AMT自动换挡变速系统设计

摘要：介绍了一种以Freescale(飞思卡尔)MC9S12DJl28Mw为核心的嵌入式AMT系统。说明了该系统的工作原理、技术特点以及应用状况。同时还讲述了其硬件结构和软件设计思想。
关键词：AMT；MCU；嵌入式单片机

O 引言
    随着现代汽车工业的迅猛发展，节能环保，低排放，高效舒适，不可质疑地被推为汽车设计首要指标。在各种类型的自动档变速器中，电控机械式自动变速器(Automated Mechanical Transmission，以下简称AMT)，具有传动效率高、结构紧凑、成本低、易于制造、工作可靠及操纵方便等优点，尤其是其省油的特点适合于我国大、中巴与载重车应用。比其它自动档变速器节油9％以上。本文介绍一种以Freeseale(飞思卡尔)MC9S12DJl28MW为核心的嵌入式AMT系统。

1 AMT自动换挡变速系统简介
    该系统是一种集机械、电子、液(汽)压为一体的自控系统。由信号采集单元采集发动机的工作状态、车辆行驶速度状态、油门状态、刹车状态等。集成电子控制单元相对各信号源进行分析、处理、并发出指令，执行机构完成相应动作，从而实现自动换挡。匹配过程简单，并能在满足发动机排放的要求下很好的与整车同时满足气体排放要求。始终使整车性能处于最佳状态，具有机械继承性强，传动效率高，燃油经济性高，操作简单等优点。同时该系统还有自我诊断功能，在系统出现故障时显示故障信息代码，提示驾驶员的注意，便于维护人员进行修理。

2 AMT自动换挡变速器系统组成及工作原理
2．1 组成
    AMT自动换挡变速系统是在传统的固定式的变速箱和干式离合器的基础上，加装相应的电气执行机构，传感器，电子控制单元等组成。系统框图如图1所示，AMT自动换挡变速系统包括：MCU数据处理系统；信号采集系统(发动机转速、车速等)；选挡换挡执行控制机构；离合器执行控制机构；油门执行控制机构；LED显示。

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2．2 工作原理
    利用微处理器接收传感器传递的各种与变速有关的数字信号，由微处理器对信号进行识别、分析，与处理器内部已存储的变速器换挡数据进行比较，判断出最适合当前状况的挡位，发出换挡指令，并驱动电动(气动)执行机构，实现适时增、减挡，以满足汽车不同道路、不同功率情况下的行驶要求。

3 MCU数据处理系统设计
    电子控制器MCU是AMT控制单元。选择合适的MCU是AMT系统设计成功的关键，它必须能适应各种复杂监控系统的要求，如实时性、低功耗、快速数据处理、集成数模外设功能、集成CAN总线接口，还需集成充足的Flash或RAM供程序、数据存储，以简化电路、提高系统的可靠性。另外它还要具有低成本和恶劣环境下的适应性。在综合比较了当前业界流行的多款MCU，如ATM89系列、MCS-96系列及Freescale HCSl2系列后，终选择了Freescale HCl2系列的嵌入式MC9S12DJl28M 16位单片机。
    MC9Sl2DJl28M 16位单片机具有如下特点：
    (1)16位S12CPU：20位ALU，指令队列。
    (2)存储器128K FLASH，2K EEPROM，8K RAM。
    (3)2个8通模／数转换器，10位精度。
    (4)3个1 Mbps的CAN总线模块，兼容CAN2．OA／B。
    (5)16位计数器，8个可编程输入捕捉或输出比较通道，4或8位2个16位脉冲累加器。
    (6)8个PWM通道。
    (7)2个异步串行通信接口SCI，2个同步串行设备接口SPI。
    (8)多主I2C总线模块，兼容I2C总线标准。
    (9)背景调试模式BDM。
    (10)边界扫描测试协议JTAG。
    由上可见16位处理器不仅拥有强大的运算功能及低功耗，同时它还拥有着控制系统所需要的丰富模拟、数字外设和各种模式接口，集成电路互联总线。另外可通过BDM调试器对目标板MCU的Flash存储器写入、擦除，应用程序下载，在线动态调试。
    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I2C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。

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4 软件设计
    软件开发环境为CodeWarrior。是Freescale(飞思卡尔)公司研发的面向Freescale MCU应用开发的软件工具，其功能强大，支持汇编、C，C++等多种语言。本系统使用C开发。
    系统软件模块包括：系统参数配置模块、控制策略模块、监控及故障提示模块、CAN通讯及LED显示模块、传感器数据采集模块、电机驱动模块等。程序流程图见图3。

5 AMT自动换挡变速系统的特点
    AMT自动换挡变速系统简化了操作，对驾驶技术要求降低，提高行车安全性；可在普通机械变速箱上进行改造，生产制造继承性好、结构简单、制造容易、维护维修成本低、经济环保，适合中国国情；合理的换挡点使发动机冲击小，传动效率、乘坐舒适性、燃油经济性得到提高。

6 结论
    AMT自动变速系统能使汽车起步、增减挡平稳，在行驶中能实现自动换挡，简化驾驶操纵，增加行驶安全，有效降低驾驶员的劳动强度，符合国际汽车技术向电子化、智能化、人性化的发展方向，是集机械、电子、液压于一体的高新技术产品。