В 2014 году возникла задача управления АКПП устанавливаемой на автомобили Mitsubishi Airtrek и Evo7 (а в перспективе - в принципе любой другой автомобиль с трансмиссией подобного типа или похожей). Необходимо было разработать дешевый и надежный контроллер, чтоб его можно было бы использовать при установке АКПП на автомобили для этого не предназначенные или для реализации своих идей по управлению АКПП.
В первую очередь на airtrek с помощью логического анализатора были записаны сигналы управления на клапанах АКПП W5A51 с штатным ЭБУ. КПП у нас с шестью электромагнитными клапанами (т.е. без управления линейным давлением). Клапана управляются в режиме PEAK & HOLD. Частота 4KHz. Период 250мкс соответственно. Длительность состояния PEAK колеблется от 5 до 6мс по видимому в зависимости от напряжения бортовой сети. DC в состоянии HOLD так же меняется от 30 до 60% в зависимости от напряжения.
Цикл повторения PEAK состояний для открытых клапанов около 130ms..
Низкочастотное управление клапаном (открытие-закрытие) с периодом 16ms:
Состояние клапанов в зависимости от включенной передачи (режим работы Drive), на картинке видна схема переходных процессов - по ощущениям на машине коробка вялая:
На основе анализа логики управления были сформированы архитектурные требования к разрабатываемой системе:
| Количество электромагнитных клапанов (каналов) | 6 (с возможностью расширения до 8) |
| Тип выходов клапанов | Нижний ключ N-канал MOSFET (опционально - верхний ключ) |
| Метод управления клапанами | Широтно импульсная модуляция |
| Частота ШИМ управления в стационарном режиме | 4000гц |
| Режим работы клапанов в стационарном режиме в положении открыто | постоянная подача тока или Peak&Hold |
| Скважность ШИМ в состоянии Peak | 100% |
| Скважность ШИМ в состоянии Hold | задается произвольно |
| Скважность ШИМ в состоянии клапан закрыт | 0% |
| Длительность Peak состояния | задается произвольно |
| Период повторения Peak&hold состояния в стационарном режиме открытого клапана | 128ms |
| Частота ШИМ управления в подвижном режиме (открытие-закрытие) | 62,5гц |
| Скважность в подвижном режиме | произвольная |
| Количество каналов модуля захвата | не менее 3 (обороты двигателя, обороты входного вала, обороты выходного вала) |
| Количество входов АЦП | не менее 3 (дроссель, датчик температуры масла, напряжение питания) |
| Количество дискретных входов | не менее 7 (положение селектора и типтроник) |
| Количество дискретных выходов | не менее 6 (управление светодиодами индикации передач) |
| Тип выходов индикации | нижний или верхний ключ (опционально). |
Беглый анализ рынка систем управления автоматическими трансмиссиями показал, что все существующие афтермаркет решения, так или иначе не годятся. Где то просто не достаточно каналов для управления клапанами. Где то эти каналы не могут работать в режиме P&H с довольно высокими частотами ШИМ. Потому решено было проектировать нужную систему управления самостоятельно. Пилотный вариант контроллера был наскоро спаян на макетной плате и помещен в корпус старого ЭБУ Bosch. Особое внимание было уделено проектированию проводки и разводке земель. Т.к. система может генерировать широкий спектр помех.
За основу был взят микропроцессор C8051F023 для которого уже имелись готовые отлаженные библиотеки работы с АЦП, модулями захвата, EEPROM, связи с ПК, 2d-3d lookup и вся математика фиксированной точки. При выбранной тактовой частоте он имеет производительность 24 mips (в 5 раз быстрее Motec m800) и по этому ШИМ управление клапанами без проблем было реализовано программно, в прерывании одного из таймеров. Прерывание имеет самый высокий приоритет, что гарантирует стабильность формируемых сигналов даже выше чем у штатной системы как позже показала практика. В качестве памяти калибровок системы используется EEPROM c IIC протоколом объемом 32к*8. Драйверами полевых ключей служат три микросхемы icl7667 в качестве самих ключей применены IRFZ44N. Микропроцессор имеет 2 последовательных порта. К первому через преобразователь уровней MAX3232 подключается ПК с ОС Windows-98SE и "монитором Соколова" который используется в качестве ПО для настройки системы и как монитор состояний. Для записи логов используется CSV loger работающий в среде win32. Отладка системы и написание микрокода производится на этом же ПК с использованием пакета программ Silabs и макроассемблера X8051 от A.D. Software. Интерфейсом отладочного порта JTAG выступает адаптер Silabs EC2. (На фото внизу). Он же используется для программирования контроллера внутрисхемно. Управляющее П.О. написано на ассемблере 8051 в "автоматном" стиле программирования.
К 2-му последовательному порту контроллера подключается отдельное устройство - индикатор передачи. (На фото справа вверху).
В качестве собственно индикатора передачи применен 1-разрядный светодиодный модуль Kingbright SA23-11HWA который управляется микроконтроллером PIC16F88 с своим ПО так же написанном на ассемблере.
При управлении каналами клапанов используется временное разделение как нагрузки в виде ресурсов микропроцессора, так и токовой нагрузки на шины. Принцип этого разделения следующий:
Базовым квантом времени системы при управлении клапаном является 1 период частоты ШИМ 4000гц, соответственно с длительностью 250мкс.
восемь таких периодов образуют "микротаймслот" длительностью 0.250*8=2мс
восемь "микротайм-слотов" образуют "милитайм-слот" 2*8=16ms
восемь "милитайм-слотов" образуют полноценный "тайм-слот" 16*8=128ms
В случае если нам надо отрыть какой то клапан - мы можем использовать несколько стратегий. Например открыть его мгновенно напрямую переведя в PEAK состояние. Либо открыть его с небольшой задержкой в микротайм-слоте закрепленным за этим клапаном. Это можно выбрать в программе управления коробкой. При этом, если открыть его мгновенно - то это дает нам высокое быстродействие системы. Открытие его в микротайм-слоте гарантирует нам незначительное снижение быстродействия (задержка до 16мс), но зато низкий уровень помех и низкую токовую нагрузку на систему, так как за каждым клапаном в системе может закрепляется любой из микротайм-слотов и контроллер закрепляет их так, чтоб по возможности PEAK состояния у включенных клапанов не перекрывались. Когда же нам необходимо поддерживать клапан открытым или же управлять его движением с помощью ШИМ на низкой частоте - все это будет происходить только в рамках закрепленных за этим клапаном тайм-слотов. Если же надо закрыть клапан - это всегда делается мгновенно. Обычно мгновенная стратегия реализуется в режиме Sport либо при управлении в режиме DRAG RACE с автоматическими переключениями КПП по фактической скорости, так как обеспечивает наиболее быстрое переключение без потерь момента. Медленная стратегия больше подходит для режима Drive или для переключений "вниз".
5 модулей захвата микропроцессора подключены к тахометру, датчику оборотов входного вала, датчику оборотов выходного вала, 2-м датчикам скорости установленным на ведомых колесах. Модуль генерирует прерывание при переходе логического сигнала на каждом входе 0-1. при этом происходит захват состояния таймера PCI работающего с высокой частотой. Таким образом система точно измеряет длительность каждого периода импульса в канале. На основе этого рассчитываются обороты двигателя, обороты обоих валов в КПП, скорость автомобиля по 2м задним колесам и скорость автомобиля по выходному валу АКПП.
Из 3-х скоростей алгоритмом учитывающим исправность датчиков и целевую задачу автомобиля выбирается опорная, для работы Drive режима.
9-ти позиционный галетный переключатель, подключаемый к одному из входов АЦП контроллера позволяет на каждом из реализованных режимов задавать уникальное поведение трансмиссии. Так в Drive режиме меняется плавность включения всех передач. В Sport - алгоритм работы downshift (жесткость переключения вниз).
Отдельным выключателем осуществляется принудительная блокировка гидротрансформатора. (это необходимо например для замеров и настройки на стенде), однако в данной модели КПП блокировка ГТ не используется, для исключения выхода из строя механизма блокировки не способного передавать значительные моменты.
Испытания и отладка системы перед первой установкой на машину идут полным ходом прямо на полу, для этого из мертвой КПП извлечены клапана и жгутик с разъемом, с коробки снят датчик положения селектора. Логическим анализатором поверяется соответствие паттернов передач штатной и проектируемой системы управления. У клапанов проверяется температура обмоток при длительном включении.
А вот коротенькое видео работы индикатора передач на машине где собственно и будет стоять эта система:
После проверки соответствия логики управления - проверяем систему на реальном mitsubishi airtrak.
Все прекрасно работает.
Проводка получилась компактная - разъемов мало.
1) Управление 8-ю клапанами в ШИМ режиме.
2) Определение положения селектора АКПП (R-N-P-D-Sport) и кнопок выбора передач в Sport режиме (Up-Down). Опрос выключателя ручной блокировки ГТ (для работы на колесном стенде).
3) Выбор и установка необходимой передачи в зависимости от состояния системы и органов управления.
4) Индикация передачи и режима работы КПП на светодиодах или светодиодном матричном дисплее.
5) Определение оборотов входного и выходного валов и расчет передаточного числа трансмиссии. Диагностика проскальзывания муфт и тормозов.
6) Определение оборотов двигателя и скорости ведомых колес (для моно-приводных автомобилей). Определение пути по ведомым колесам для расчета прохождения заданных дистанций.
7) Определение температуры жидкости ATF в трансмиссии.
8) Запись всех параметров системы в формате CSV для дальнейшего анализа.
Вопросы и идеи пишите в нашем форуме
(с) 2014 emmibox - копирование информации без разрешения автора запрещено.