汽车电子技术大作业

1、汽车设计综合性大作业北 京 交 通 大 学汽车电子技术综合性大作业2017-2018第一学期 教师：陈宏伟学号 13221023 班级 能动1401 姓名 王勉 经济型轿车机械式自动变速器初步设计一、 动力性换挡规律设计首先计算轮胎直径。根据轮胎型号：165/70R14可计算出轮胎直径为：165*0.7*2+(14*25.4)=586.6mm据此可算出各节气门开度不同转速发动机扭矩大小，可根据不同节气门开度各档位扭矩图得出如下图升档规律，动力性降挡规律是在动力性升挡规律的基础上选择合适的收敛程度来进行计算，动力性降挡规律的确定采用以下的控制策略：1. 节气门开度在0到25之间时采用等延迟型降档

2、规律，以舒适稳定为主，延迟区间设为：1挡和2挡4km/h，2挡和3挡4km/h，3挡和4挡5km/h，4挡和5挡5km/h。2. 节气门开度在25到75之间采用收敛型降档规律，这种换挡规律在大油门时降挡速差最小，升降挡都有较好的功率利用，动力性好，减小油门时，延迟增大，避免过多的换挡，且发动机可以在较低的转速下工作，燃料经济性好，噪声低，行驶平稳舒适。换挡规律的收敛程度用 K 进行评价：Vn+1=(1-K)Vn式中Vn+1为n+1挡时对应降档车速，Vn为n挡时对应升档车速。通常K的取值应该小于0.40.45。本次报告在25%75%取K=0.2。3. 节气门开度在75到100之间时采用等延迟型降

3、档规律，以获得最佳动力性，延迟区间设置为3.96km/h。二、AMT 总体方案设计1.绘制所开发的 AMT电子控制系统（包含被控对象）工作原理示意图，需包含系统的零部件组成、工作原理、信号传递过程等。原理图如下：2. 设计并简要说明坡道起步模式、雪地模式的控制系统工作原理和控制过程。坡道起步模式采用控制刹车油压的方式实现上坡辅助，当车坡起时，脚离开刹车踏板正去踩油门的那一刹那，系统会自动地保持刹车油压2、3秒，就相当于刹车还是被踩着的状态，所以车就不会往下溜。当脚踩下油门了，系统对刹车的控制就自动结束了，而且不是一下就卸掉全部刹车力量，是逐步的减小刹车力量，于是车也随着你踩油门稳稳的起来了。如

4、果不踩油门，系统的自动刹车控制也会在2、3秒后结束，所以踩油门的动作可以从容不迫。，雪地模式采用通过电子节气门实现的牵引力控制系统，通过减少节气门开度来降低发动机功率从而达到控制目的，首先，ECU采集加速踏板的位置、车轮速度和方向盘转向角度等信号，通过计算求得滑移率，并产生相应的控制电压信号，此时节气门受控于这些信号，不受驾驶者意图的影响，并对加速踏板的响应降低，发动机输出的功率比正常情况下小，车轮不易打滑，再加上ESP系统，通过对四个车轮的分别施加制动力，不仅车子起步时可以达到防滑效果，行车时也会有相当高的稳定性。3.以驾驶员对加速/制动踏板、档区选择器的操纵信号为输入信号，说明手自一体换挡

5、控制的设计原则、理论依据、与全自动换挡控制的区别。手自一体变速箱是一种结合了手动变速与自动变速功能的变速装置。这一技术是为了提高自动变速箱的经济性和操控性而产生的，以手动变速器为基础，加入电子控制系统，能够让由电脑自动决定的换挡时机重新回到驾驶员手中，从而提高驾驶的操作性，丰富驾驶者的体验提高换挡质量和燃油经济性。在结构上，手自一体变速器主要由普通的齿轮箱（和手动变速器一样）、电子控制离合器、自动换挡操纵机构和电子控制部分等组成。电子控制离合器的作用是根据需要自动地使离合器分离、接合或者吊离合器，工作时由变速器 ECU控制步进电机推动离合器拨叉，使离合器分离或接合。自动换挡操纵机构的作用是根据

6、需要自动地挂入相应的挡位，一般设置两个步进电机，都由变速器 ECU来控制。该变速器结合了自动变速器和手动变速器的优点，最大限度地减少了变速系统的功率损耗。手动挡因为可以根据驾驶员的主观意愿，自由调节挡位及转速，驾驶起来有种畅快的感觉，运动感十足，富有驾驶乐趣。手自一体的手动挡有别于纯手动档的汽车，虽结构中设置有离合器装置，但需要驾驶员操纵，也就是自动离合。手自一体比自动档功能上更多，更有优势，自动档和手自一体的区别如下：1、手自一体变速器也就是手动/自动变速器，也就是将汽车的手动换挡和自动换挡结合在一起的变速方式，手自一体是自动挡加了一些功能的。2、手自一体是两套变速箱，各自的变速比是不同的，

7、在不同的行车环境可选择不同的变速方式，如在密集交通时可使用自动档，以减轻操作强度；在长途或高速时可选择手动，以体验提速超车的快感，提升驾驶乐趣。4、手自一体的车子在换档的时候更加令驾驶者随心所欲，减少了单一自动档的换档时间，手动更为灵活。手自一体变速器就是将手动换挡和自动换挡结合在一起，并且具备了它们的优点，还增加了一些功能，总的说来手自一体更好。三、 AMT 传感器选型与设计1. 综合考虑整车控制需求，为 AMT 系统选择合适的传感器，并分别介绍各传感器的工作原理。2. 车速传感器采用霍尔式转速传感器，设置在变速箱输出轴，试确定该传感器的测速范围。若待测齿轮齿数为 25，计算传感器脉冲信号的

8、最高频率。测速范围为110000r/min最高频率f=Nn60=251000060=4166.67Hz 四 、 AMT执行器方案分析针对图 1 所示的液压式 AMT 执行器，说明以下各工况、液压执行器各零部件（电磁阀和液压缸）的状态和动作过程。1. 车辆起步2. 倒车行驶3. 加速至车速 20km/h 时，1 档升 2 档4. 减速至车速 80km/h 时，5 档降 4 档1) 车辆起步：电磁阀 Y1 接通,电磁阀 Y2、Y3、Y4 关闭,压力油进入液压缸,离合器分离；发动电磁阀 Y1、Y2、Y3、Y4 关闭，缸内液压油被封闭，活塞不动，离合器保持分离；电磁阀 Y5、Y6 和 Y7、Y8 接通

9、，操纵杆位于 N23 位置，换位电磁阀 Y7 再通入压力油，电磁阀 Y8 接回油，换位液压缸工作，操纵杆由 N23 移至 N1R 位置,换挡电磁阀 Y5 再通入压力油.电磁阀 Y6 接回油,换挡液压缸工作,换入 1 挡；换挡开关传递信息给 ECU，告知换挡已完成，电磁阀 Y5、Y6 和 Y7、Y8 均断电，操纵力解除；电磁阀 Y1 关闭，Y2、Y3、Y4 由驱动电磁阀的脉冲电流的脉冲幅值控制分别或同时接通，按最佳接合规律动作，离合器接合；除 Y2 外全关闭，离合器保持接合，汽车进入正常行驶。2) 倒车行驶： 电磁阀 Y1 接通,电磁阀 Y2、Y3、Y4 关闭,压力油进入液压缸,离合器分离；发动

10、电磁阀 Y1、Y2、Y3、Y4 关闭，缸内液压油被封闭，活塞不动，离合器保持分离；电磁阀 Y5、Y6 和 Y7、Y8 接通，操纵杆位于 N23 位置，换位电磁阀 Y7 再通入压力油，电磁阀 Y8 接回油，换位液压缸工作，操纵杆由 N23 移至 N1R 位置,换挡电磁阀 Y6 再通入压力油.电磁阀 Y5 接回油,换挡液压缸工作,换入 R 挡；换挡开关传递信息给 ECU，告知换挡已完成，电磁阀 Y5、Y6 和 Y7、Y8 均断电，操纵力解除；电磁阀 Y1 关闭，Y2、Y3、Y4 由驱动电磁阀的脉冲电流的脉冲幅值控制分别或同时接通，按最佳接合规律动作，离合器接合；除 Y2 外全关闭，离合器保持接合，

11、汽车进入正常行驶。3) 加速至车速 20km/h 时，1 档升 2 档： 电磁阀 Y1 接通,电磁阀 Y2、Y3、Y4 关闭,压力油进入液压缸,离合器分离；发动电磁阀 Y1、Y2、Y3、Y4 关闭，缸内液压油被封闭，活塞不动，离合器保持分离；电磁阀 Y5、Y6 接通，活塞左移，从 1 挡位置退至空挡 N1R 位置；接通电磁阀 Y7、Y8，换位液压缸工作，操纵杆由 N1R 移至 N23，位置；换挡电磁阀 Y6 再通入压力油，电磁阀 Y5 接回油，换挡液压缸工作，换入 2 挡；换挡开关传递信息给 ECU，告知换挡已完成，电磁阀 Y5、Y6 和 Y7、Y8 均断电，操纵力解除；电磁阀 Y1 关闭，Y

12、2、Y3、Y4 由驱动电磁阀的脉冲电流的脉冲幅值控制分别或同时接通，按最佳接合规律动作，离合器接合；除 Y2 外全关闭，离合器保持接合，汽车进入正常行驶。4) 减速至车速 80km/h 时，5 档降 4 档： 电磁阀 Y1 接通,电磁阀 Y2、Y3、Y4 关闭,压力油进入液压缸,离合器分离；发动电磁阀 Y1、Y2、Y3、Y4 关闭，缸内液压油被封闭，活塞不动，离合器保持分离；电磁阀 Y5、Y6 接通，活塞右移，从 5 挡位置退至空挡 N45 位置；换挡电磁阀 Y5 再通入压力油，电磁阀 Y6 接回油，换挡液压缸工作，换入 4 挡；换挡开关传递信息给 ECU，告知换挡已完成，电磁阀 Y5、Y6

13、均断电，操纵力解除；电磁阀 Y1 关闭，Y2、Y3、Y4 由驱动电磁阀的脉冲电流的脉冲幅值控制分别或同时接通，按最佳接合规律动作，离合器接合；除 Y2 外全关闭，离合器保持接合，汽车进入正常行驶。五 、 AMT控制器与CAN 通讯系统方案设计1. 为实现设计系统控制目标，AMT 电控单元（TCU）需包含哪些电路和元器件，说明各电路的功能和设计要求，并。绘制实现基本控制功能的 AMT电控单元（TCU）的 硬件功能框图。其中，检测电路分为脉冲检测、开关量检测以及模拟量检测。脉冲检测又分为脉冲计数和脉冲宽度检测。如发动转速、输入、输出轴转速的测量是采用脉冲计数方式。节气门开度则是采用脉冲宽度测量的方

14、式。模拟量的测量主要由滤波电路、放大电路组成。A/D 转换是采用单片机内自带的 10 位 A/D 转换器。变速箱的变比控制是由直流电动机驱动的。在 TCU 中是由 4 支 MOSFET 组成的 H型电路实现对电动机的正反转 PWM 控制。电磁离合器的电流也是通过MOSFET 驱动的。在驱动电路中除主开关元件、续流二极管外还有保护电路和电流检测电路。通讯接口的作用主要是观测 TCU 的工作状态，对检测传感器的故障分析以及传感器资源的共享。硬件设计中，外围器件尽可能选用成熟的汽车专用件。充分利用单片机丰富的互联接口以简化硬件线路提高可靠性，为适应汽车所处各种恶劣环境，降低成本。如图 1 所示 I2

15、C 口联接 EEPROM。CAN 口联接 LED 显示，SPI 口联接开关量功率模块，PWM 口联接电机驱动功率模块。较为典型的电机驱动模块，每个模块驱动一个电机。电机驱动电路原理图如图 2 所示，MCU 与电机驱动功率模块 BT78l联接，ANl4、ANl5 检测模块工作状态。MCU 管脚 PA6、PA7 配合 PT3、PT7 控制电机 M 的转向，PT3 或 PT7 产生 PWM 方波信号改变占空比，实现电机调速，调控油门或离合器行程。2. AMT 电控单元的 CAN 通讯功能，由 SJA1000 通讯控制器82C250 信号收发器实现，CAN 总线上除了 AMT 控制器外，还挂接了发动机

16、控制器(ECU)、电子稳定性控制系统（ESP）、电动助力转向系统（EPS）、半主动悬架控制系统，通讯介质采用双绞线。试绘制 CAN 总线通讯系统电路结构简图，并简要介绍 CAN 总线元器件的基本功能。1) CAN 总线又称作汽车总线，其全称为“控制器局域网（CANController Area Network）”。CAN 总线是一种现场总线（区别于办公室总线）， 是德国 Bosch 公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议。它是一种多主总线，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维，通信速率可达 1Mbps，距离可达 10km。2) CAN 总线各部件

17、功能（1）控制单元：实现一种或多种控制规律的控制仪表或控制部件。简单地说，控制单元由微机和外围电路组成。而微机就是在一块芯片上集成了微处理器（CPU），存储器和输入输出接口的单元。ECU 的主要部分是微机，而核心件是CPU。控制单元将输入信号转化为数字形式，根据存储的参考数据进行对比加工，计算出输出值，输出信号再经功率放大去控制若干个调节伺服元件，例如继电器和开关等。它的工作过程首先是输入电路接受传感器和其它装置的输入信号，对信号进行过滤处理和放大，然后转换成一定伏特的输入电平。从传感器送到控制单元输入电路的信号既有模拟信号也有数字信号，输入电路中的模数转换器可以将模拟信号转换为数字信号，传递

18、给微机。微机将上述已经预处理过的信号进行运算处理，并将处理数据送至输出电路。最后输出电路将数字信息的功率放大，有些还要还原为模拟信号，使其驱动被控的调节伺服元件工作。（2）CAN 数据传输系统： 每块电控单元都只需引出两条线共同接在两个节点上，这两条导线就称作数据总线。数据总线亦称 BUS 线。CAN 数据传输系统中每块电脑的内部增加了一个 CAN 控制器，一个 CAN 收发器；每块电脑外部连接了两条 CAN 数据总线。在系统中作为终端的两块电脑，其内部还装有一个数据传递终端(有时数据传递终端安装在电脑外部)。 CAN 控制器：作用是接收控制单元中微处理器发出的数据，处理数据并传给 CAN 收

19、发器，同时 CAN 控制器也接收收发器收到的数据，处理数据并传给微处理器。如图 114 所示，其中 2 为 CAN 控制器。CAN 收发器：是一个发送器和接收器的组合。它将 CAN 控制器提供的数据转化成电信号并通过数据总线发送出去，同时，它也接收总线数据，并将数据传到 CAN 控制器中，为与 TX 线耦合的收发器。它的特点是 TX 线与总线耦合，这个耦合过程是一个断路是集流器电路来实现的。因此，总线导线就会出现以下两种状态：状态 1：截止状态，晶体管截止，开关未闭合，无源：总线平为 1，电阻高。状态 0：接通状态，晶体管导通，开关已闭合。有源：总线电平为 0，电阻低。如果总线处于状态 1，那

20、么此时状态可以有某一个与总线相连的控制单元使用状态 0 来改变。数据传递终端：实际是一个电阻器，作用是避免数据传输终了反射回来，产生反射波而使数据遭到破坏。CAN 数据总线：用以传输数据的双向数据线，分为 CAN 高位(CANhigh)和低位(CANlow)数据线。数据没有指定接收器，数据通过数据总线发送给各控制单元，各控制单元接收后进行计算。为了防止外界电磁波干扰和向外辐射，CAN总线采用两条线缠绕在一起，两条线上的电位是相反的，如果一条线的电压是5V，另一条线就是 0V，两条线的电压和总等于常值。通过该种办法，CAN 总线得到保护而免受外界电磁场干扰，同时 CAN 总线向外辐射也保持中性，即无辐射。3. 当需要换挡时，AMT 控制器应具有最高的总线通讯优先权，在 CAN