馬全海， 楊金鑫， 吳 浩

（陜西重型汽車有限公司， 陜西 西安 710200）

重型越野汽車為實(shí)現(xiàn)全輪驅(qū)動(dòng)功能均配備有分動(dòng)器，由于分動(dòng)器不同擋位的速比不同， 因此車速傳感器均安裝在分動(dòng)器輸出軸上， 車速信息是車輛儀表通過采集傳感器的脈沖數(shù)計(jì)算得出。 重型越野汽車行駛環(huán)境工況惡劣，且分動(dòng)器輸出軸位置相對(duì)地面較低， 因而安裝于其上的車速傳感器很容易損壞， 導(dǎo)致車輛車速里程信息無法被實(shí)時(shí)獲取。

目前， 較先進(jìn)的重型越野汽車會(huì)配備自動(dòng)變速器， 采用基于CAN總線的電子電氣系統(tǒng)， 其至少會(huì)包含車身、 動(dòng)力兩條CAN總線， 用于車輛各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。 自動(dòng)變速器作為動(dòng)力CAN總線上一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 其控制系統(tǒng)信號(hào)輸入裝置包含有輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器， 用于自動(dòng)變速器自身輸出軸轉(zhuǎn)速信息的采集， 以此為依據(jù)， 完成自動(dòng)換擋的過程控制。

1 概述

本文以配備自動(dòng)變速器和分動(dòng)器的重型越野汽車為研究對(duì)象， 以一種典型的車輛CAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)， 利用變速器電控單元采集的變速器輸出軸轉(zhuǎn)速信號(hào)， 由車身控制單元結(jié)合傳動(dòng)系的傳動(dòng)比計(jì)算車速里程信息， 并將信息發(fā)送給車輛儀表進(jìn)行顯示。

2 技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)組成及控制原理

如圖1所示， 系統(tǒng)包括車身CAN總線和動(dòng)力CAN總線，以及其上中央網(wǎng)關(guān)、 車輛儀表、變速器電控單元、 車身控制單元等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。此外， 系統(tǒng)還包括變速器輸出軸轉(zhuǎn)速傳感器和分動(dòng)器擋位信號(hào)開關(guān)， 它們分別與變速器電控單元和車身控制單元直接電氣連接。

圖1 系統(tǒng)組成及控制原理

兩條CAN總線之間的信息通過中央網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)交互， 從而使得車身控制單元可接收變速器電控單元向總線發(fā)出的變速器輸出軸轉(zhuǎn)速信息。

車輛儀表和車身控制單元同為車身CAN總線上的節(jié)點(diǎn)，因而車輛儀表可通過該總線獲取車身控制單元最終計(jì)算所得的車速里程信息， 并進(jìn)行顯示。

2.2 實(shí)現(xiàn)方案

變速器電控單元通過轉(zhuǎn)速傳感器采集獲取變速器輸出軸轉(zhuǎn)速信息， 并將轉(zhuǎn)速信息發(fā)送至動(dòng)力CAN總線； 中央網(wǎng)關(guān)通過動(dòng)力CAN總線獲取變速器輸出軸轉(zhuǎn)速信息， 并轉(zhuǎn)發(fā)至車身CAN總線； 車身控制單元通過車身CAN總線獲取變速器輸出軸轉(zhuǎn)速信息， 同時(shí)通過分動(dòng)器擋位信號(hào)開關(guān)獲取分動(dòng)器擋位信息， 并根據(jù)分動(dòng)器擋位計(jì)算傳動(dòng)系傳動(dòng)比，再結(jié)合轉(zhuǎn)速信息計(jì)算車速里程， 最終將計(jì)算的車速里程信息發(fā)送至車身CAN總線； 車輛儀表通過車身CAN總線獲取并顯示車速里程信息。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流框圖

計(jì)算車速里程信息時(shí)，首先計(jì)算傳動(dòng)系的傳動(dòng)比，計(jì)算公式如下：

式中： i——驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比， 是固定值， 可查閱驅(qū)動(dòng)橋相關(guān)技術(shù)資料獲?。?i——分動(dòng)器的傳動(dòng)比， 跟分動(dòng)器的擋位有關(guān)， 重型越野汽車的分動(dòng)器具有3個(gè)擋位， 分別是高擋、 低擋和空擋。

分動(dòng)器傳動(dòng)系結(jié)構(gòu) 如 圖3 所 示， 分 動(dòng)器 在 空 擋 時(shí)， i=0；分動(dòng)器在高擋時(shí)， i=z5/z1； 分動(dòng)器在低擋時(shí)， i=z5×z4/（z2×z3）。

圖3 分動(dòng)器傳動(dòng)系結(jié)構(gòu)圖

其中， 分動(dòng)器在空擋時(shí)， i為0， 車速為0； 分動(dòng)器在其余擋位時(shí)， 車速計(jì)算公式：

式中： v——車速， km/h； n——變速器輸出軸轉(zhuǎn)速，r/min； i——傳動(dòng)系的傳動(dòng)比； r——輪胎的滾動(dòng)半徑， m。

計(jì)算里程時(shí)， 首先計(jì)算變速器輸出軸的百米圈數(shù)， 即汽車行駛100m時(shí)變速器輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)， R=100×i/r， R為百米圈數(shù)； 車身控制單元每秒鐘檢測(cè)一次變速器輸出軸的轉(zhuǎn)速記為n， 表示第i次檢測(cè)時(shí)的轉(zhuǎn)速， 并將該時(shí)刻的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速作為1s內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速， 從而計(jì)算得到1s內(nèi)變速器輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)R=n/60； 對(duì)變速器輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)進(jìn)行累計(jì)， R=ΣR+δ， δ表示上一輪計(jì)算所得的剩余圈數(shù)； 當(dāng)累計(jì)圈數(shù)大于百米圈數(shù)時(shí)（R＞R）， 里程增加100m； 將累計(jì)的圈數(shù)減去百米圈數(shù)后剩余的圈數(shù)累計(jì)至下一輪的計(jì)算，δ=R-R。

2.3 應(yīng)用拓展

在實(shí)際應(yīng)用中， 以上基于變速器輸出軸的車速里程檢測(cè)系統(tǒng)及方法， 可與傳統(tǒng)的由車輛儀表采集分動(dòng)器上車速傳感器脈沖數(shù)， 從而計(jì)算車速里程的方法結(jié)合拓展使用，作為關(guān)鍵信息的冗余， 有助于提高車輛行駛安全性。 結(jié)合應(yīng)用時(shí)， 系統(tǒng)組成及控制原理如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)組成及控制原理

車輛儀表可選擇車身控制單元發(fā)送的車速里程信息進(jìn)行顯示， 也可選擇將自身通過采集車速傳感器脈沖數(shù)計(jì)算所得的車速里程信息進(jìn)行顯示。 當(dāng)其中一路發(fā)生故障時(shí)，可直接切換使用另一路數(shù)據(jù)。 當(dāng)然， 在實(shí)際應(yīng)用中也可靈活應(yīng)用車輛CAN總線網(wǎng)絡(luò)的便利性， 改為由其它總線節(jié)點(diǎn)采集和處理車速傳感器脈沖數(shù)據(jù)， 并通過CAN總線傳遞給車輛儀表， 對(duì)其在此不再進(jìn)行贅述。

3 結(jié)論

本文以配備自動(dòng)變速器和分動(dòng)器的重型越野汽車為研究對(duì)象， 提供了一種利用變速器自身采集的變速器輸出軸轉(zhuǎn)速信息計(jì)算車輛車速里程信息的系統(tǒng)及方法， 該方法在實(shí)際中可單獨(dú)應(yīng)用， 也可與傳統(tǒng)方法結(jié)合使用， 具有較高的借鑒意義。