搭載機電控制CVT的電子換擋系統設計研究

摘 要：本文針對搭載機電控制CVT的電子換擋系統進了研發設計，通過冗余檢驗裝置，保證了信號的可靠傳輸。仿真測試結果表明，該電子換擋系統能夠滿足電子換擋器與機電控制CVT的實時通訊需求，為汽車行駛的安全性提供了良好的保障。

關鍵詞：機電控制CVT；電子換擋系統；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.164

0 前言

最近幾年，伴隨著汽車工業的發展，各種先進的技術在汽車制造中得到了應用，為車輛的操作和控制提供了便利。機電控制式無級變速器屬于一種全新的CVT技術，以電機調速和碟簧代替了液壓系統，不僅提升了系統的運行效率，同時也對其結構進行了簡化。為了進一步提升系統的可靠性和操控性，采用了高速CAN總線通信，保證了擋位信號的有效傳輸。

1 系統設計方案

在整車系統中，擋位系統發揮著非常關鍵的作用，系統運行的可靠性直接關系著車輛的行駛安全。而電子擋位系統將傳統的拉線控制轉變成為了以信息傳輸為基礎的電信號控制，對于信號傳遞的可靠性要求較高。就目前而言，電子擋位系統中的信號傳輸流程為：駕駛員操作擋位動作→擋桿位置變化，被傳感器獲取，引發電壓變化→信號由傳感器傳輸到控制器→經MSCAN裝置和CAN總線，傳輸到TCU控制變速器。在電子擋位系統中，信號傳輸的整個過程為：駕駛員根據實際需要，操縱換擋桿進行換擋操作，擋桿位置的變化會引發霍爾傳感器的電壓變化，而換擋控制器會自動采集霍爾傳感器信號，對比控制器程序中預先標定的擋位信號，然后經MSCAN收發器，將換擋信號經CAN總線傳輸至TCU控制變速器。在對電子換擋器系統進行設計時，需要關注幾個方面的問題：

（1）擋位檢測方案。在電子換擋系統中，需要做好信號狀態的檢測，以避免信號故障引發的手柄動作失效問題，這里采用冗余檢驗的方式，保證換擋的準確性。采用開關式霍爾傳感器和ASLPS中空旋轉編碼器，對換擋桿的位置進行雙重檢測。

（2）控制器設計方案。控制器是電子換擋系統的核心所在，這里選擇飛思卡爾MC9S12XS128單片機，從滿足系統功能需求的角度分析，在單片機芯片的基礎上，進行了電源、時鐘電路、濾波電路以及CAN總線接口電路的設計。這里以時鐘電路為例進行分析，其主要是利用晶振產生時鐘脈沖。

2 系統程序設計

（1）CAN網絡設計。結合相關協議和標準，對電子換擋系統的CAN總線網絡進行設計，以實現控制器與換擋手柄、網關等相互之間的信息傳輸。從搭載機電控制CVT的車輛傳動部分電控系統架構出發，依照SAE-J1939協議，對CAN網絡拓撲結構進行設計，結合CANoe軟件，對CAN總線網絡進仿真。在CANdb ++ 中，構建數據庫文件，然后利用面板編輯器，進行狀態顯示面板的編輯，節點程序則利用CAPL語言進行編寫，對節點報文的發送、接收和處理過程進行模擬。

（2）初始化CAN模塊。結合已經制定完成的擋位信號標識符，經過進一步的整理和歸納，形成相對完善的信息數據庫，然后在此基礎上，對電子換擋系統的檔位進行有效定義，提供一個規范的標準。在該系統中，CAN通信采用的是SAEJ1939 編碼標識符，其在實際應用中，想要實現與控制器標識符寄存器位置的逐一對應，是非常困難的，這就容易影響信號的準確可靠傳輸，經研究討論，可以對J1939進行轉換，形成相應的CAN標識符寄存器編碼。在電子換擋器系統中，換擋手柄擋位信號的報文標識符為0x080001F2，則寫入到CAN標識符寄存器中的對應ID為0x4000F102。

（3）信號發送接收程序。在CAN控制系統中，一般會將擋位信號的發送和接收設計為子程序，當檢測到擋位的變化及信號的傳遞時，程序會自動調用相應的接收或者發送任務，完成信號的可靠傳輸。

3 系統測試

3.1 硬件設備連接

待程序調試完成并且刷寫好之后，將控制器與換擋手柄連接在一起，通過CANcaseXL，實現控制器與計算機系統CANoe軟件之間的數據傳輸，硬件連接方式如圖1所示。換擋手柄控制器采用電源供電的方式，結合DB9連接頭，將CANcaseXL通道與CAN高引腳和CAN低引腳連接在一起，然后通過USB連接線，將CANcaseXLz與計算機連接起來。

3.2 電子換擋系統仿真

電子換擋系統的仿真測試可以對其可行性和實用性進行檢驗，分析系統是否能夠得到有效的普及和應用。這里主要是利用CANoe軟件，依照CAN總線仿真配置，通過相應的操作，對軟件本身提供的Simulation仿真窗口進行參數的調整，之后利用換擋手柄，發出換擋信號，如果信號正常傳輸，則發動機節點、TCU節點等都會相繼接收到信號，然后由TCU發出換擋操作的具體執行命令，控制調速電機和離合器電機動作。在軟件的Trace界面，能夠看到相應的報文信息，而在控制面板可以直觀的顯示出擋位變化信號。仿真結果表明，本文設計的電子換擋系統可以滿足機電控制CVT的換擋需求。

4 結語

針對搭載機電控制CVT的車輛進行了電子換擋系統的設計，從系統結構和程序等方面對其進行了簡要分析，結合信號故障處理以及策略冗余算法，保證了信號傳輸的可靠性和準確性。同時，利用仿真測試，針對系統的可行性和可靠性進行了檢驗，結果表明系統的性能良好。

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作者簡介：張情（1983-），女，陜西銅川人 ，教師，助教，研究方向：機電、電子。