基于AVR的电液比例换档控制器设计

    引 言

    目前国内使用的动力换档控制系统通常采用液压平稳结合阀进行换档控制，操纵件结合特性不易调节、控制精度低、控制特性单一，以及在切换时流量突变会引起液压冲击，对系统的平稳性和可靠性很大。因此部分研究者在电液换档系统中使用了电液比例减压阀。为了降低液压冲击，通常采用的方法是在离合缸未达到行程终点时，提前将充油阶段的指令大幅降低[1，2]。而提前量则由实验确定或在线根据实际冲击大小迭代调节。由于系统工作条件的变化，如油温变化、系统供油压力变化等，使得这个提前量很难确定，因此难以精确控制。

    为此，本文研制开发了基于 AVR 的电液比例换档控制器，可直接装载在车辆上，通过压力和转速的反馈信号来决定各控制段的切换和比例阀的调节。

    1 电液比例换档系统总体方案

    基于 AVR 的电液比例换档系统结构图如图 1所示。系统由控制器、信号传感器、电液比例减压阀及电磁阀组成。测量信号包括 12 个压力信号、3 个转速信号及温度信号；系统控制算法存储在 ECU中，通过反馈信号来切换电磁阀的开合以及调节电液比例阀的输出量；人机交换通过 LCD 和键盘实现；上下位机的通信通过 RS232 通信接口完成。

    2 控制器硬件设计

    系统以 AVR 系列单片机 ATMEGA64 为核心创建了 AD 采样电路、PWM 输出电路、扩展存储电路、键盘输入电路、LCD 显示电路、DO 输出电路以及RS232 通信电路。其结构如图 2 所示。由于单片机 I/O 口资源有限，因此对很多 I/O 口进行了复用，使用573 芯片对复用的 I/O 口进行了索存隔离。

    2.1 ECU 控制核心

    ECU 采用的为 AVR 系列单片机 ATMEGA64具有丰富的 I/O 资源，64K 程序空间和 4K 片内数据空间。时钟可达 16MHz，由于采用流水线结构，可以每个时钟周期执行一条指令。这在保证执行速率的同时，可以有效降低晶振频率，减少干扰[3]。

    2.2 AD 采样电路

    AD 转换芯片采用 Analog 公司的 AD7923。该芯片为串行方式工作，占用资源少。输入时钟频率可高达 20MHz 与 1～2MHz 输入时钟的 AD 芯片相比，可显著减少单片机与 AD 芯片之间通信的时间，提高总体的执行速度。AD7923 仅具有 4 路输入，不能采集 16 路模拟信号，设计中采用 2 片 8 选 1 夺路开关4051 将 AD 的采用路数扩展到 16 路。外部基准电压采用 LM336-2.5V 获得。由于传感器的输入电压较高，可达 10V，因此对输入信号必须先行降压。因为 AD7923 的输入阻抗高于 1MΩ，故采用 K 级电阻分压，将传感器输入电压降至 2.5V 以内，以与基准电压相匹配。