专利名称：汽车无级变速器高速开关阀驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属汽车变速器领域，具体为一种汽车无级变速器高速开关阀驱动装置。
背景技术：
近年，能源及地球温室效应问题越来越受到人们的关注和重视，而汽车在能源消耗 和环境污染方面扮演着重要的角色，因此开发低油耗、零污染的"清洁汽车"迫在眉睫。 另一方面，随着我国私人购车的逐年递增及大量非职业司机的出现，自动变速器正越来 越受到广大汽车用户的青睐。由于无级变速器(CVT)可以连续改变速比，使发动机的 工作点实现最佳匹配，因而提高了整车的燃油经济性或动力性，并降低了排放。与其他 变速器，如自动变速器(AT)、手自一体变速器(AMT)等相比，无级变速器(CVT)不 仅节能、环保，而且操纵方便、乘坐舒适、结构简单。因此，无级变速器(CVT)是汽 车最理想的传动装置，特别是混合动力驱动汽车的理想配置，在我国必有一个广阔的市 场。高速开关阀作为无级变速器(CVT)液压控制系统中的主要电磁阀之一，其主要作 用是实现前进离合器和倒档制动器结合压力的控制，其工作原理如图1所示。它由衔铁、 阀体、线圈、回油球阀、供油球阀、极靴等部分构成。图l所示位置时工作口与进油口 相连，工作口连接了高压油路，当钢球在电磁铁推力的作用下到达右端位置的时候，工 作口与回油口相连，接通低压油路。该阀是通过电磁铁和液压力的共同作用，使工作油 口高速不断的分别与高、低压油路连通，调节工作油路的压力。高速开关阀控制的核心是控制其电流。模拟式控制功率输出级到比例阀线圈的电流 是连续电流，电子功率器件功耗大，需加装散热装置。而脉冲宽度调节(PWM)控制功 率输出级为开关型结构，功耗小，PWM信号中包含了同频率的脉动量，无需另加颤振信 号，抗干扰能力强、滞后时间短、重复精度高。故现在多采用PWM控制功率MOS驱动高 速开关阀，加到开关阀线圈的电压波形为周期一定、脉冲宽度可控的矩形波。由于脉冲 周期远小于阀芯的响应周期，阀芯的运动只响应P^H言号的平均值，阀芯工作时处于微 振动状态，这大大地减小了比例滞环。但是由于高速开关阀要求开关速度要求更高，简 单的PWM调节控制的效率较低，功耗较大。而且目前的控制电路没有自动保护功能。发明内容本实用新型要解决的问题是现有利用脉冲宽度调节(P丽)控制无级变速器(CVT) 高速开关阀的效率较低，功耗较大，高速开关阀驱动电路没有自我保护功能。本实用新型的技术方案是汽车无级变速器高速开关阀驱动装置，包括智能功率驱动模块、MCU模块及电源处理模块，智能功率驱动模块内设P沟道功率MOS， MCU模块集 成的P丽口与定时器相配连接至MCU模块的输出端，MCU模块输出接P沟道功率M0S， 电源处理模块分别与智能功率驱动模块和MCU模块的电源输入端连接。本实用新型智能功率驱动模块还包括采样电阻，采样电阻连接MCU模块的信号输入 端。采样电阻可以是水泥电阻，通过其电压值判断高速开关阀的短路和断路故障。高速开关阀的理想运动特性是在电磁阀通电初期尽快地注入能量，达到峰值电流， 这样可以提高电磁阀的开阀响应速度。 一旦电磁阀闭合后，只需提供较小的保持电流， 这样不但可以降低能量消耗，减少电磁阀的发热量，而且可同时提高高速开关阀的关阀 响应速度，在关阀阶段，可迅速地切断驱动电流，其PWM保持高速开关阔驱动信号及线 圈理想电流波形如图6所示。本实用新型MCU模块内部集成的P丽口与定时器相配产生 的控制波形，可以很好的满足高速开关阔的理想运动需求。本实用新型利用MCU的集成的PWM 口及内部定时器相配合，产生P丽的复合控制波 形，控制功率MOS驱动高速开关阀，控制提高控制效率，较低工作功耗；通过实时检测 采样电阻上的电压值，判断高速开关阀是否存在故障，当存在故障时自动切断驱动电源 保护驱动电路不被烧坏。
图1是高速开关阀结构原理图。图2是本实用新型电路结构原理框图。图3是本实用新型电源处理模块电原理图。图4是本实用新型MCU模块的电原理图。图5是本实用新型智能功率驱动模块功率M0S部分的电原理图。图6是脉冲宽度调节高速开关阀驱动波形和线圈的理想电流波形。图7是本实用新型MCU集成的PWM 口和定时器相配输出的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施对本实用新型作进一步的说明。如图2，本实用新型电路包括智能功率驱动模块l、 MCU模块2及电源处理模块3， 其特征是智能功率驱动模块1内设P沟道功率M0S101， MCU模块2集成的P丽口与定时 器相配连接至MCU模块2的输出端，MCU模块2输出接P沟道功率M0S101，电源处理模 块3分别与智能功率驱动模块1和MCU模块2的电源输入端连接。智能功率驱动模块1 还包括采样电阻102，连接MCU模块2的信号输入端。P沟道功率M0S采用HITACHI公司的2SJ530，其优点为导通电阻小，典型值为 0.08Q;开关速度快，开通延迟时间为最大12ns，上升时间为75ns，关断延迟时间最 大为125ns，下降时间为75ns。电功率M0S路原理如图5。采样电阻选用无感水泥精密电阻，采样更精确，工作更可靠。电源处理模块选用 INFINEON公司的汽车专用电源处理芯片TLE4275，电压精度为±2%，整个系统工作更可 靠，MCU选用FREESCALE公司的MC9S12D64， 16位高性能汽车专用单片机，内部集成P丽 和AD，工作频率最高可达40MHz。图3是电源处理模块电原理图，图4是MCU模块的电. 原理图。脉冲宽度调节(P麵)保持高速开关阀驱动信号及线圈的理想电流波形如图6所示， 驱动脉宽(Tinj)由三部分组成初始脉宽(Ti); P丽保持脉宽(Tp); PWM延迟时间(Td)。 初始脉宽给开关阀提供快速增加的电流，使开关阀迅速开启。P丽保持脉宽给开关阀提 供维持吸合的保持电流，保持电流的大小通过P1M频率(f)及占空比(k)进行调节。P丽 延迟时间提供保持电流初始值。高速开关阀线圈的理想电流波形，在初始脉宽的上沿， 线圈电流按指数函数上升，当电流上升到开关阀吸合时，由于线圈电感的突变，导致线 圈电流产生一拐点，而后线圈电流继续以指数函数上升。在初始脉宽的下沿，线圈电流 又以指数函数下降，当下降到设定的保持电流时，在PB1保持信号的作用下，线圈保持 电流上下波动直到P觀信号结束，线圈电流又以指数函数下降到0。本实用新型利用MCU 集成的PWM 口和定时器来实现这种理想的驱动方案,相配产生驱动波形，具体是以初始 脉宽(Ti); P丽保持脉宽(Tp); P丽延迟时间(Td)的和作为定时器定时时间，同时打开 定时器开始定时并开始P丽的输出，P丽的设置开始以初始脉宽(Ti)和PWM延迟时间(Td) 的和为周期，以初始脉宽(Ti)和P碰延迟时间(Td)的比为占空比，在P丽的下一个周期 改为保持输出的周期和占空比进行设置，定为0.5ms， 50%占空比，定时器时间到停止 PWM输出，以开关阀关闭时间骤。其流程图见图7。利用MCU芯片集成的AD采样口，测量智能功率驱动模块中采样电阻上的电压，根 据高速开关阀驱动状态及采集到的电压值，可以准确的判断高速开关阀所处的状态，发 现如断路、短路等故障时，自动切断驱动电路电源，可靠保护驱动电路。
权利要求1、汽车无级变速器高速开关阀驱动装置，包括智能功率驱动模块(1)、MCU模块(2)及电源处理模块(3)，其特征是智能功率驱动模块(1)内设P沟道功率MOS(101)，MCU模块(2)集成的PWM口与定时器相配连接至MCU模块(2)的输出端，MCU模块(2)输出接P沟道功率MOS(101)，电源处理模块(3)分别与智能功率驱动模块(1)和MCU模块(2)的电源输入端连接。
2、 根据权利要求1所述的汽车无级变速器高速开关阀驱动装置，其特征是智能功 率驱动模块(1)还包括采样电阻(102)，采样电阻(102)连接MCU模块(2)的信号 输入端。
3、 根据权利要求2所述的汽车无级变速器高速开关阀驱动装置，其特征是采样电 阻(102)是水泥电阻。
专利摘要汽车无级变速器高速开关阀驱动装置包括智能功率驱动模块(1)、MCU模块(2)及电源处理模块(3)，智能功率驱动模块(1)内设P沟道功率MOS(101)，MCU模块(2)输出接P沟道功率MOS(101)，电源处理模块(3)分别与智能功率驱动模块(1)和MCU模块(2)的电源输入端连接。本实用新型利用MCU的集成的PWM口及内部定时器相配合，产生PWM的复合控制波形，控制功率MOS驱动高速开关阀，控制提高控制效率，较低工作功耗；通过实时检测采样电阻上的电压值，判断高速开关阀是否存在故障，当存在故障时自动切断驱动电源保护驱动电路不被烧坏。
文档编号F16H57/00GK201090715SQ20072004619
公开日2008年7月23日 申请日期2007年9月17日 优先权日2007年9月17日
发明者卿 施, 朱炳元, 林 杜, 沙文祥, 宝 陈 申请人:南京天擎汽车电子有限公司