中心議題：

• 汽車無級變速箱控製器TCU的研究

解決方案：

• 奔馳公司是在汽車上采用CVT技術
• 采用美國Microchip公司推出的單片PIC18F452

為了跟蹤世界汽車技術，發展我國汽車工業，“九五”qijian，qichedianyukongzhijishubeilieweikejigongguanxiangmu。cheliangzidongbiansushiqichediankongjishudeyigezhongyaozuchengbufen。caiyongjisuanjihedianlidianziqudongjishushixiancheliangzidongbiansu，nengxiaochujiashiyuanhuandangjishudechayi
，jianqingjiashiyuandelaodongqiangdu，tigaoxingcheanquanxing

，tigaocheliangdedonglixinghejingjixing。qichedewujibiansuxitongyibanshiyouwujibiansuxiangCVT(Continuously Variable Transmission) 和無級變速箱控製器TCU(TransmissionControlUnit)組成。

1CVT的基本結構

汽車的無級變速係統主要有以下幾種形式：（1）液力機械AT—HMT(Hydrodynamic Mechanical Transmission)廣泛應用於轎車
、公共汽車、重型車輛
、商用車和工程車輛上。(2)機械式AT—AMT(Automa ted Mechanical Transmission)在通常機械式變速器基礎上加上微機控製電液伺服操縱自動換檔機構組成

，目前它應用於部分低檔轎車
、局部卡車和商用車上。(3)無級式AT—CVT(Continuously Variable Transmission)是目前在小排氣量轎車中使用最多的一種。它的主要結構和工作原理如圖l所示。
CVT技術的發展
，已經有了一百多年的曆史。德國奔馳公司是在汽車上采用CVT技術的鼻祖，早在1886年就將V型橡膠帶式CVT安an裝zhuang在zai該gai公gong司si生sheng產chan的de汽qi油you機ji汽qi車che上shang。但dan由you於yu結jie構gou設she計ji和he選xuan材cai等deng方fang麵mian的de問wen題ti
，該gai傳chuan動dong機ji構gou體ti積ji過guo大da
，傳chuan動dong比bi過guo小xiao，無wu法fa滿man足zu汽qi車che行xing駛shi的de要yao求qiu。這zhe些xie缺que點dian限xian製zhi了le它ta的de應ying用yong。直zhi到dao1979年，通過結構的改進和特殊鋼帶的使用
，CVT的傳動比明顯提高
，具備了在車輛上廣泛應用的前提條件。從那時起，福特、菲亞特和日產等公司的車型都曾采用過這種變速傳動機構。

CVT采用的V形承推鋼帶由安裝在撓性馬氏體時效鋼圈上的多片楔形鋼片構成。它的動力從主動輪輸入
，經過V形xing鋼gang帶dai，由you從cong動dong輪lun輸shu出chu。帶dai輪lun由you可ke以yi相xiang對dui滑hua動dong的de兩liang部bu分fen構gou成cheng。鋼gang帶dai位wei於yu這zhe兩liang部bu分fen間jian的de凹ao槽cao內nei。當dang帶dai輪lun兩liang部bu分fen靠kao緊jin時shi，凹ao槽cao較jiao窄zhai，鋼gang帶dai位wei於yu帶dai輪lun外wai緣yuan，此ci時shi帶dai輪lun的de工gong作zuo直zhi徑jing最zui大da。隨sui著zhe這zhe兩liang部bu分fen間jian的de相xiang對dui滑hua動dong，凹ao槽cao越yue來lai越yue寬kuan，鋼gang帶dai逐zhu漸jian靠kao近jin帶dai輪lun中zhong心xin，即ji工gong作zuo直zhi徑jing最zui小xiao的de地di方fang。汽qi車che剛gang剛gang起qi動dong車che速su較jiao低di時shi
，主zhu動dong輪lun工gong作zuo直zhi徑jing較jiao小xiao，變bian速su器qi可ke得de到dao較jiao大da的de傳chuan動dong比bi
，使shi汽qi車che獲huo得de足zu夠gou動dong力li克ke服fu行xing駛shi阻zu力li。隨sui著zhe車che速su的de升sheng高gao，主zhu動dong輪lun工gong作zuo直zhi徑jing逐zhu漸jian增zeng大da，從cong動dong輪lun工gong作zuo直zhi徑jing越yue來lai越yue小xiao
，變bian速su器qi傳chuan動dong比bi也ye相xiang應ying減jian小xiao。由you於yu帶dai輪lun工gong作zuo直zhi徑jing可ke連lian續xu變bian化hua，因yin此ci這zhe種zhong變bian速su器qi的de傳chuan動dong比bi也ye是shi無wu級ji、連續變化的，傳遞動力更平穩，其動力性和經濟性遠遠高於行星齒輪式自動變速器。汽車在實際運行中變速箱變比的控製是由TCU控製直流電動機自動完成的。

2  TCU的基本結構

TCU的基本結構如圖2所示，它由單片機、檢測電路
、驅動電路、電源電路以及通訊電路等部分組成。
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單片機是采用美國Microchip公司2002年3月推出的單片PIC18F452，它在功能上可以滿足TCU的要求，在性能上它具有低功耗

、工作溫度範圍寬
，並且可在較低的電壓下正常工作，特別適用於汽車電器。檢測電路分為脈衝檢測、開關量檢測以及模擬量檢測。脈衝檢測又分為脈衝計數和脈衝寬度檢測。如發動轉速、輸入、輸出軸轉速的測量是采用脈衝計數方式。節氣門開度則是采用脈衝寬度測量的方式。

模擬量的測量主要由濾波電路、放大電路組成。A/D轉換是采用單片機內自帶的10位A/D轉換器。變速箱的變比控製是由直流電動機驅動的。在TCU中是由4支MOSFET組成的H型電路實現對電動機的正反轉PWM控製。電磁離合器的電流也是通過MOSFET驅動的。在驅動電路中除主開關元件、續流二極管外還有保護電路和電流檢測電路。

 通訊接口的作用主要是觀測TCU的工作狀態，對檢測傳感器的故障分析以及傳感器資源的共享。

3  TCU控製係統程序框圖

TCU控製係統主程序框圖如圖3所示。程序首先對內部RAM進行分配，然後對各功能模塊如Administrator/D轉換器、定時器
、PWM波(bo)形(xing)發(fa)生(sheng)器(qi)等(deng)進(jin)行(xing)初(chu)始(shi)化(hua)。變(bian)速(su)箱(xiang)的(de)變(bian)比(bi)在(zai)汽(qi)車(che)每(mei)次(ci)時(shi)應(ying)處(chu)於(yu)最(zui)小(xiao)變(bian)比(bi)的(de)位(wei)置(zhi)
，因(yin)此(ci)在(zai)每(mei)次(ci)停(ting)車(che)時(shi)應(ying)將(jiang)變(bian)速(su)箱(xiang)歸(gui)位(wei)
，汽(qi)車(che)起(qi)動(dong)後(hou)首(shou)先(xian)檢(jian)測(ce)各(ge)參(can)數(shu)，如(ru)檔(dang)位(wei)開(kai)關(guan)、發動機轉速
、節氣門開度、變速箱輸入
、輸出軸轉速等。這些參數是控製電磁離合器電流和電動機狀態的依據。當需要增加變速箱的變比時，TCU控製電機正轉，反之控製電機反轉。電磁離合器的控製采用電流增量控製方式。它的控製好壞，直接影響汽車運行的平穩性和經濟性。
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4運行結果

圖4和圖5為汽車實際運行時電磁離合器電流和變速箱變比的關係曲線。其中圖4為汽車速度從零急加速到120KM/H，到120KM/H後鬆開油門減速到零時的電磁離合器電流與發動機轉速、節(jie)氣(qi)門(men)開(kai)度(du)和(he)輸(shu)入(ru)軸(zhou)轉(zhuan)速(su)之(zhi)間(jian)的(de)曲(qu)線(xian)圖(tu)。由(you)圖(tu)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)節(jie)氣(qi)門(men)急(ji)加(jia)到(dao)最(zui)大(da)後(hou)保(bao)持(chi)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)，電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)同(tong)步(bu)緊(jin)跟(gen)著(zhe)加(jia)，當(dang)加(jia)到(dao)峰(feng)值(zhi)時(shi)，繼(ji)續(xu)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)，發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)也(ye)加(jia)到(dao)一(yi)個(ge)值(zhi)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)
，從(cong)圖(tu)中(zhong)還(hai)可(ke)看(kan)出(chu)電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)在(zai)增(zeng)加(jia)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，不(bu)斷(duan)在(zai)抖(dou)動(dong)，可(ke)知(zhi)在(zai)上(shang)升(sheng)過(guo)程(cheng)中(zhong)電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)在(zai)不(bu)斷(duan)在(zai)打(da)滑(hua)

，在(zai)此(ci)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)發(fa)動(dong)機(ji)轉(zhuan)速(su)與(yu)輸(shu)入(ru)軸(zhou)轉(zhuan)速(su)不(bu)成(cheng)比(bi)例(li)，直(zhi)到(dao)電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)到(dao)一(yi)個(ge)穩(wen)定(ding)的(de)值(zhi)後(hou)才(cai)保(bao)持(chi)一(yi)定(ding)的(de)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)。當(dang)節(jie)氣(qi)門(men)全(quan)鬆(song)開(kai)後(hou)，電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)隨(sui)之(zhi)下(xia)降(jiang)到(dao)一(yi)個(ge)小(xiao)值(zhi)後(hou)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)，直(zhi)到(dao)車(che)速(su)達(da)到(dao)使(shi)變(bian)速(su)箱(xiang)處(chu)於(yu)由(you)齒(chi)輪(lun)變(bian)速(su)為(wei)主(zhu)時(shi)
，電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)繼(ji)續(xu)減(jian)小(xiao)
，當(dang)車(che)速(su)為(wei)零(ling)時(shi)，電(dian)磁(ci)離(li)合(he)器(qi)電(dian)流(liu)隨(sui)之(zhi)減(jian)小(xiao)到(dao)零(ling)。由(you)圖(tu)4可知，當車速在從零加到120KM/H，dianciliheqidianliuweiling，shuruzhouzhuansuyemanmanjianweiling。zaizhenggeguochengzhong，womenkekandao，jieqimenkaidubianhualvdaibiaolejiashiyuandeyitu，dianciliheqidianliuzhuyaoyoujieqimenkaidulaijueding。dianciliheqidedahuachengdujuedinglefadongjizhuansuheshuruzhouzhuansudezhijiandechuanshubiliguanxi。

圖5為汽車速度從零加到120KM/H後又由120KM/H減到零時
，位置傳感器與輸入軸轉速、輸出軸轉速和電機電壓之間的關係曲線。由圖可知，當汽車速度在從零加到120KM/H過程中，位置傳感器變比由最大開始下調直到變為最小
，此時對應電機反轉。當車速由120KM/H開(kai)始(shi)下(xia)降(jiang)時(shi)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)先(xian)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)
，此(ci)時(shi)電(dian)機(ji)不(bu)轉(zhuan)，同(tong)時(shi)輸(shu)入(ru)軸(zhou)轉(zhuan)速(su)和(he)輸(shu)出(chu)轉(zhuan)速(su)成(cheng)比(bi)例(li)的(de)下(xia)降(jiang)
，當(dang)車(che)速(su)達(da)到(dao)一(yi)定(ding)的(de)值(zhi)時(shi)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)速(su)比(bi)由(you)最(zui)小(xiao)開(kai)始(shi)上(shang)調(tiao)直(zhi)到(dao)為(wei)最(zui)大(da)值(zhi)，此(ci)時(shi)電(dian)機(ji)反(fan)轉(zhuan)（因測試時采用的電流傳感器為單方向的，所以圖中沒有反映出反向電流）。輸入軸轉速和輸出軸轉速不成比例的下降直至為零。從圖5可以看到車速在上升時，位置傳感器速比的測試值不斷地減小（對應的轉速比增大）。反之
，車速在下降的過程中
，當車速小於某一值時測試值增加。從而實現了變速箱變比的自動調整。

通過運行結果可以看出所設計的TCU可以實現電磁離合器轉矩和變速箱變比的自動控製。從實際運行感覺看，起動和停止以及加減速過程平穩。並且具有較好的經濟性。