自動變速器電子控制系統的制作方法

專利名稱：自動變速器電子控制系統的制作方法
技術領域：
本發明主要用于履帶式車輛液力機械傳動的自動變速器換檔控制。
目前，履帶式車輛液力機械傳動技術的應用在國內還很少見到，但在西方發達國家已很廣泛，用于履帶式車輛液力機械傳動的自動換檔控制方面的電子控制技術在國內還沒有人搞過，對于西方發達國家的情況，也末見到過詳細的技術性資料。
本發明的目的即在于為履帶式車輛的液力機械傳動設計一種自動換檔的電子控制系統，即自動變速器電子控制系統。
本發明由電子控制器、傳感器輸入、輸出控制、電源組成，傳感器輸入包括檔位選擇器、模式選擇開關和油門踏板位移、方向盤轉角、制動狀態、應急檔、發動機轉速、渦輪轉速、車速、油溫、油壓、油壓差1、油壓差2共11個傳感器，輸出控制包括顯示器、安全啟動連鎖控制電路、由1個變矩器閉鎖控制高速響應電磁閥和7個自動換檔控制高速響應電磁閥組成的高速響應電磁閥組。
本發明具有下列顯著的優點1.由于本發明的主要輸出控制“高速響應電磁閥組”采用了冗余設計，使用了7個換檔控制高速響應電磁閥和1個變矩器閉鎖控制高速響應電磁閥，且其分組完全由軟件確定，因而能夠適應各種不同車輛的需要，通用性和靈活性都很強。
2.本發明為發動機啟動設計了安全啟動連鎖控制電路，為電磁閥組驅動電路設計了防掛雙檔故障診斷電路，為整個系統設計有故障診斷電路進行開機后的自檢，因而具有很高的工作可靠性。
3.本發明的檔位選擇器的信號由軟件定義和解釋，使用起來功能豐富、靈活、方便。
4.油門踏板位移傳感器采用模擬傳感器，實現對油門踏板的無級連續檢測，便于實現優化控制和獲得優異的性能。
5.本發明采用三個轉速傳感器能夠全面有效的反映變速器的轉速工作狀態，有利于實現多參數換檔規律控制，實現動力型、經濟型優化控制。
附圖是本發明的一個實施例。
在該實施例中，本發明的自動變速器電子控制系統，由電子控制器、傳感器輸入、輸出控制、電源組成，(一).傳感器輸入由駕駛操作傳感器和變速器工作狀態傳感器組成。
(1).駕駛操作傳感器包括檔位選擇器、模式選擇開關、油門踏板位移傳感器、方向盤轉角傳感器、制動狀態傳感器、應急檔傳感器。
駕駛操作傳感器是用于反映駕駛員操作意圖的傳感器。
檔位選擇器可以由一組開關組成，用開關組合編碼形成檔位選擇信號;在該實施例中，檔位選擇器由6個開關組成，編碼形成9個檔位選擇信號，自動6檔、自動5檔、自動4檔、手動檔保持、手動檔升檔、手動檔降檔、空檔、倒1檔、倒2檔。
這9個檔位與6個開關組成的編碼關系如下(0開，1關)開關123456檔位111110自動6檔111101自動5檔111100自動4檔111011手動檔保持101011手動檔升檔110011手動檔降檔011010空檔111001倒1檔111000倒2檔自動6檔、自動5檔、自動4檔屬自動選檔方式，各自允許的最高可選檔分別為6、5、4檔，這三個檔位選擇與模式選擇開關提供的動力型或經濟型模式相配合，由本發明的電子控制系統自動完成在平坦道路等條件下的車輛自動換檔。所謂動力型模式即是按動力性最佳原則換檔，經濟型模式是按最經濟(最省油)的原則換檔。
手動檔保持、手動檔升檔、手動檔降檔，是三個手動操作模式檔。手動檔保持使電子控制系統保持當前的排檔選擇，手動檔升檔則在當前檔上升檔，手動檔降檔則在當前檔上降檔。手動操作模式是為作戰和野外行駛等復雜條件準備的，車輛選擇在哪個排檔上行駛，完全由駕駛員確定。
空檔，是一個特殊的檔位，在該檔位上，電子控制系統切斷發動機功率的傳遞。為了確保安全，本發明要求只有當檔位選擇處于該位置時才能啟動發動機。
倒1檔、倒2檔是兩個倒車檔。
油門踏板傳感器和方向盤轉角傳感器是兩個位移量傳感器，采集的是用單字節表示的一個0至255的連續的模擬值，它們分別裝在油門踏板下和方向盤軸上。
制動狀態傳感器裝在車輛的剎車機構上，采集有關剎車制動的信號。
應急檔傳感器裝在應急檔上，采集應急檔的狀態，當應急檔處于應急狀態時，本發明停止對車輛的控制，將控制權全部移交給駕駛員。
(2).變速器工作狀態傳感器包括發動機轉速傳感器、渦輪轉速傳感器、車速傳感器、油溫傳感器、油壓傳感器、油壓差1傳感器、油壓差2傳感器;
變速器工作裝態傳感器反映的是變速器的各種工作狀態，特別是轉速工作狀態。
在該實施例中，共設有三個磁電式轉速傳感器，即發動機轉速傳感器、渦輪轉速傳感器、車速傳感器，它們分別安裝在與發動機、渦輪、車輪轉速相關的齒輪上。
油溫傳感器裝在液力機械傳動的殼體上，采集油箱內的油溫信號。油壓傳感器裝在供壓油道內，采集供油系統內的油壓信號。
油壓差傳感器裝在精濾器上，采集其進出油路的油壓差，其中油壓差1傳感器安裝在精濾器1上，油壓差2傳感器安裝在精濾器2上。
上種各種傳感器均可以選用市售的成品件。
(二).輸出控制由顯示器、安全啟動連鎖控制電路、高速響應電磁閥組組成。
(1).顯示器包括排檔顯示、故障代碼顯示、動力型模式指示燈、經濟型模式指示燈、手動型模式指示燈、應急指示燈、溫度指示燈、壓力指示燈、壓差1指示燈、壓差2指示燈。
其中排檔顯示由2位數碼管組成、故障代碼顯示也由2位數碼管組成;各個指示燈選用發光二極管。
(2).安全啟動連鎖控制電路由1個繼電器開關及其驅動電路構成;其中驅動電路由一個固態繼電器及其輔助電路構成。
(3).高速響應電磁閥組包括1個變矩器閉鎖控制高速響應電磁閥和7個自動換檔控制高速響應電磁閥。這7個自動換檔控制高速響應電磁閥可以根據各種車輛的不同要求進行編組使用。
高速響應電磁閥可以選用市售的成品，但其響應時間應小于8毫秒。
(三).電子控制器由一片8098中央處理器、一片27C128程序存儲器、故障診斷電路、顯示器驅動電路、電磁閥組驅動電路、檔位選擇器接口電路、油溫傳感器接口電路、轉速傳感器接口電路、位移量傳感器接口電路、開關量傳感器接口電路組成。
(四).該實施例中各部分之間的主要連接關系如下，(1).程序存儲器與中央處理器相連構成一個通用的單片機系統。
(2).顯示器的排檔顯示、故障代碼顯示、動力型模式指示燈、經濟型模式指示燈、手動型模式指示燈、應急指示燈、溫度指示燈均經過顯示器驅動電路與中央處理器相連。
排檔顯示，顯示實際的排檔，用1、2、3、4、5、6表示自動6檔、自動5檔、自動4檔、手動檔保持、手動檔升檔、手動檔降檔，用0來表示空檔，用-1和-2表示倒1檔和倒2檔。
故障代碼顯示，顯示所發生的故障的代碼。故障分為自檢故障和運行故障兩種，自檢故障是在開機后進行的自檢中發現的故障，運行故障是指在系統運行中發現的故障;如經故障診斷電路判定電磁閥組的輸出值與中央處理器發送給的值不同，即給出電磁閥組工作故障代碼，如果發生在自檢中則給出自檢故障代碼，如果發生在運行中，即給出運行故障代碼。
動力型模式指示燈和經濟型模式指示燈顯示模式選擇開關當前的選擇狀態是動力型還是經濟型。手動模式指示燈顯示當前是否工作在手動模式(手動檔保持、手動檔升檔、手動檔降檔)。應急指示燈顯示當前是否處于應急狀態中。油溫指示燈顯示當前油箱中的油溫是否過高(即超限)。
(3).高速響應電磁閥組的各個高速響應電磁閥均經過電磁閥組驅動電路與中央處理器相連，同時電磁閥組驅動電路輸出端還經過故障診斷電路與中央處理器相連。
電磁閥組驅動電路的輸出經故障診斷電路與中央處理器相連，可以實現電磁閥組的防掛雙檔，確保變速器的安全運行，同時也構成了對電磁閥組的工作狀況的連續監測，確保系統輸出部件(電磁閥組)的有效和安全運行。
(4).安全啟動連鎖控制電路的繼電器開關經過其驅動電路與中央處理器相連。只有當中央處理器檢查完檔位選擇器處于空檔、應急檔處于非應急狀態、方向盤處于直駛狀態三者無誤時，發出可以啟動信號，驅動電路控制繼電器開關閉合，才可以啟動發動機，以確保發動機的安全啟動。
(5).模式選擇開關、檔位選擇器經檔位選擇器接口電路與中央處理器相連。模式選擇開關和檔位選擇器的信號都是開關量信號。
(6).發動機轉速傳感器、渦輪轉速傳感器、車速傳感器均經過轉速傳感器接口電路與中央處理器相連。
三個轉速傳感器的脈沖信號經過接口電路放大整形成方波信號后送往中央處理器，再經過計算得出精確的轉速數值信號。
(7).油門踏板位移傳感器、方向盤轉角傳感器均經位移量傳感器接口電路與中央處理器相連。油門踏板位移傳感器和方向盤轉角傳感器信號都是模擬量信號，在接口電路中完成模/數轉換和放大后送中央處理器。
(8).制動狀態傳感器、應急檔傳感器均經開關量傳感器接口電路與中央處理器相連。制動狀態傳感器和應急檔傳感器也都是開關量信號，因此開關量傳感器接口電路與檔位選擇器接口電路是基本相同的，其差別僅在處理的信號來源不同。
(9).油溫傳感器經過油溫傳感器接口電路與中央處理器相連。
反映油箱油溫的傳感器是電阻型傳感器，其信號也是模擬量，在接口電路中經與給定值作比較判斷后，再送往中央處理器。
(10).油壓傳感器與顯示器的壓力指示燈相連，油壓差1傳感器與顯示器的壓差1指示燈相連，油壓差2傳感器與顯示器的壓差2指示燈相連。
油壓傳感器和油壓差傳感器直接給出了當前的油壓和相應管路上的油壓差是否超限(越過允許值)，當發生超限時相應指示燈亮。
(11).電源與各部分的電源端相連。本發明的電源將車輛上的24V直流電源變換成各部分所需要的直流電壓供給各部分。避免車輛電源與電子控制系統直接相連，將各種干擾帶進電子控制系統。


圖1是該實施例的總體結構示意圖。
該圖中，1中央處理器，2程序存儲器，3顯示器驅動電路，4顯示器，5安全啟動連鎖控制電路，6電磁閥組驅動電路，7高速響應電磁閥組，8檔位選擇器接口電路，9檔位選擇器，10模式選擇開關，11轉速傳感器接口電路，12發動機轉速傳感器，13渦輪轉速傳感器，14車速傳感器，15位移量傳感器接口電路，16油門踏板位移傳感器，17方向盤轉角傳感器，18開關量傳感器接口電路，19制動狀態傳感器，20應急檔傳感器，21油溫傳感器接口電路，22油溫傳感器，23油壓傳感器，24油壓差1傳感器，25油壓差2傳感器，26電源，27故障診斷電路。
圖2是該實施例的顯示器電路原理圖。
該圖中，U1是排檔顯示數碼管，U2是故障代碼顯示數碼管，二者都是LC50X2型2位數碼管。D1是動力型模式指示燈，D2是經濟型模式指示燈，D3手動模式指示燈，D4溫度指示燈，D5壓力指示燈，D6壓差1指示燈，D7壓差2指示燈，D8應急指示燈。D1至D8均為普通發光二極管，R1、R2、R3、R4、R5為2.2K。
圖3是該實施例的電磁閥組驅動電路原理圖。
該圖中，U3是74HC573鎖存器，U4是74HC245三態收發器，U5是74HC02與非門，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8是8個J33-3固態繼電器。
圖4是該實施例的檔位選擇器接口電路原理圖。
該圖中，U6是74HC245三態收發器，RG是RESPACK8電阻排，R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13為33Ω。
圖5是該實施例的油溫傳感器接口電路原理圖。
該圖中，U7是LM2902四運放，U8是LM393非門，U9是PLT521光耦，R14、R15、R16、R17、R28為100Ω，R20、R21、R22、R23、R24、R18為20K，R25、R26為1K，R19為10K，R27為500Ω，R29為330Ω。
圖6是該實施例的轉速傳感器接口電路原理圖。該圖中僅給出了一個轉速傳感器的接口電路，另兩個轉速傳感器的接口電路與它完全相同。
該圖中，U10是LM2902四運放，U11是74HCT14施密特觸發器，R30、R31為5.1K，R32為510K，R33為51Ω，R34為4.7K，Cl為0.33μ，D9、D10、D11、D12、D13、D14都是IN4148二極管。
圖7是該實施例的位移量傳感器接口電路原理圖。該圖中僅給出了一個位移量傳感器的接口電路，其余的與它完全相同。
該圖中，U12是LM2902四運放，R35為24K，R36為47K，R37為10K，R38為150K，R39為200K，R40為1.5K，C2、C3、C4為0.33μ，D15、D16為IN751二極管，圖8是該實施例的單片機系統電路原理圖。
該圖中，U13是8098CPU，U14是12MHz晶振，U15是74HC93計數器，U16是74HC245收發器，U17是74HC574觸發器，U18是74HC138譯碼器，U19是PAL16L8可編程陣列，U20是27C128程序存儲器，U21是8253接口電路。
圖9是該實施例的顯示器驅動電路原理圖。
該圖中，U22是8279接口電路，U23是74HCT14觸發器，U24是74HC138譯碼器，U25是74HC04反相器，U26、U27、U28是三個75451驅動器，BG1、BG2、BG3、BG4、BG5、BG6、BG7、BG8是8個9012三極管，R41、R42、R45、R48、R51、R54、R57、R60、R63均為4.7K，R43、R46、R49、R52、R55、R58、R61、R64為69Ω，R44、R47、R50、R53、R56、R59、R62、R65為10K。
圖10是實施例的故障電路原理圖，該圖中U29、U30是TLP521光電耦合器，U31是74HC245三態收發器，U32、U33是74HC是74HC02與非門，RG2、RG3是4.7KΩ電阻排，D17、D18、D19、D20、D21、D22、D23、D24都是IN4148二極管，D25、D26、D27、D28、D29、D30、D31、D32都是IN751二極管。
權利要求
1.自動變速器電子控制系統，由電子控制器、傳感器輸入、輸出控制、電源組成，其特征在于(一).傳感器輸入由駕駛操作傳感器和變速器工作狀態傳感器組成；(1).駕駛操作傳感器包括檔位選擇器、模式選擇開關、油門踏板位移傳感器、方向盤轉角傳感器、制動狀態傳感器、應急檔傳感器；(2).變速器工作狀態傳感器包括發動機轉速傳感器、渦輪轉速傳感器、車速傳感器、油溫傳感器、油壓傳感器、油壓差1傳感器、油壓差2傳感器；(二).輸出控制由顯示器、安全啟動連鎖控制電路、高速響應電磁閥組組成；(1).顯示器包括排檔顯示、故障代碼顯示、動力型模式指示燈、經濟型模式指示燈、手動型模式指示燈、應急指示燈、溫度指示燈、壓力指示燈、壓差1指示燈、壓差2指示燈；(2).安全啟動連鎖控制電路由1個繼電器開關及其驅動電路構成；(3).高速響應電磁閥組包括1個變矩器閉鎖控制高速響應電磁閥和7個自動換檔控制高速響應電磁閥；(三).電子控制器由中央處理器、程序存儲器、故障診斷電路、顯示器驅動電路、電磁閥組驅動電路、檔位選擇器接口電路、油溫傳感器接口電路、轉速傳感器接口電路、位移量傳感器接口電路、開關量傳感器接口電路組成；(四).各部分間的主要連接關系如下，(1).程序存儲器與中央處理器相連；(2).顯示器的排檔顯示、故障代碼顯示、動力型模式指示燈、經濟型模式指示燈、手動型模式指示燈、應急指示燈、溫度指示燈均經過顯示器驅動電路與中央處理器相連；(3).高速響應電磁閥組的各個高速響應電磁閥均經過電磁閥組驅動電路與中央處理器相連，同時電磁閥組驅動電路輸出端還經過故障診斷電路與中央處理器相連；(4).安全啟動連鎖控制電路的繼電器開關經過其驅動電路與中央處理器相連；(5).模式選擇開關、檔位選擇器經檔位選擇器接口電路與中央處理器相連；(6).發動機轉速傳感器、渦輪轉速傳感器、車速傳感器均經過轉速傳感器接口電路與中央處理器相連；(7).油門踏板位移傳感器、方向盤轉角傳感器均經位移量傳感器接口電路與中央處理器相連；(8).制動狀態傳感器、應急檔傳感器均經開關量傳感器接口電路與中央處理器相連；(9).油溫傳感器經過油溫傳感器接口電路與中央處理器相連；(10).油壓傳感器與顯示器的壓力指示燈相連，油壓差1傳感器與顯示器的壓差1指示燈相連，油壓差2傳感器與顯示器的壓差2指示燈相連；(11).電源與各部分的電源端相連。
2.如權利要求1所述的自動變速器電子控制系統，其特征在于(1).檔位選擇器可以由一組開關組成，用開關組合編碼形成檔位選擇信號;(2).顯示器中的排檔顯示由2位數碼管組成、故障代碼顯示也由2位數碼管組成;(3).中央處理器是一片8098，程序存儲器是一片27C128;(4).安全啟動連鎖控制電路的繼電器開關驅動電路由一個固態繼電器及其輔助電路構成。
3.如權利要求1、2所述的自動變速器電子控制系統，其特征在于檔位選擇器由6個開關組成，編碼形成9個檔位選擇信號，即自動6檔、自動5檔、自動4檔、手動檔保持、手動檔升檔、手動檔降檔、空檔、倒1檔、倒2檔。
全文摘要
本發明是一種用于履帶式車輛液壓機械傳動的自動變速器電子控制系統，由電子控制器、傳感器輸入、輸出控制、電源組成，傳感器輸入包括擋位選擇器、模式選擇開關和油門踏板位移、方向盤轉角、制動狀態、應急擋、發動機轉速、渦輪轉速、車速、油溫、油壓、油壓差1、油壓差2共11個傳感器，輸出控制包括顯示器、安全啟動連鎖控制電路、由1個變矩器閉鎖控制高速響應電磁閥和7個自動換擋控制高速響應電磁閥組成的高速響應電磁閥組。
文檔編號G05D13/00GK1084462SQ9211089
公開日1994年3月30日 申請日期1992年9月23日 優先權日1992年9月23日
發明者丁華榮, 葉小明, 張方杰 申請人:北京理工大學