AMT拨挡手柄检测器设计

    李倩杨福生

[海马（郑州）汽车有限公司河南郑州450016]

    过去关于AMT拨挡手柄的检测系统中需要控制盒、整套AMT线束、PC机，在通信软件界面，操作相对烦琐复杂，此次设计为了解决对AMT拨挡手柄自动模式与手动模式挡位的正确性的检测，需要利用单片机知识制作一个简便的检测器，上有蜂呜器显示和数码管显示，检测器内部有各个控制电路，外部有数据线引出与AMT拨挡手柄的连接器相连，这样便可对自动模式与手动模式的信号进行检测，若手动模式拨动“+”“一”则蜂鸣器随之报警发出信号，若自动模式拨动“D、N、R、P”则数码管显示相应AD数值，即可证明仪器设计完成，检测成功。

1 AMT的分类及特点

    按照执行机构动力源的不同，可以将AMT的选换挡操作系统分为电控气动、电控液动和电控电动（又称全电式）三种类型。

1.1  电控气动AMT

    气动式AMT使用气源增加气体的压力，控制电磁阀来接通或切断气路，从而执行各机构的功能。具有质量小、冲击小、成本低廉、驱动力大、无污染等优点。但是动力的传递需要气路管道，结构复杂，而且气体易泄漏，密封性差，噪声大等缺点。此外，由于气体的体积可压缩牲，换挡速度变慢。只在有气动系统的大型客车或重型车辆等特殊的车型上才能应用，不具有普遍性。现在很少使用此种驱动方式。

1.2  电控液动AMT

    液动式AMT根据ECU发出的指令控制电磁阀接通或断开油路，从而执行各机构的功能。具有能容量大、操作简便、易于实现安全保护、具有一定的吸振与吸收冲击的能力以及便于空间布置等优点。其主要缺点是在利用高速开关阀控制离合器系统中，温度的变化使离合器的执行机构中液压油的黏度发生变化，影响执行机构的准确性。温度越低，液压油的流动性越差，影响离合器的结合速度，降低换挡品质。其次，液压元件对加工的精度要求非常高，一般厂家难以加工，成本高。

1.3  电控电动AMT

随着汽车工业与电子工业的不断发展，为满足现代汽车越来越高的动力性、经济性、安全性、舒适性以及排放等方面的要求，电子控制技术逐渐得到广泛的应用，技术日趋成熟，汽车电子化程度越来越高。在变速控制系统中采用电动机作为执行机构动力源，取代手动完成选换挡及离合器分离与结合操纵。较之电控液动AMT有很多改进：   

(1)取消了液压系统，使整个控制系统结构更加简单、重量减轻。

    (2)用电动机取代液压执行元件，提高了控制精度，减少了系统误动作，控制方法更简单。电控

    电动AMT中的执行电动机的特点是：可控性好、反应快、可靠性强、对环境的适应性好：体积小，安装调试简便，成本低。但是换挡品质不如电液AMT，换挡时间较长，可以通过软件在一定程度上进行改进。

    随着执行电动机性能的不断改进，电控电动AMT的换挡品质将有进一步的提升。

1.4  混合动力AMT

    为了人类能更好地生活，实现可持续发展，各国政府都积极寻找新技术以改善由传统汽车使用带来的能源短缺和环境污染等问题。混合动力汽车( HEV)是当茼解决以上问题最佳的途径，我国政府在2004年颁布的《汽车产业发展政策中》指出，国家采取措施重点发展混合动力汽车技术，促进混合动力汽车的生产和使用。混合动力汽车是高度集成、多系统协调工作的集成控制系统。为适应混合动力汽车多能源牵动的自动祸合，满足混合动力汽车适应不同工况的行驶要求，进而提高整车的经济性、动力性，改善排放品质，采用由电控单元ECU控制的自动变速器就成为必然。基于开发周期、开发成本和整车布置的考虑，在原来手动变速器的基础上开发完成的AMT的方案无疑是最佳的方案。

2 AMT的基本原理

    固定轴式齿轮变速器是实现有级排档的传动机构，具有效率高、成本低、生产工艺成熟等优点而被广泛应用于各种车辆上。这种变速器存在换挡时操作劳动强度大、动力中断、驾驶员驾驶水平对车辆的行驶性能有很大影响等缺陷。计算机技术、电子技术和控制理论的发展为这些问题提供了解决途径。AMT用先进的电子技术对传统的手动变速器进行改造，实现换挡和离合器分离结合的自动执行。

    驾驶员通过加速踏板和选择器（包括选档范围、换挡规律、巡航控制等）向ECU表达意图，发动机转速、输入轴转速、车速、挡位、油门开度等传感器实时监测发动机工况和军辆的运行状况，并将相应的电信号输入ECU( ELECTRONICS CONTROL UNIT)，ECU按存储在其中的预先设定的由模拟熟练驾驶员的驾驶规律（最佳换挡规律、离合器最佳结合规律、发动机油门的自适应调节规律等）对油门开度、离合器结合以及换挡三者进行控制，以实现发动机、离合器和变速器最佳匹配，从而获得优良的行驶性能、平稳起步性能和迅速换挡的能力。

    电子控制系统充分实现车辆的良好性能并保证车辆的可靠运行。

    控制系统软件预先编写好并存储ECU中，包括起步换挡所用到函数和数据表，档位决策、起步、换挡、刹车等控制程序，数据采集与处理程序等。

3  国内外AMT的发展及现状

    国内对AMT的研究起步较晚，始于20世纪80年代中期，得到了国家自然科学基金项目、“十五”期间国家“863”计划等重大科研项目的大力支持。国内有很多家单位正在积极研制开发AMT的软硬件系统。

    “动态三参数最佳换挡规律”、“动态闭环控制技术”、“自适应控制技术”和“模糊控制技术”等自动变速理论方面在世界上处于领先地位。AMT国产化的进程日益加快；据报道，2006年3月10日由北京齿轮总厂自行研制开发，具有独立知识产权的电控自动变速器交付用户使用。针对这款自动变速器，有专家表示，北齿AMT产品的应用将更加有助于提高我国汽车产品的档次，促进原有手动变速器厂和离合器厂的发展，它含有各高技术含量使产品具有较高的性价叱，可产生较好的社会效益和经济效益，同时也将加快我国自主设计开发自动变速器的进程，为我国汽车发展做出积极的贡献。

    国外在AMT的研究上也经历了从科研成果到产品应用、改进完善、发展提高的过程，

才最终实现商品化。特别是在近几年，随着控制技术与电子信息技术的迅猛发展，AMT

技术在国外无论是设计理念，还是产品的技术质量水平又有了飞跃性发展。目前，最先进

的AMT是以CAN总线为纽带。高度集成自动变速系统、可测试模块、缓速行驶辅助制动

系统等。将变矩、变速、缓速、记录行驶工况和故障诊断等功能设计成一体化、智能化的

有级机械式自动变速器。其最大优点体现在可靠性、燃油经济性和与环境的融合性等诸方

面，是一种集成T EDC（电控柴油发动机）、AMT（电控机械自动变速器）、CAN总线等

先进技术的全新动力传动系统。

4 AMT拨挡手柄

    AMT拨挡手柄拨挡手柄上有手动和自动两种模式，手动模式中有“+”“一”分别

表示加、减挡；自动模式中有“D、N、R、P”分别代表自动挡、怠速挡、倒车挡和驻车

挡，其中拨挡手柄上有一个倒挡锁按键，当在手动模式状态下，摁下这个按键便可以自动

回空，在自动模式状态下，从怠速挡拨到倒车挡、驻车挡时需要按下接键方可。当换挡

时，由霍尔传感器接收信号，反馈给CPU，汽车做出相应反应。

5 AMT拨挡手柄检测器设计

5.1 AMT拨挡手柄检测器设计方案

    制作一检测器，表面安装有蜂鸣器与数码管显示器( LED)，其中，蜂鸣器用于检测来自手动模式的信号，若手动模式传来信号，则发出“嘀”的声音；数码管显示器用来检测自动模式的信号，若自动模式传来信号，则显示相应数值。检测器内部有单片机，外部引出数据线与AMT拨挡手柄相连，进行检测。

5.2蜂鸣器

5.2.1蜂鸣器作用、分类及表示符号

    (1)作用：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中的发声器件。

    (2)分类：蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。

    (3)蜂鸣器的电路图形符号在电路中用字母“H”或“HA”  （旧标准用“FM”、

“LB”、“JD”等）表示。

5.2.2蜂鸣器的结构原理

    压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。

    多谐振荡器是由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.5。15V直流工作电压），多谐振荡器起振，输出1.5~2. 5kHZ的音频信号，阻抗匹配嚣推动压电蜂鸣片发声。    压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

5.3数码管

5. 3.1  数码管简介

    该数码管为八段数码管，每个位段就是一个发光二极管，一个八段数码管分别由a、b、c、d、e、f、g位段组成，外加一个小数点的位段dp，但此次检测器用的数码管只用到七段，小数点那位空置。按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极( COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极( COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

5.3.2动态扫描

    数码显示板上一共有8个数码管，如果按照传统的数码管驱动方式（静态扫描方式），则需要8个七段译码器进行驱动，这样既浪费资源，有时电路工作也不可靠。所以现在最常见的数码管驱动电路已经不用上述的静态扫描方式了，而是采用动恋扫描显示的方式，这种方式只需一个译码器就可以实现电路正常、可靠的工作，这样大大节省资源。    动态数码扫描显示方式是利用了人眼的视觉暂留效应，把八个数码管按一定顺序（从左至右或从右至左）进行点亮，当点亮的频率（即扫描频率）不大时，我们看到的是数码管一个个的点亮，然而，当点亮频率足够大时，我们看到的不再是一个一个的点亮，而是全部同时显示（点亮），与传统方式得到的视觉效果完全一样。因此我们只要给数码管这样一个扫描频率，那么就可以实现两个以上的数码管同时点亮。而这个频率我们可以通过一个计数器来产生，只要计数频率足够大，就可以实现我们的要求。事实上，因为数码管点亮不是瞬间就可以的，它也需要一定的时间，该时间与数码管的选择有关系。为了折中这一对矛盾，实验中一般可将计数频率选择在100Hz左右肯定可以满足上述两个要求。

(10)连续通信接口模块；

(11)系统管理总线(SMB us)，版本1.011.1（双重控制IIC总线）；

(12)带有4通道自动扫描模式的14通道10位的模数转换器(ADC)；

(13)带有可编程放大器的当前传感器；

(14)温度传感器（- 200C到+700C）；

(15) IRQ1外部中断输入引脚，有内部上拉电阻；

(16) IRQ2外部中断输入引脚，有可编程上拉电阻；

(17)8位键盘唤醒接口，有内部上拉电阻；

(18) 31根通用输入输出(I/O)引脚，2根专用引脚；

-31根共享功能的I/O引脚；

-2根专用输出模式引脚。

(19)低功率设计（带有停止和等待模式的完全静态模式）；

(20)控制复位引脚（带有可编程上拉电阻）；

(21)系统保护特征：

——任意计算机操作适当的复位(COP)；

——任意复位检测出低电压；

——复位检测出非法代码；

——复位检测出非法地址。

(22) 48引脚方形扁平式封装(LQFP)和42引脚收缩型双列直插式封装(SDIP)；

(23)有42引脚SDIP的MC68HC908SR12的具体特点：

——只有29根通用I/O引脚；

——只有11个ADC通道。

6结语

    当今世界科技越来越进步，而同时石油、天然气等资源的日益短缺，所以对汽车的动力性、燃油经济性、排放以及舒适性提出了更高的要求。对自动变速器的研究，由于液力机械式自动变速器( AT)在技术上已十分成熟，而无级自动变速器(CVT)的汽车存在传动带的强度和寿命问题，所以我们对机械式自动变速器( AMT)的研究具有重大的现实意义。虽然目前来说机械式自动变速器( AMT)的技术不是很成熟，但它有着很多的优点以及巨大的发展潜力，我相信机械式自动变速器(AMT) -定会取得长足的进步的。