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机械式自动变速器(AMT)是有广阔市场的汽车变速器,其控制单元(简称TCU),是AMT系统的大脑,直接影响AMT系统的性能。常见的TCU使用MCU作为核心控制芯片,不具备硬件可编程性,限制了TCU的可升级性。可编程片上系统(SOPC),用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上,具有软硬件在系统可编程的特点,被称为“半导体产业的未来”。
本文设计的目的就是将SOPC技术应用到TCU设计上,从而使TCU具有硬件可编程性。本文先介绍了AMT的工作原理,分析了TCU的功能需求,进而给出了TCU设计的技术指标。本文以FPGA芯片AFS600为核心构建SOPC内核,采用“开发板+接口板”的方案来设计TCU。
本文将汽车与TCU交互的各种信号划分到前向数字、前向模拟、档位输入、油门输入和离合器控制等模块,并给出了各个模块的电路原理图。
本文使用Core8051知识产权核作为CPU,通过添加数据存储器和程序存储器和设计外设扩展系统,完成了微控制器系统的设计;设计了频率量模块、模拟量模块、液晶显示模块、脉宽调制波(PWM)产尘模块和其他模块,完成了SOPC内核的搭建。文中对模块的功能、原理和具体设计给出了说明,对设计中遇到的问题和难点进行了分析和解释,并对每个模块的功能,进行了仿真和验证。将SOPC技术应用到TCU设计上,使其具备硬件可编程性,是本文的第一个创新点。
通过将开源CAN知识产权核重用到芯片AFS600上,使TCU获得了CAN通信能力。本文分析了该CAN核的文件组织,分析了引脚的有效电平和触发方式,实现了CAN核在AFS600上的移植;通过将双向总线改造为单向总线和设计时序转换桥,实现了CAN核和Core8051核的通信,并进行了试验验证。对开源CAN核进行适用性改造,实现其在AFS600上的重用,是本文的第二个创新点。
为了验证TCU原型机的功能,进行了验证试验并分析了试验结果。为了直观地观察TCU的各种状态信息,设计了上位机调试系统;使用单参数(车速)换挡规律,编写了下位机程序;配合dSPACE半实物仿真设备,对TCU原型机的功能进行了验证试验。试验结果表明,TCU执行的单参数换挡规律与预期结果一致,满足设计要求。