汽车机械式自动变速器数据采集与分析系统研究

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1、汽车机械式自动变速器数据采集与分析系统研究作者：合肥工业大学薛大为摘要：数据采集与分析系统对AMT系统的开发有重要意义。本文介绍了基于串行通信与虚拟仪器技术的汽车AMT数据采集与分析系统，阐述了系统的工作原理以及软、硬件的设计。关键字：AMT数据采集串行通信虚拟仪器0.引言AMT(AutomatedMechanicalTransmission)即机械式自动变速器，是在原有的机械变速器离合器结构不变的情况下，通过加装微机控制的自动操纵机构取代原来由驾驶员人工完成的离合器分离、接合、摘档与悬挂档以及发动机相应同步调节等操作，最终实现换档全过程操纵的自动化它既具有AT自动

2、变速的优点又保留来原手动变速器MT齿轮传动效率高成本低结构简单容易制造的长处。系统的基本控制原如图1所示。AMT系统是一个复杂的多输入多输出控制系统、参数多，变化快，时间历程短。一般凭人工直接观测或普通的测试仪表难以观察到的一些现象，特别是多个控制参数瞬息变化的复杂动态过程，只有利用数据采集及分析系统，才能进行完整、细致的分析。自动换档操纵系统对于多个设计方案的选择，传感器、执行机构等硬件的确定，特别是软件的设计、调试，都有赖于通过大量的试验、试车。随着自动变速理论发展和不断完善，为了更合理地确定换档规律，提高自动变速系统对不同驾驶员、道路、车况的适应性，这些都需要

3、做大量的试验，采集一定量的数据作为设计的依据。即使有了大量的数据，要想得到技术人员关心的性能指标，还要对其进行处理和分析。这些工作的完成对人来说是很费时的，利用数据采集及分析系统可对采集到的数据自动进行处理和分析，很快地得到有用的试验结果，并以形象直观的方式提供给设计人员。由于随车数据采集及分析系统对开发AMT具有重要意义，出于研究、设计AMT的需要我们开发了这样一个系统。1.系统的组成数据采集系统可以有两种实现方式：一种是基于数据采集卡的单上位机方式，一种是基于AMT电控单元ECU作为下位机PC机作为上位机的方式。由于数据采集系统的信号同时也是AMT的电控制单元E

4、CU所要用的，为了系统结构简单，采集系统下位机与AMT的控制系统可共用部分硬件并在此基础上增加串行通讯接口电路。由于PC机具有强大的功能和丰富的软件，因此我们选择装有WINDOWSXP操作系统的普通便携式PC机作为上位机。下位机负责完成数据的采集和转换并将数据通过串口传给上位机，上位机负责把接收到的数据进行分类、存储以及分析把研究人员所关心的数据显示出来。2.系统的硬件设计系统的硬件主要有以下几个部分：传感器，信号调理电路，下位机（ECU），串行通讯接口电路，电源电路，上位机（PC），以及一些必要的外围电路，结构框图如图2所示。2.1传感器的选择及信号调理电路的设计

5、数据采集系统的信号是由传感器形成并发送的，传感器是数据采集系统的源头。传感器选择的合适与否将对数据采集及以后的分析工作产生重要影响。由于数据采集系统的信号也是AMT电控单元ECU所用的，所以传感器的选择要兼顾AMT控制系统和数据采集系统的要求，综合考虑。AMT系统是一个多信号输入系统按信号的类型可大致分为：模拟量，开关量，频率量，相应的传感器也就分为模拟量传感器，开关量传感器，频率量传感器。模拟量包括加速踏板位移、选换档位置、油门开度、离合器位移，选用旋转电位器；开关量包括起步、倒档选择、制动踏板信号，选用普通按钮；频率量包括发动机转速、输入轴转速、输出轴转速（车速

6、）选用霍尔式传感器。由传感器输出的信号并不能为电控系统ECU直接利用必须要经过相应的处理。对于不同的信号其处理电路也是不同的。模拟信号经过电缆引入控制系统后，在传输过程中容易受到干扰，在引入A/D转换模块的模拟输入管脚之前，应当进行滤波、放大和限幅使之在ECU的模数转换模块能够处理的幅值范围之内。开关信号通过光电隔离后与ECU数据总线相连。频率信号要经过滤波、钳位、放大和整形使之成为单片机能够处理的脉冲信号。2．2下位机的选择及通讯接口的设计下位机是数据采集的核心部分，其不但要完成自动换档的相应控制还要完成数据采集的任务，它的选择关系到整个AMT控制系统的优劣。我们

7、选用MOTOROLA公司生产的16位MC68HC912BC32单片机，它具有1000字节的RAM，768字节的EEPROM，32000字节的FLASH，以及定时器TIM模块、模数转换ATD模块、串行接口SCI与SPI模块、脉冲宽度调制PWM模块以及在车辆电控系统中广泛应用的CAN总线通讯接口等，其出色的性能为同时完成自动换档控制和随车数据采集任务提供了强有力的支持。下位机MC68HC912BC32与上位机PC都带有串行接口，它们之间的通讯就是通过串行口完成的。但是MC68HC912BC32的SCI口是CMOS电平，而PC机的串口是按照RS-232标准设计的，RS