双离合器变速器控制系统的设计与研究
摘要
双离合器变速器(Double Clutch Transmission,DCT)作为一种新型的变速器传递方式,是变速器行业研究的热点。它既具有手动变速器(Mechanical Transmission,MT)和电控机械式自动变速器(Automatic Mechanical Transmission,AMT)传动效率高、结构简单、制造成本低等优点,又克服了MT和AMT换档动力中断的缺陷,可实现无动力中断换档,具有良好的舒适性。因此,DCT是汽车自动变速器发展的新方向。
目前许多国家都在花大力气研究DCT技术,但拥有DCT技术的只有美国和德国的少数几家企业。我国部分企业和高校也开始了DCT技术的研究,但大多数只是进行软件仿真。由于DCT技术起步较晚,还没有形成较完整的DCT自动操纵理论,特别是在控制目标和控制策略方面,缺乏系统研究。因此,有必要对DCT的关键技术—双离合器控制系统,进行设计与试验研究,为开发具有自主知识产权的DCT控制系统,打破国外的技术垄断,掌握核心技术打下基础。
本论文课题在分析国内外DCT技术的研究现状,借鉴现有DCT控制系统的基础上,开发了以TMS320F2812 DSP为主控芯片、以PIC单片机为辅助芯片的双离合器变速器控制系统。控制系统采集并处理DCT控制系统的多个传感器信号,按照相应的换档策略,实现对DCT换档过程中各控制对象(发动机、双离合器、选换档机构)的准确控制,使DCT在换档策略的控制下正确无误的换档,尽量减少换档时间、减少双离合器的磨损和相互干涉以及换档冲击。同时,该控制系统也具有一定的故障处理能力和友好的人机界面,并具有与汽车上其他部分(如:发动机控制单元、变速箱控制单元等)进行通信的功能。另外,该系统能保证电机高达40A的瞬时驱动电流,并解决了大电流下的发热和干扰问题。
系统硬件包括:模拟量和数字量输入部分、DSP控制部分、液晶显示部分、CAN总线通讯和SCI串口通信部分以及电机驱动部分。软件设计完成了DSP和PIC数据采集处理设计及电机故障保护设计。
试验表明:该DCT控制系统能够对输入模拟量和数字量进行快速、高精度地采集,并实现SCI和CAN通信;电机驱动部分通过对四个电机(选档执行电机、换档执行电机和两个离合器电机)的正确控制,实现正确无误的换档操作,能正确识别电机故障并进行相应的保护。
Double Clutch Transmission(DCT) as a new kind Transmission,is hot researched now.DCT has some advantages,such as high transmission efficiency,simple structure and low cost,which Mechanical Transmission(MT) and Automatic Mechanical Transmission(AMT) also have.Meantime,DCT needn't to break power transmission when shift just as AT and AMT do,so it improve the shift comfortableness.DCT has become the new direction for vehicle automatic transmission.
Now only few companies of USA and Germany have DCT,although many countries are researched it.Some companies and universities is aslo studing DCT in china,but many are only sofeware simulation.DCT is a new kind transmission,so it has no complete automatic control theory,especialliy has less research of control objectives and control strategy.So it's necessary to design and research DCT control system,which is the key technology of DCT.If we can invent DCT by ourselves,then we can own the key technology and break the monopoly of foreign technology.
The paper analyse the research status quo of DCT firstly,then design a DCT control system. TMS320F2812 DSP is the control core of the DCT control system and PIC single-chips as auxiliary chip are used aslo.The control system gather and deal with the sensors' signal firstly,then judge whether need to shift,if need,the system control motor finish shift in accordance with the shift strategy.In the shiftting process,the control system must control others accurately such as the engine, the double clutch and so on.DCT can finish shift correctly,shorten shift time,reduce wear, prevent mutual interference of the double clutch and reduce shift impact.The system also has some fault handling capacity and friendly man-machine interface.The system can communicate with other systems such as engine control unit(ECU),Transmission control unit(TCU) and so on and it can supply high-current for motor,also solve the high-current fever and interference.
The system's hardware include analog and digital signal input,DSP core,LCD display, CAN-bus,SCI and motor drive.The system's software include two parts,one is data gather and process based on DSP and PIC,the other is motor dirve protect.
Experiments show that the DCT control system can gather the input signal fastly and high-precisely,it can communicate with PC and other systems by SCI and CAN.The system can ensure correctly shift by control the four motor accurately and it can identify the motors fault and protect them.
目前许多国家都在花大力气研究DCT技术,但拥有DCT技术的只有美国和德国的少数几家企业。我国部分企业和高校也开始了DCT技术的研究,但大多数只是进行软件仿真。由于DCT技术起步较晚,还没有形成较完整的DCT自动操纵理论,特别是在控制目标和控制策略方面,缺乏系统研究。因此,有必要对DCT的关键技术—双离合器控制系统,进行设计与试验研究,为开发具有自主知识产权的DCT控制系统,打破国外的技术垄断,掌握核心技术打下基础。
本论文课题在分析国内外DCT技术的研究现状,借鉴现有DCT控制系统的基础上,开发了以TMS320F2812 DSP为主控芯片、以PIC单片机为辅助芯片的双离合器变速器控制系统。控制系统采集并处理DCT控制系统的多个传感器信号,按照相应的换档策略,实现对DCT换档过程中各控制对象(发动机、双离合器、选换档机构)的准确控制,使DCT在换档策略的控制下正确无误的换档,尽量减少换档时间、减少双离合器的磨损和相互干涉以及换档冲击。同时,该控制系统也具有一定的故障处理能力和友好的人机界面,并具有与汽车上其他部分(如:发动机控制单元、变速箱控制单元等)进行通信的功能。另外,该系统能保证电机高达40A的瞬时驱动电流,并解决了大电流下的发热和干扰问题。
系统硬件包括:模拟量和数字量输入部分、DSP控制部分、液晶显示部分、CAN总线通讯和SCI串口通信部分以及电机驱动部分。软件设计完成了DSP和PIC数据采集处理设计及电机故障保护设计。
试验表明:该DCT控制系统能够对输入模拟量和数字量进行快速、高精度地采集,并实现SCI和CAN通信;电机驱动部分通过对四个电机(选档执行电机、换档执行电机和两个离合器电机)的正确控制,实现正确无误的换档操作,能正确识别电机故障并进行相应的保护。
Double Clutch Transmission(DCT) as a new kind Transmission,is hot researched now.DCT has some advantages,such as high transmission efficiency,simple structure and low cost,which Mechanical Transmission(MT) and Automatic Mechanical Transmission(AMT) also have.Meantime,DCT needn't to break power transmission when shift just as AT and AMT do,so it improve the shift comfortableness.DCT has become the new direction for vehicle automatic transmission.
Now only few companies of USA and Germany have DCT,although many countries are researched it.Some companies and universities is aslo studing DCT in china,but many are only sofeware simulation.DCT is a new kind transmission,so it has no complete automatic control theory,especialliy has less research of control objectives and control strategy.So it's necessary to design and research DCT control system,which is the key technology of DCT.If we can invent DCT by ourselves,then we can own the key technology and break the monopoly of foreign technology.
The paper analyse the research status quo of DCT firstly,then design a DCT control system. TMS320F2812 DSP is the control core of the DCT control system and PIC single-chips as auxiliary chip are used aslo.The control system gather and deal with the sensors' signal firstly,then judge whether need to shift,if need,the system control motor finish shift in accordance with the shift strategy.In the shiftting process,the control system must control others accurately such as the engine, the double clutch and so on.DCT can finish shift correctly,shorten shift time,reduce wear, prevent mutual interference of the double clutch and reduce shift impact.The system also has some fault handling capacity and friendly man-machine interface.The system can communicate with other systems such as engine control unit(ECU),Transmission control unit(TCU) and so on and it can supply high-current for motor,also solve the high-current fever and interference.
The system's hardware include analog and digital signal input,DSP core,LCD display, CAN-bus,SCI and motor drive.The system's software include two parts,one is data gather and process based on DSP and PIC,the other is motor dirve protect.
Experiments show that the DCT control system can gather the input signal fastly and high-precisely,it can communicate with PC and other systems by SCI and CAN.The system can ensure correctly shift by control the four motor accurately and it can identify the motors fault and protect them.
引文
[1]荆崇波,苑士华,郭晓林.双离合器自动变速器及其应用前景分析[J].机械传动,2005(3)
[2]胡宏伟.AMT直流电动机选换档系统设计[D].上海:上海交通大学,2005
[3]冯巍.DCT起步与换档特性的仿真方法研究[D].吉林:吉林大学,2007
[4]李晓静.混合动力城市客车AMT电控系统研究[D].湖北:武汉科技大学,2006
[5]赵健.电控机械式自动变速器中电控系统的研究[D].北京:中国农业大学,2004
[6]谭勇,唐新蓬,段小成.双离合器自动变速器无冲击换档过程的实现[J].机床与液压,2007(9)
[7]Viren Saxena.Dual Clutch Transmission-A Different Automatic.PPT Document[R].Y Zhang,2005.
[8]邵佳林.双离合器自动变速器电控系统硬件的研究与开发[D].重庆:重庆大学,2008
[9]Y.Zhang,X.Chen.Dynamic Modeling and Simulation of a Dual-clutch Automated Lay-shaft Transmission[J].Journal of University of Michigan-Dearborn,2004
[10]陈昕.DualTronic双离合器自动湿式离合器[J].轻型汽车技术,2007(4)
[11]李启迪.周雅夫大众直接换档变速器的原理和展望[J].汽车电器,2006(11)
[12]姚晓涛.双离合器自动变速系统性能研究[D].重庆:重庆大学,2006
[13]牛铭奎,葛安林等.双离合器式自动变速器简介[J].汽车工艺与材料,2002(12)
[14]王颖颖.DCT汽车起步过程离合器热负荷仿真研究[D].重庆:重庆大学,2008
[15]张毅,潘可耕等.离合器及机械变速[M].化学工业出版社,2005
[16]吴海州.具有CAN总线接口的AMT电子控制单元设计[D].安徽:合肥工业大学,2007
[17]叶强生,陈书明.CAN总线在汽车网络系统中的研究与应用[J].微计算机信息,2008
[18]吴光强,杨伟斌,秦大同.双离合器式自动变速器控制系统的关键技术[J].机械工程学报,2007(2)
[19]苏玉刚.汽车AMT的系统设计和智能控制技术研究[D].重庆:重庆大学,2004
[20]邹彦.DSP原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2005
[21]朱明锆,赵勇,甘泉.DSP应用系统设计[M].北京:电子工业出版社,2002
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[23]李学海.PIC单片机实用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002
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[26]Texas Instruments Inc.TMS320F2810,TMS320F2811,TMS320F2812,TMS320C2810,TMS320C2811,TMS320C2812 Digital Signal Processors Data Manual[R].Literature Number:SPRS174J,2003
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[30]马文明.AMT换档规律与软件系统开发[D].安徽:合肥工业大学,2007
[31]LMDI8200 3A,55V H-Bridge datasheet.1999
[32]BTN7970 High Current PN half Bridge datasheet.2007
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[49]李志强.电控机械式自动变速汽车换档智能控制[D].重庆:重庆大学,2003
[50]TI.TMS320x281x,280x DSP Serial Communication Interface(SCI) Rererence Guide data book[R]
[51]TI.Programming Examples for the TMS320F281x SCI data book
[52]BEN~IOUYALG,~EISINGEI~I,BURN~ORTHJ,etal.IEEEstandardinverse-time characteristic equations for overcurrent relays~J3.IEEE Trans on Power Delivery,1999,14(3)
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[58]陈菊华,颜睿,陈斌.直流电机中电刷火花产生的原因分析及解决方法[J].科学咨询(决策管理),2008(9)