專利名稱：一種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓傳動車輛的自動換檔機(jī)構(gòu)的控制方法，主要是一種基于CAN總線通信的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)換檔技術(shù)需要駕駛員控制離合器踏板和換檔桿，容易造成駕駛疲勞，且駕駛員的誤操作會造成行駛危險。近年來自動換檔機(jī)構(gòu)發(fā)展迅速，從變速原理看，主要分為無級變速和齒輪箱變速兩種。無級變速技術(shù)連續(xù)改變傳動比，消除了“換檔”概念，但是目前無級變速系統(tǒng)在扭矩承受極限上，仍不如齒輪變速箱，限制了其在汽車上的應(yīng)用。且無級變速機(jī)構(gòu)構(gòu)造與齒輪變速箱完全不同，而目前大部分車輛生產(chǎn)線為齒輪變速結(jié)構(gòu)，無改裝升級可行性，因此，重點仍在于為齒輪變速箱加裝自動換檔機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)應(yīng)具有以下基本性能一、控制實時，能迅速根據(jù)行駛參數(shù)作出換檔控制。二、控制安全，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，為錯誤信號或操作提供保護(hù)。三、控制智能化，采取有效的控制算法，保證換檔平穩(wěn)，減小換檔“真空期”以減少對相關(guān)器件的沖擊。四、控制通用性，能與其它電控機(jī)構(gòu)如發(fā)動機(jī)，ABS防抱死系統(tǒng)進(jìn)行有效通信，并具有可擴(kuò)展性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，而提供一種面向齒輪變速箱的安全，可靠，高效的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置及方法。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所用的技術(shù)方案這種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，主要包括一主控模塊，作為發(fā)動機(jī)控制單元ECU的下位機(jī)，用于執(zhí)行ECU的控制指令；一電磁閥控制模塊，與主控模塊電連接，用于執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號，控制電磁閥的開關(guān)；一換檔撥桿位置檢測電路，與主控模塊電連接，用于監(jiān)測換檔撥桿的狀態(tài)，并反饋給主控模塊；一CAN通信模塊，與主控模塊電連接，用于與發(fā)動機(jī)控制單元ECU交換數(shù)據(jù)；一數(shù)據(jù)采集模塊，包括一自動/手動檔信號采集電路，用于采集自動/手動檔的開關(guān)控制信號；一換檔信號采集電路，用于采集換檔手柄的掛檔信號；其中，主控模塊通過CAN收發(fā)電路與ECU通信，執(zhí)行ECU發(fā)出的換檔控制命令，同時檢測電磁閥、換檔撥桿的動作，控制算法模塊參照ECU的控制信號，以及當(dāng)前電磁閥與換檔桿的狀態(tài)，根據(jù)控制算法進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制輸出。
這種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制方法，具體控制步驟如下①系統(tǒng)初始化；②采集手動/自動開關(guān)量信號并進(jìn)行判斷。若為自動，則執(zhí)行第3步，若為手動，則執(zhí)行第5步；③自動模式，等待接收ECU的CAN包；④ECU的CAN包到達(dá)，程序分離出其中的換檔控制信號，對電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號。執(zhí)行第6步；⑤手動模式，采集換檔手柄的控制信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。對電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號。執(zhí)行第6步；⑥根據(jù)控制信號，用電磁閥操縱換檔撥桿進(jìn)行換檔；⑦采集電磁閥檢測電路的反饋信號，判斷換檔是否成功執(zhí)行；⑧若換檔執(zhí)行成功，則跳轉(zhuǎn)到第2步，開始繼續(xù)等待新的換檔信號；若換檔不成功，則跳轉(zhuǎn)到第6步重新執(zhí)行。
本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)對換檔機(jī)構(gòu)的有效控制。保證行駛過程中換檔的安全和及時有效。完善車載控制一體化中的變速控制部分，保證了與其它電控系統(tǒng)的有效通信，并具有良好的可擴(kuò)展性。有效降低了自動換檔的改造成本，可適用于各種齒輪變速箱的換檔機(jī)構(gòu)，應(yīng)用范圍廣。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)總體設(shè)計；圖2是本發(fā)明的整體電路圖；
圖3是本發(fā)明的換檔機(jī)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的電磁閥控制電路圖；圖5是本發(fā)明的電磁閥監(jiān)測電路圖；圖6是本發(fā)明的開關(guān)信號檢測電路圖；圖7是本發(fā)明的其它信號檢測電路圖；圖8是本發(fā)明的CAN總線收發(fā)電路圖；圖9是本發(fā)明的控制算法流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
對照汽車控制模型，本發(fā)明的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如附圖1所示，這種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置主要由五個模塊組成電磁閥控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊，CAN通信模塊，主控模塊，控制算法模塊。其中控制算法模塊為軟件模塊，其余四個模塊為實際電路模塊。軟件模塊在主控模塊中得到實現(xiàn)，并通過其余三個電路模塊與外部電路相連接，構(gòu)成一個整體。具體地說，本系統(tǒng)包括一主控模塊，作為發(fā)動機(jī)控制單元ECU的下位機(jī)，用于執(zhí)行ECU的控制指令；一電磁閥控制模塊(圖4)，與主控模塊電連接，用于執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號，控制電磁閥的開關(guān)；一換檔撥桿位置檢測電路，與主控模塊電連接，用于監(jiān)測換檔撥桿的狀態(tài)，并反饋給主控模塊；一CAN通信模塊(圖8)，與主控模塊電連接，用于與發(fā)動機(jī)控制單元ECU交換數(shù)據(jù)；一數(shù)據(jù)采集模塊(圖6，7所示)包括一自動/手動檔信號采集電路，用于采集自動/手動檔的開關(guān)控制信號；一換檔信號采集電路，用于采集換檔手柄的掛檔信號；其中，主控模塊通過CAN收發(fā)電路與ECU通信，執(zhí)行ECU發(fā)出的換檔控制命令，同時檢測電磁閥、換檔撥桿的動作，控制算法模塊參照ECU的控制信號，以及當(dāng)前電磁閥與換檔桿的狀態(tài)，根據(jù)控制算法進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制輸出。
電磁閥控制模塊負(fù)責(zé)對電磁閥的控制。具體控制原理如圖3，過程如下①通常情況下，換檔撥桿保持在3檔和4檔之間的空檔位置。換擋撥桿在換擋以后由鎖止機(jī)構(gòu)鎖止。
②從空檔換成1檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV3的打開，將換檔撥桿橫向移動到1檔和2檔之間，然后再輸出PWM波控制電磁閥EV1的打開，將換檔撥桿嚙合到1檔位置，完成空檔到1檔的切換。電磁閥EV2和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)。
③從1檔換成2檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV3的打開，將換檔撥桿橫向移動到1檔和2檔之間，然后再輸出PWM波控制電磁閥EV2的打開，將換檔撥桿脫離1檔位置，然后嚙合到2檔位置，完成1檔到2檔的切換。電磁閥EV1和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)。
④從2檔換成3檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV1打開，使換檔撥桿脫開2檔，EV1仍然打開直到將換擋撥桿嚙合到3檔位置，完成2檔到3檔的切換。電磁閥EV2，EV3和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)。
⑤從3檔換成4檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV2的打開，將換檔撥桿脫離3檔，然后嚙合到4檔位置，完成3檔到4檔的切換。電磁閥EV1，EV3和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)。
⑥從4檔換成5檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV1打開，使換檔撥桿脫離4檔，然后EV4打開將換檔撥桿橫向移動到5檔和R檔之間，EV1仍然打開直到將換擋撥桿嚙合到5檔位置。電磁閥EV1，EV2和EV3則保持關(guān)閉狀態(tài)。
⑦從N檔換成R檔(倒檔)主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV4打開，將換檔撥桿橫向移動到5檔和R檔之間，EV2仍然打開直到將換擋撥桿嚙合到R檔位置。電磁閥EV1和EV3則保持關(guān)閉狀態(tài)。
五路電磁閥控制電路的工作原理相似，現(xiàn)以EV0為例，其工作原理為HCS12的8號引腳作輸出口，連接74LS00的1，2引腳，通過74LS00反向驅(qū)動，提高驅(qū)動能力；74LS00的3號引腳作為反向輸出，接光藕隔離器TLP250的3號引腳，同時TLP250的2號引腳接地，當(dāng)HCS12輸出為低電平時，光藕導(dǎo)通，6號引腳輸出15V高電平。光藕的6號引腳接三極管的基極，此時達(dá)到開啟電壓，三極管導(dǎo)通，發(fā)射極輸出12V電壓，驅(qū)動電磁閥進(jìn)行動作。
采集模塊包括電磁閥監(jiān)測電路(圖5)和其它信號采集電路(圖6，7)。電磁閥監(jiān)測電路的工作原理為輸入線路分別外連電磁閥的GPS(嚙合傳感器)，SPS(選擇傳感器)，OPS(油壓傳感器)和CPS(離合器傳感器)，經(jīng)過電阻電容進(jìn)行RC濾波，連接到主控芯片HCS12的AD輸入口(51～54號管腳)，通過該4只引腳的輸入來確定換檔撥桿位置。其它信號采集電路包括開關(guān)信號采集電路和換檔桿動作采集電路。換檔桿動作采集電路的輸入只在手動/自動切換鍵狀態(tài)為手動時有效；在自動狀態(tài)時，換檔動作信號由發(fā)動機(jī)控制單元ECU發(fā)出。開關(guān)信號采集電路的原理為輸入或輸入的分壓信號(最大輸入電壓超過三極管擊穿電壓)接三極管基極，當(dāng)達(dá)到開啟電壓時，三極管導(dǎo)通，HCS12的5～7號引腳平時接高電平，此時的輸入狀態(tài)由高電平變?yōu)榈碗娖?，HCS12接收到此信號并作出處理。換檔手柄動作采集電路的工作原理為采集端串連一個定值電阻后接參考電壓(5V)，采集端與定值電阻之間接HCS12的AD輸入口(1～4號引腳)。根據(jù)基爾霍夫定律，換檔手柄內(nèi)部所串連電阻值與定值電阻之比，等于AD輸入電壓與AD輸入電壓和參考電壓之差的比。由此可求得換檔桿狀態(tài)。
CAN通信模塊包括CAN收發(fā)電路(圖8)用于主控模塊與ECU之間的通信。CAN收發(fā)電路采用TJA1050專用收發(fā)芯片。其TXD和RXD端口分別與HCS12的74和75號端口相連。HCS12的74和75端口分別作輸出輸入口，通過TJA1050進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
主控模塊為HCS12芯片，對各輸入輸出口進(jìn)行處理，承載并實現(xiàn)控制算法。
下面介紹本發(fā)明的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制方法，算法流程如圖8所示，具體控制步驟如下①系統(tǒng)初始化；②采集手動/自動開關(guān)量信號并進(jìn)行判斷。若為自動，則執(zhí)行第3步，若為手動，則執(zhí)行第5步；③自動模式，等待接收ECU的CAN包；④ECU的CAN包到達(dá)，程序分離出其中的換檔控制信號，對電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號。執(zhí)行第6步；⑤手動模式，采集換檔手柄的控制信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。對電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號。執(zhí)行第6步；⑥根據(jù)控制信號，用電磁閥操縱換檔撥桿進(jìn)行換檔；⑦采集電磁閥檢測電路的反饋信號，判斷換檔是否成功執(zhí)行；⑧若換檔執(zhí)行成功，則跳轉(zhuǎn)到第2步，開始繼續(xù)等待新的換檔信號；若換檔不成功，則跳轉(zhuǎn)到第6步重新執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征是主要包括一主控模塊，作為發(fā)動機(jī)控制單元ECU的下位機(jī)，用于執(zhí)行ECU的控制指令；一電磁閥控制模塊，與主控模塊電連接，用于執(zhí)行主控模塊發(fā)出的控制信號，控制電磁閥的開關(guān)；一換檔撥桿位置檢測電路，與主控模塊電連接，用于監(jiān)測換檔撥桿的狀態(tài)，并反饋給主控模塊；一CAN通信模塊，與主控模塊電連接，用于與發(fā)動機(jī)控制單元ECU交換數(shù)據(jù)；一數(shù)據(jù)采集模塊，包括一自動/手動檔信號采集電路，用于采集自動/手動檔的開關(guān)控制信號；一換檔信號采集電路，用于采集換檔手柄的掛檔信號；其中，主控模塊通過CAN收發(fā)電路與ECU通信，執(zhí)行ECU發(fā)出的換檔控制命令，同時檢測電磁閥、換檔撥桿的動作，控制算法模塊參照ECU的控制信號，以及當(dāng)前電磁閥與換檔桿的狀態(tài)，根據(jù)控制算法進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征在于電磁閥控制模塊的電路連接關(guān)系是HCS12的8號引腳作輸出口，連接74LS00的1，2引腳，通過74LS00反向驅(qū)動；74LS00的3號引腳作為反向輸出，接光藕隔離器TLP250的3號引腳，同時TLP250的2號引腳接地，當(dāng)HCS12輸出為低電平時，光藕導(dǎo)通，6號引腳輸出15V高電平，光藕的6號引腳接三極管的基極，此時達(dá)到開啟電壓，三極管導(dǎo)通，發(fā)射極輸出12V電壓，驅(qū)動電磁閥進(jìn)行動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征在于換檔撥桿位置檢測電路的電路連接關(guān)系是輸入線路分別外連電磁閥的嚙合傳感器，選擇傳感器，油壓傳感器和離合器傳感器，經(jīng)過電阻電容進(jìn)行RC濾波，連接到主控芯片HCS12的AD輸入口51～54號管腳，通過該4只引腳的輸入來確定換檔撥桿位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征在于自動/手動檔信號采集電路的電路連接關(guān)系是輸入或輸入的分壓信號，即最大輸入電壓超過三極管擊穿電壓接三極管基極，當(dāng)達(dá)到開啟電壓時，三極管導(dǎo)通，HCS12的5～7號引腳平時接高電平，此時的輸入狀態(tài)由高電平變?yōu)榈碗娖?，HCS12接收到此信號并作出處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征在于換檔信號采集電路的電路連接關(guān)系是采集端串連一個定值電阻后接參考電壓，采集端與定值電阻之間接HCS12的AD輸入口1～4號引腳，其中換檔手柄內(nèi)部所串連電阻值與定值電阻之比，等于AD輸入電壓與AD輸入電壓和參考電壓之差的比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征在于CAN通信模塊采用TJA1050專用收發(fā)芯片，其TXD和RXD端口分別與HCS12的74和75號端口相連，HCS12的74和75端口分別作輸出輸入口，通過TJA1050進(jìn)行數(shù)據(jù)接收和發(fā)送。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，其特征在于主控模塊為HCS12芯片，對各輸入輸出口進(jìn)行處理，承載并實現(xiàn)控制算法。
8.一種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在于具體控制步驟如下①系統(tǒng)初始化；②采集手動/自動開關(guān)量信號并進(jìn)行判斷。若為自動，則執(zhí)行第3步，若為手動，則執(zhí)行第5步；③自動模式，等待接收ECU的CAN包；④ECU的CAN包到達(dá)，程序分離出其中的換檔控制信號，對電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號，執(zhí)行第6步；⑤手動模式，采集換檔手柄的控制信號，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，對電磁閥發(fā)出相應(yīng)的控制信號，執(zhí)行第6步；⑥根據(jù)控制信號，用電磁閥操縱換檔撥桿進(jìn)行換檔；⑦采集電磁閥檢測電路的反饋信號，判斷換檔是否成功執(zhí)行；⑧若換檔執(zhí)行成功，則跳轉(zhuǎn)到第2步，開始繼續(xù)等待新的換檔信號；若換檔不成功，則跳轉(zhuǎn)到第6步重新執(zhí)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制方法，其特征在于電磁閥控制模塊負(fù)責(zé)對電磁閥的控制，過程如下①通常情況下，換檔撥桿保持在3檔和4檔之間的空檔位置，換擋撥桿在換擋以后由鎖止機(jī)構(gòu)鎖止；②從空檔換成1檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV3的打開，將換檔撥桿橫向移動到1檔和2檔之間，然后再輸出PWM波控制電磁閥EV1的打開，將換檔撥桿嚙合到1檔位置，完成空檔到1檔的切換，電磁閥EV2和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)；③從1檔換成2檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV3的打開，將換檔撥桿橫向移動到1檔和2檔之間，然后再輸出PWM波控制電磁閥EV2的打開，將換檔撥桿脫離1檔位置，然后嚙合到2檔位置，完成1檔到2檔的切換，電磁閥EV1和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)；④從2檔換成3檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV1打開，使換檔撥桿脫開2檔，EV1仍然打開直到將換擋撥桿嚙合到3檔位置，完成2檔到3檔的切換；電磁閥EV2，EV3和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)；⑤從3檔換成4檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV2的打開，將換檔撥桿脫離3檔，然后嚙合到4檔位置，完成3檔到4檔的切換。電磁閥EV1，EV3和EV4則保持關(guān)閉狀態(tài)；⑥從4檔換成5檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV1打開，使換檔撥桿脫離4檔，然后EV4打開將換檔撥桿橫向移動到5檔和R檔之間，EV1仍然打開直到將換擋撥桿嚙合到5檔位置，電磁閥EV1，EV2和EV3則保持關(guān)閉狀態(tài)；⑦從N檔換成倒檔主控模塊輸出PWM波控制電磁閥EV4打開，將換檔撥桿橫向移動到5檔和R檔之間，EV2仍然打開直到將換擋撥桿嚙合到R檔位置，電磁閥EV1和EV3則保持關(guān)閉狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制裝置，主控模塊通過CAN收發(fā)電路與ECU通信，執(zhí)行ECU發(fā)出的換檔控制命令，同時檢測電磁閥、換檔撥桿的動作，控制算法模塊參照ECU的控制信號，以及當(dāng)前電磁閥與換檔桿的狀態(tài)，根據(jù)控制算法進(jìn)行運算，產(chǎn)生控制輸出。這種對于液壓傳動自動換檔機(jī)構(gòu)的控制方法，具體控制步驟如下采集手動/自動開關(guān)量信號并進(jìn)行判斷；根據(jù)控制信號，用電磁閥操縱換檔撥桿進(jìn)行換檔；采集電磁閥檢測電路的反饋信號，判斷換檔是否成功執(zhí)行。本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)對換檔機(jī)構(gòu)的有效控制。保證行駛過程中換檔的安全和及時有效。完善車載控制一體化中的變速控制部分，保證了與其它電控系統(tǒng)的有效通信，并具有良好的可擴(kuò)展性。
文檔編號F16H61/02GK1740596SQ20051006073
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者吳朝暉, 趙民德, 呂攀, 米成, 潘杭平, 楊國青, 高志剛 申請人:浙江大學(xué)