搭载机电控制CVT的电子换挡系统设计研究

摘 要：本文针对搭载机电控制CVT的电子换挡系统进了研发设计，通过冗余检验装置，保证了信号的可靠传输。仿真测试结果表明，该电子换挡系统能够满足电子换挡器与机电控制CVT的实时通讯需求，为汽车行驶的安全性提供了良好的保障。

关键词：机电控制CVT；电子换挡系统；设计

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.164

0 前言

最近几年，伴随着汽车工业的发展，各种先进的技术在汽车制造中得到了应用，为车辆的操作和控制提供了便利。机电控制式无级变速器属于一种全新的CVT技术，以电机调速和碟簧代替了液压系统，不仅提升了系统的运行效率，同时也对其结构进行了简化。为了进一步提升系统的可靠性和操控性，采用了高速CAN总线通信，保证了挡位信号的有效传输。

1 系统设计方案

在整车系统中，挡位系统发挥着非常关键的作用，系统运行的可靠性直接关系着车辆的行驶安全。而电子挡位系统将传统的拉线控制转变成为了以信息传输为基础的电信号控制，对于信号传递的可靠性要求较高。就目前而言，电子挡位系统中的信号传输流程为：驾驶员操作挡位动作挡杆位置变化，被传感器获取，引发电压变化信号由传感器传输到控制器经MSCAN装置和CAN总线，传输到TCU控制变速器。在电子挡位系统中，信号传输的整个过程为：驾驶员根据实际需要，操纵换挡杆进行换挡操作，挡杆位置的变化会引发霍尔传感器的电压变化，而换挡控制器会自动采集霍尔传感器信号，对比控制器程序中预先标定的挡位信号，然后经MSCAN收发器，将换挡信号经CAN总线传输至TCU控制变速器。在对电子换挡器系统进行设计时，需要关注几个方面的问题：

（1）挡位检测方案。在电子换挡系统中，需要做好信号状态的检测，以避免信号故障引发的手柄动作失效问题，这里采用冗余检验的方式，保证换挡的准确性。采用开关式霍尔传感器和ASLPS中空旋转编码器，对换挡杆的位置进行双重检测。

（2）控制器设计方案。控制器是电子换挡系统的核心所在，这里选择飞思卡尔MC9S12XS128单片机，从满足系统功能需求的角度分析，在单片机芯片的基础上，进行了电源、时钟电路、滤波电路以及CAN总线接口电路的设计。这里以时钟电路为例进行分析，其主要是利用晶振产生时钟脉冲。

2 系统程序设计

（1）CAN网络设计。结合相关协议和标准，对电子换挡系统的CAN总线网络进行设计，以实现控制器与换挡手柄、网关等相互之间的信息传输。从搭载机电控制CVT的车辆传动部分电控系统架构出发，依照SAE-J1939协议，对CAN网络拓扑结构进行设计，结合CANoe软件，对CAN总线网络进仿真。在CANdb ++ 中，构建数据库文件，然后利用面板编辑器，进行状态显示面板的编辑，节点程序则利用CAPL语言进行编写，对节点报文的发送、接收和处理过程进行模拟。

（2）初始化CAN模块。结合已经制定完成的挡位信号标识符，经过进一步的整理和归纳，形成相对完善的信息数据库，然后在此基础上，对电子换挡系统的档位进行有效定义，提供一个规范的标准。在该系统中，CAN通信采用的是SAEJ1939 编码标识符，其在实际应用中，想要实现与控制器标识符寄存器位置的逐一对应，是非常困难的，这就容易影响信号的准确可靠传输，经研究讨论，可以对J1939进行转换，形成相应的CAN标识符寄存器编码。在电子换挡器系统中，换挡手柄挡位信号的报文标识符为0x080001F2，则写入到CAN标识符寄存器中的对应ID为0x4000F102。

（3）信号发送接收程序。在CAN控制系统中，一般会将挡位信号的发送和接收设计为子程序，当检测到挡位的变化及信号的传递时，程序会自动调用相应的接收或者发送任务，完成信号的可靠传输。

3 系统测试

3.1 硬件设备连接

待程序调试完成并且刷写好之后，将控制器与换挡手柄连接在一起，通过CANcaseXL，实现控制器与计算机系统CANoe软件之间的数据传输，硬件连接方式如图1所示。换挡手柄控制器采用电源供电的方式，结合DB9连接头，将CANcaseXL通道与CAN高引脚和CAN低引脚连接在一起，然后通过USB连接线，将CANcaseXLz与计算机连接起来。

3.2 电子换挡系统仿真

电子换挡系统的仿真测试可以对其可行性和实用性进行检验，分析系统是否能够得到有效的普及和应用。这里主要是利用CANoe软件，依照CAN总线仿真配置，通过相应的操作，对软件本身提供的Simulation仿真窗口进行参数的调整，之后利用换挡手柄，发出换挡信号，如果信号正常传输，则发动机节点、TCU节点等都会相继接收到信号，然后由TCU发出换挡操作的具体执行命令，控制调速电机和离合器电机动作。在软件的Trace界面，能够看到相应的报文信息，而在控制面板可以直观的显示出挡位变化信号。仿真结果表明，本文设计的电子换挡系统可以满足机电控制CVT的换挡需求。

4 结语

针对搭载机电控制CVT的车辆进行了电子换挡系统的设计，从系统结构和程序等方面对其进行了简要分析，结合信号故障处理以及策略冗余算法，保证了信号传输的可靠性和准确性。同时，利用仿真测试，针对系统的可行性和可靠性进行了检验，结果表明系统的性能良好。

参考文献：

[1]谢佳佳.搭载机电控制CVT混合动力汽车模式切换研究[D].重庆理工大学，2015.

[2]彭江，马翔，夏超等.搭载机电控制CVT的电子换挡系统设计[J].重庆理工大学学报（自然科学），2015，29（11）：28-36.

[3]叶明，李鑫，程越.搭载机电控制CVT的电动车快速控制原型[J].中国公路学报，2015，28（01）：112-119.

作者简介：张情（1983-），女，陕西铜川人 ，教师，助教，研究方向：机电、电子。