AT电控系统电磁阀组状态实时监测方案设计

２０１５年第３期　车辆与动力技术　Ｖｅｈｉｃｌｅ＆Ｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　总第１３９期　

文章编号：１００９—４６８７（２０１５）０３—００５１—０４　ＡＴ电控系统电磁阀组状态实时监测方案设计　王景霞，　韩宇石，　李志伟，　衣　超　（中国北方车辆研究所，北京１０００７２）　

摘要：为了解决ＡＴ自动变速箱挂双挡或多挡的故障问题，设计了ＡＴ电控系统电磁阀组工作状态的监测方案．　该方案通过对电磁阀工作电流的采集、处理，实现了电磁阀组状态的实时监测．当ＡＴ电控系统ＴＣＵ检测到不　应导通的电磁阀电流大于２０９　ｍＡ时，即保护点电压为４１８　ｍＶ时，ＡＴ电控系统立即切断所有输出驱动信号，使　自动变速箱处于空挡状态．通过台架试验表明该方案能够对自动变速箱进行挡位保护，防止多个电磁阀同时导　通，解决了由于电缆短路或电磁阀故障等原因引起的变速箱挂双挡的问题．　

关键词：自动变速箱；ＡＴ电控系统；电磁阀组　中图分类号：Ｕ４６３．２１２　．３３　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｖａｌｖｅ　Ｇｒｏｕｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＷＡＮＧ　Ｊｉｎｇ－ｘｉａ，ＨＡＮ　Ｙｕ－ｓｈｉ，ＬＩ　Ｚｈｉ—ｗｅｉ，　ＹＩ　Ｃｈａｏ　（Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｒｔｈ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｇｅａｒｂｏｘ　ｗｉｔｈ　ｄｏｕｂｌｅ　ｇｅａｒ　ｓｔａｔｅ，ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ　ｒｅａｈｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｇｒｏｕｐ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｇｒｏｕｐ．　Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｇｒｏｕｐ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　２０９ｍＡ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｉｓ　４１８ｍＶ，ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｗｉｌｌ　ｃｕｔ　ｔｈｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ａｌｌ　ｄｒｉｖｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｏｆｆ，ａｎｄ　ｔｒａｎｓｉｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｆａｕｌｔｓ．　ｇｅａｒｂｏｘ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｕｔｒａｌ　ｇｅａｒ　ｓｔａｔｅ．Ｔｈｅ　ｂｅｎｃｈ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｇｅａｒｂｏｘ　ｆｒｏｍ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｖａｌｖｅｓ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｄｏｕｂｌｅ　ｇｅａｒ　ｓｔａｔｅ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｇｅａｒｂｏｘ；ｔｈｅ　ｅｃｌｅｃｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｖａｌｖｅ　ｇｒｏｕｐ　

ＡＴ电控系统主要用于液力机械自动变速箱　（简称ＡＴ）的换挡控制，它由换挡选择器、控制单　元（ＴＣＵ）、显示装置和装在传动装置上的输入信息　传感器（压力、转速、温度传感器等）等装置组成．　当驾驶员通过换挡选择器进行工况选择时，ＴＣＵ　根据各种传感器的信号判断当前车辆行驶状态，并　向电磁阀组中相应比例电磁阀发出控制信号，控制　比例电磁阀按一定的规律变化，使电磁阀组的输出　压力按需求规律进行相应变化，从而操纵换挡离合　器或制动器结合或分离，使变速箱获得不同的传动　比，实现车辆挡位的切换．　ＡＴ电控系统通过６个比例电磁阀来调节相应操　

收稿日期：２０１５—０４—０２；修回稿日期：２０１５—０７—２８．　作者简介：王景霞（１９７２一），女，高级工程师，研究方向为控制系统设计　车辆与动力技术　纵油缸的油压，６个比例电磁阀不同的组合使变速　箱获得不同的挡位．若电控系统发生电缆短路或电　磁阀故障，就会出现多个比例电磁阀同时导通工作，　进而导致变速箱出现挂双挡或多挡现象，最终导致　自动变速箱出现不可恢复性的损坏．比例电磁阀的　启动电流一般在２００　ｍＡ左右，此时比例电磁阀已经　有电流通过，但是，液压油缸内还没有建立起油压．　如果此时ＴＣＵ能够检测到比例电磁阀内的电流，发　现不应导通的电磁阀有电流通过，ＡＴ电控系统立刻　进行保护，切断所有比例电磁阀的驱动信号，使自　动变速箱处于空挡状态，并报警显示，这样就可以　防止自动变速箱挂双挡或多挡，避免变速箱机械部　件的损坏，将故障损失降低到最小．因此，设计了　电磁阀组状态实时监测方案来解决此问题．　

１　阀组状态监测设计方案　监测电磁阀组的工作状态，主要是监测各个比　例电磁阀的工作电流，在本方案中将比例电磁阀的　工作电流作为反馈信号，进行闭环控制．对于比例　电磁阀内电流的提取，有两种方案，一是可以在电　磁阀的控制导线上串联电流传感器，通过电流传感　器内的反馈电流进行状态检测．但电流传感器体积　较大、成本高、安装不方便，而且电流传感器检测　出的信号还需要进行处理．因此，在本方案中没有　采用电流传感器，而是在比例电磁阀的驱动电路上　串联低电阻值的高精密采样电阻，这样通过采样电　阻的电流变化就可以判断比例电磁阀的工作电流变　化，既节约了成本又减小了体积．采样电阻的电流　信号经过信号处理、隔离，再接人中央处理单元的　图１所示，监测方案框图如图２所示．　Ｉ　丝竖墨卜＿—　匝画耍噩卜＿　控　制　泵中间轴转速传感器Ｉ　，　Ｌ　Ｔ　ｆ摩的压力传感器卜Ｊ　ＣＵ　Ｉ绅滤清器终占开关　—　由　央　处　理　器　图１电控系统结构框图　Ｄ薹　逻辑器件卜＿—・叫Ｃ　ＰｌＪ　ｌ　ｌ　驱动电路　隔离、保护Ｉ＋－＿１电流信号处理　‘＿＿＿＿１电流信号采集　比　例　电　磁　阀　速箱　图２方秉框图　电流信号的采集、处理、隔离分别通过电　流信号采集电路、电流信号处理电路、保护点电路　来实现．　１．１　电流信号采集电路　电流信号采集电路如图３所示．在比例电磁阀　驱动电路中串联采样电阻Ｒ　来提取比例电磁阀的　工作电流，采样电阻选　用０．１　ｎ的高精密电　阻．采样电阻的电阻值很小，比例电磁阀的感抗为　３０　ｎ左右，因而对于电磁阀的工作不会产生影响．　在图３中，采样电阻　与电磁阀串联，因而　Ｒ　中流过的电流可以实时反映电磁阀内的电流，　用示波器测量Ｒ　两端的电压波形为幅值５０　ｍＶ左　Ａ／Ｄ端口进行实时监控．ＡＴ电控系统结构框图如　右的随占空比变化的方波．　

ＨＩＮ　ＨＯ　／　１２　＿　Ｒ；　

ＬＩＮ　Ｌ　Ｏ　

：（　

—　ＦＢ　Ｒｌ＿　Ｂ

．　Ｄ　

—　］　Ｉ　．　

ＶＬ，　二　６　Ｉ　’　Ｊ　

１４　ＮＣ　Ｔ　Ｔ　Ｒ１８　

卜、　ＮＣ　ＣＯＭ　２　ｌ　８　

图３电流信号采集　１．２电流信号处理电路　电流信号处理电路如图４所示．图３中采样电　阻　两端的电流信号通过图４中　进行差动转　换，将电流信号转换为电压信号．用示波器测量　的引脚６对地电压，该电压为平均值在０～　１３０　ｍＶ之间变化的正弦波，正弦波的频率为　１　ｋＨｚ，幅值为２７　ｍＶ左右，平均值的变化是随控　制信号占空比的改变而改变的．当占空比为０时，　第３期　王景霞等：ＡＴ电控系统电磁阀组状态实时监测方案设计　・５３・　反馈电压为０；当占空比为１００％时，反馈电压为　峰一峰值２７　ｍＶ、电压平均值为１３０　ｍＶ的正弦波．　反馈电压的大小与负载有关系，不同的负载电压会　有一些变化．　

图４电流信号处理电路　由于经过　的反馈电压幅值很小，因此要进行　放大后才能进行控制，电阻马、　，　、Ｒ　与运算放大　器　构成比例放大器　Ｊ，通过调节电阻　、　、　的电阻值来调节放大倍数，以产生需要的电压．在实　际调试过程中，选取１　ｋｎ、２０　ｋＱ、３９０　ｋＯ的电阻，　放大倍数为２ｏ倍．　的输出电压按公式（１）计算．　＿［１＋　］　（１）　这样，反馈电压经过放大后，测量　的引脚　１点对地电压　为平均值在０～２．６　Ｖ之问变化的　正弦波，该正弦波的频率为１　ｋＨｚ，峰．峰值５００　ｍＶ左右，正弦波波形如图５所示．　５０　鱼４０　３ｏ　０　单位／ｓ￣１０。　图５反馈电压波形图　Ｏ　１．３保护点电路　通过对台架试验采集的数据进行分析，当操纵　油缸油压大于０．６　ＭＰａ时，相应的操纵件才会出现　动作响应，此时电磁阀电流为２０９　ｍＡ，图３中采　样电阻Ｒ　上的电压为２０．９　ｍＶ，经过图４的电压　转换、放大后中央处理器输入端的电压为４１８　ｍＶ．　因此保护点电路的保护电压应设置在该点之内．当　检测到不应导通的电磁阀中反馈电压超出此电压阈　值４１８　ｍＶ，控制系统就会切断所有输出，并报警　显示．　由于反馈电压不是一个线性变化的信号，而是　

一个按正弦规律变化的信号，因而在集成运算放大　器的同向端引入正反馈．采用滞回比较器¨　的优　点是正向和反向的阈值电压不同，在两个电压之间　的信号状态唯一，电路原理如图６所示．电压传输　特性如图７所示．　

图６保护点电路　ｎ和　为阈值电压，当电磁阀反馈信号电　压大于　时，输出Ｕ。翻转为一５　Ｖ；当电磁阀反　馈信号电压小于　ｎ时，输出　。翻转为＋５　Ｖ．在　（，　ｌ　ｏ　＿＿——　●——－－－－　ｌ　Ｌ　Ｏ　ｕ　ｌ　ｕｎ　ｕ　ｆ　●　—－—－一●－—－－—－　图７电压传输特性　实际调试过程中，首先确定　和　的大小，然　后计算图４中各个电阻的取值，计算方法如下：