工程车辆无级变速器控制器的开发

摘要

工程汽车主要是指拖拉机、重卡、叉车和建筑搅拌车等自行式施工机械;工程车辆主要是在非公路路面上进行牵引，挖掘等作业，其工作环境较为恶劣，载荷变化大且不均匀，发动机功率得不到充分发挥，传动机构的强度有限，而且司机在驾驶车辆的同时，还需要完成对工作装置的操作，频繁的换挡会增加驾驶员的劳动强度。因此，充分发挥工程车辆的工作性能及其自动操纵性就显得尤为重要。虽然自动变速器在普通车辆上得到了大量的应用，然而在工程车辆中自动变速器的应用较少，所以深入研究符合工程车辆的自动变速器显得格外重要。
　　本文的主要研究对象为纯电子机械式无级变速器(Electronic mechanical continuously variable transmission)，其具有结构简单，效率高成本低等优点。本文首先对EMCVT的机械结构进行了分析，根据EMCVT的机械结构提出控制系统的要求，通过对EMCVT机械结构，原理的分析以及对摆销链受力计算，提出对EMCVT的量化控制方案;其次，根据控制系统要求建立EMCVT的控制模型，研制了以英飞凌Tricore系列芯片为微处理器的EMCVT的硬件系统;并对其软件系统进行了设计与调试，采用D2P软件平台对所设计的软件系统的控制策略进行了仿真与实验;通过整车实验表明，该控制系统可以实现CAN通讯信号的传输，其采样间隔为10ms，其他信号采样时间为5ms。最后对所制作的EMCVT的硬件系统实验板进行系统调试，对信号的输入输出进行了测试，可实现12路信号的采集，5路模拟信号，5路开关量信号，2路脉冲信号，3路PWM信号输出。调试证明了该实验板的能够实现预定的设计功能。但也发现了许多有待解决的问题:部分电路功能不全，电路板散热性不好，离合器控制不理想等，由于学制的限制没有时间进一步改进，有待今后进一步开展工作不断改进。

目录

声明

摘要

1．1 课题背景

1．2 工程车辆变速器的分类和原理

1．2．1 电控机械式自动变速

1．2．2 液力自动变速器

1．2．3 动力换挡自动变速器

1．2．4 液压机械无级变速器

1．3 无级变速器国内外发展历史与研究现状

1．3．1 国外无级变速器发展历史与研究现状

1．3．2 国内无级变速器发展历史与研究现状

1．4 无级变速器控制部分TCU的国内外研究现状

1．4．1 国外无级变速器控制部分TCU的研究现状

1．4．2 国内无级变速器控制部分TCU的研究现状

1．5 本课题研究的内容与研究意义

第2章 EMCVT机械结构分析及控制系统要求

2．1 EMCVT的基本结构与工作原理

2．1．1 EMCVT的机械结构

2．1．2 EMCVT工作原理

2．2 EMCVT的受力分析

2．2．1 摆销链受力分析

2．2．2 出、入口处摆销及链板受力分析

2．3 EMCVT对控制系统的要求

2．3．1 输入与输出信号

2．3．2 传感器的选择

2．3．3 电机的选择

2．4 本章小结

第3章 EMCVT控制模型的建立

3．1 EMCVT速比模型的建立

3．1．1 夹紧力分析

3．1．2 推力比的计算

3．1．3 速比模型的建立

3．2 总体控制方案

3．3 档位控制方案

3．4 车辆状态控制方案

3．5 电机控制控制方案

3．5．1 速比电机的控制

3．5．2 离合器电机的控制

3．6 本章小结

第4章 EMCVT硬件系统的构建

4．1 EMCVT的硬件系统总体构想

4．2 Tricore 1782芯片介绍

4．3 Tricore 1782外围调试电路

4．3．1 振荡器和锁相环、模拟数字转换器电路设计

4．3．2 电源口解耦电路

4．3．3 晶振电路与外部扩展EEPROM电路

4．4 电源控制电路的设计

4．5 信号电路的设计

4．5．1 开关量信号电路的设计

4．5．2 脉冲信号电路设计

4．5．3 A／D信号电路设计

4．6 CAN收发芯片及USB数据传输电路的设计

4．6．1 CAN收发芯片电路的设计

4．6．2 USB数据传输电路的设计

4．7 电机控制部分电路设计

4．7．1 PWM信号控制

4．7．2 电机驱动电路H桥的工作原理

4．7．3 TLE7182控制H桥电路

4．8 PCB板的制作

4．9 本章小结

第5章 EMCVT控制策略研究与仿真实验

5．1 EMCVT数据的标定

5．2 D2P软件平台简介

5．3 EMCVT控制系统总体策略及控制模块的组成

5．3．1 EMCVT控制系统的总体控制策略

5．3．2 控制模块的总体组成

5．4 传感器输入模块

5．4．1 开关量信号输入

5．4．2 模拟量信号输入

5．4．3 脉冲信号的输入

5．4．4 参考档位信号和实际档位信号

5．4．5 CAN信号的接收与发送

5．5 主程序控制模块

5．6 汽车状态控制模块

5．6．1 汽车停止状态模块

5．6．2 汽车起步状态模块

5．6．3 汽车运行状态模块

5．6．4 汽车其他状态

5．6．5 汽车倒档状态

5．7 速比电机控制模块

5．8 保护与故障识别程序

5．9 设计参数的定义

5．10 程序可行性验证

5．11 本章小结

第6章 EMCVT实验板的调试

6．1 DAVE及Tasking，Memtool软件介绍

6．1．1 DAVE软件介绍

6．1．2 Tasking软件介绍

6．1．3 Memtool软件介绍

6．2 制作开发板与上位机连接

6．3 单片机信号输入输出口的定义

6．4 GPIO通用输入输出信号的调试

6．5 A／D信号的调试

6．6 GPTA通用定时器模块产生PWM信号

6．7 本章小结

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢