，第三光耦OP3的2脚与微处理器的端口相连，第三光耦OP3的4脚与Vb地相连，第三光耦OP3的3脚通过第十九电阻R19与常闭继电器Q2的1脚相连，常闭继电器Q2的2脚与+15V相连，常闭继电器Q2的3脚与Vb相连，常闭继电器的4脚与电磁阀L的2脚相连。常闭继电器的1脚和2脚为输入控制管脚，3脚和4脚为输出驱动管脚。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种轮式战车防挂双挡的AT变速器控制系统，其特征在于，包含如下功能模块：中央处理模块、频率信号处理模块、模拟信号处理模块、电阻信号处理模块、开关信号处理模块、通讯模块和输出驱动及电流反馈模块；
所述中央处理模块用于接收各种传感器信号、进行运算判断，并向AT变速器的电磁阀发出控制信号，控制电磁阀按一定的规律变化，从而操纵换挡离合器或制动器结合或分离，使AT变速器获得不同的传动比，实现车辆挡位的切换；
所述频率信号处理模块用于采集并处理转速信号，包括输入轴转速信号、输出轴转速和涡轮转速信号，将幅值为15V的霍尔转速信号调理为幅值为5V的方波信号，送入中央处理单元；
所述模拟信号处理模块用于采集12通道压力传感器信号，将压力传感器信号调理为0V～5V的模拟信号，送入中央处理单元；
所述电阻信号处理模块用于采集缓速器温度和油底壳温度，其中缓速器温度为PT1000铂电阻信号，油底壳温度为热敏电阻信号，送入中央处理单元；
所述开关信号处理模块用于采集挡位选择器输出的挡位信号、ABS信号以及制动信号，开关信号处理模块处理5V开关量和24V开关量，送入中央处理单元；
所述通讯模块用于控制单元与整车、挡位选择器进行信息交互；
所述输出驱动及电流反馈模块包括电磁阀驱动电路、电流信号处理电路、保护点设置电路、隔离电路以及电磁阀断电控制电路；所述电磁阀驱动电路用于驱动AT变速器中的电磁阀进行工作；所述电流信号处理电路用于采集所述电磁阀内实时电流，进行电流放大并转换为电压，即为反馈电压，输出所述反馈电压；所述保护点设置电路对所述反馈电压进行判断，若所述反馈电压超过预设的保护点，则输出一个反馈信号通过隔离电路输入至所述中央处理模块；
所述中央处理单元接收到所述反馈信号之后，通过向电磁阀断电控制电路发送控制信号，使常闭继电器断开，切断电磁阀供电电源，从而防止车辆挂双挡操作；
所述中央处理模块包括飞思卡尔MC9S12XEP512 微处理器；
所述电磁阀驱动电路包含第一光耦OP1、第一运放U1A、第一场效应管Q1、二极管组D1以及第一~第五电阻R1、R2、R3、R4、R5；
所述第一运放U1A的1脚为输出管脚、2脚为反相输入管脚、3脚为正相输入管脚、8脚为电源控制端，4脚为接地端；
所述二极管组D1由两个二极管同向并联组成，两二极管的阴极引出D1的2脚，两二极管的阳极分别为1脚和3脚；
所述第一光耦OP1的1脚通过第一电阻R1连接电源VCC，第一光耦OP1的2脚与所述中央处理模块相连，第一光耦OP1的4脚连接15V电源，第一光耦OP1的3脚通过第二电阻R2连接Vb地，第一光耦OP1的3脚与第一运放U1A的3脚相连，第一运放U1A的3脚通过第三电阻R3与Vb地相连，第一运放U1A的1脚和2脚相连，第一运放U1A的8脚与+15V电源相连，第一运放U1A的4脚与Vb地相连，第一运放U1A的1脚通过第四电阻R4与第一场效应管Q1的栅极相连，第一场效应管Q1的漏极通过电阻R5与电磁阀L的1脚相连，第一场效应管Q1的漏极与二极管组D1的1脚、3脚相连，第一二极管D1的2脚与Vb相连，第一场效应管Q1的源极与Vb地相连；
所述电流信号处理电路包含差分放大器U3、第二运放U1B、第八电阻R8、第九电阻R9、第十七电阻R17、第一~第三电容C1、C2和C3；
所述差分放大器U3的RET管脚为1脚、正输入+IN管脚为2脚、负输入-IN为3脚，电压VEE管脚为4脚、SENSE管脚为5脚、输出OUT管脚为6脚、电源VDD管脚为7脚；
所述第二运放U1B的反相输入引脚为6脚、正相输入引脚为5脚，输出引脚为7脚、接地端为4脚、电源端为8脚；
所述差分放大器U3的1脚与Vb地相连，差分放大器U3的2脚通过第五电阻R5与第一场效应管Q1的2脚相连，差分放大器的3脚与第一场效应管Q1的2脚以及二极管的1脚、3脚相连，差分放大器的4脚与-15V电源相连，并且通过第一电容C1与Vb地相连，差分放大器的5脚与6脚相连之后再通过第十七电阻R17与第二运放U1B的5脚相连，差分放大器的7脚与+15V电源相连，并且通过第二电容C2与Vb地相连，第二运放U1B的5脚通过第三电容C3与Vb地相连，第二运放U1B的6脚通过第九电阻R9与Vb地相连，同时通过第八电阻R8与第二运放U1B的7脚相连，第二运放U1B的4脚与Vb地相连，第二运放U1B的8脚与+15V相连；
所述保护点设置电路包含第三运放U2A、稳压管D2、第十一~第十六电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16；
所述第三运放U2A的1脚为输出管脚、2脚为反相输入管脚、3脚为正相输入管脚、8脚为电源控制端，4脚为接地端；
所述第三运放U2A的2脚通过第十六电阻R16与第二运放U1B的7脚相连，第三运放U2A的3脚通过第十五电阻R15与第三运放U2A的1脚相连，同时，第三运放U2A的3脚通过第十四电阻R14、第十二电阻R12与Vb地相连，第三运放U2A的3脚通过第十四电阻R14、第十三电阻R13与+15V相连；
第三运放U2A的1脚通过第十一电阻R11与+15V相连，第三运放U2A的4脚与Vb地相连，第三运放U2A的8脚与+15V相连，第三运放U2A的1脚通过稳压管D2与Vb地相连；
所述隔离电路包含第二光耦OP2和第七电阻R7；
第二耦OP2的2脚与Vb地相连，第二光耦OP2的1脚通过第七电阻R7与第三运放U2A的1脚相连，第二光耦OP2的4脚与电源Vcc相连，第二光耦OP2的1脚通过第六电阻R6与中央处理模块中微处理器的端口相连；
所述电磁阀断电控制电路包含第三光耦OP3、常闭继电器Q2，第十八~第十九电阻R18、R19；第三光耦OP3的1脚通过第十八电阻R18与Vcc相连，第三光耦OP3的2脚与微处理器的端口相连，第三光耦OP3的4脚与Vb地相连，第三光耦OP3的3脚通过第十九电阻R19与常闭继电器Q2的1脚相连，常闭继电器Q2的2脚与+15V相连，常闭继电器Q2的3脚与Vb相连，常闭继电器的4脚与电磁阀L 的2脚相连。
2.如权利要求1所述的AT变速器控制系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块将车载24V电源转换为5V和15V电源，为各个功能模块和传感器、电磁阀供电。
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