一种摩托车发动机电动换挡控制器的制作方法

本实用新型属于摩托车的电气系统领域，具体涉及一种摩托车发动机电动换挡控制器。

背景技术：

目前，摩托车发动机主要是采用12V铅酸蓄电池供电，并使用与加、减挡按钮连接的4个继电器组合的方式来实现换挡控制。这种换挡方式存在如下问题：（1）在实际使用过程中，驾驶人会频繁地执行换挡操作，而继电器本身有使用次数限制，频繁的使用会使继电器容易损坏，从而导致发动机故障；（2）继电器组合方式无法控制电池输出电流的大小，致使发动机换挡机械部件长期、频繁受到高强力冲击，从而导致发动机机械磨损严重、寿命缩短；（3）继电器组合方式无法控制电池过度放电，致使电池寿命缩短，影响摩托车寿命。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可靠性高的摩托车发动机电动换挡控制器，以在实现换挡的同时避免影响发动机换挡机械部件和电池的使用寿命。

本实用新型所述的摩托车发动机电动换挡控制器，包括母线电压采样模块、母线电流采样模块、挡位状态信号检测模块、H桥驱动模块、控制模块、加挡信号检测模块、减挡信号检测模块和与电池相连且给各个模块供电的开关电源模块，所述母线电压采样模块的输入端接电池、输出端与控制模块的电压采样信号输入端相连，母线电流采样模块的输入端与H桥驱动模块的电流反馈接口相连、输出端与控制模块的电流采样信号输入端相连，挡位状态信号检测模块的输入端与摩托车发动机的挡位状态信号输出端相连、输出端与控制模块的挡位状态信号输入端相连，加挡信号检测模块的输入端与摩托车的加挡按钮相连、输出端与控制模块的加档信号输入端相连，减挡信号检测模块的输入端与摩托车的减挡按钮相连、输出端与控制模块的减挡信号输入端相连，控制模块的换挡控制信号输出端与H桥驱动模块的控制端相连，H桥驱动模块的输入端接电池、输出端与摩托车发动机中的直流电机相连。母线电压采样模块用于实时采集当前供电电池的电压值，母线电流采样模块用于实时采集当前供电电池的输出电流，挡位状态信号检测模块用于实时检测摩托车发动机的当前挡位状态，加挡信号检测模块用于采集摩托车的加挡信号，减挡信号检测模块用于采集摩托车的减挡信号，H桥驱动模块用于驱动摩托车发动机中的直流电机，直流电机带动换挡机械部件执行换挡动作，控制模块用于对前述行车时的输入信号进行处理判断，并发出对H桥驱动模块的控制信号。

上述摩托车发动机电动换挡控制器还包括显示模块，该显示模块的输入端与控制模块的显示信号输出端相连。显示模块用于显示异常状态（比如电池欠压、电池输出电流过流或者控制模块故障等）。

其工作过程为：

打开摩托车钥匙开关，开关电源模块开始工作，母线电压采样模块实时采集当前供电电池的电压值并发送给控制模块，母线电流采样模块实时采集当前供电电池的输出电流并发送给控制模块，挡位状态信号检测模块实时检测摩托车发动机的当前挡位状态并发送给控制模块，当驾驶者执行换挡操作（即按下加挡按钮或者减挡按钮）时，加挡信号检测模块或者减挡信号检测模块采集到加挡信号或者减挡信号并发送给控制模块，控制模块处理加挡信号或者减挡信号、电池电压信号、电池输出电流信号、发动机的当前挡位状态信号，并控制H桥驱动模块驱动摩托车发动机中的直流电机，直流电机带动换挡机械部件执行换挡动作。

优选的，所述母线电压采样模块包括电阻Rv1、Rv2、Rv3、Rv4，电容Cv1和二极管D1；电阻Rv1的一端接电池的正极、另一端接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接地，电阻Rv2的一端接二极管D1的阴极，电阻Rv2的另一端接电阻Rv3的一端、电容Cv1的一端和电阻Rv4的一端，电阻Rv3的另一端接地，电容Cv1的另一端接地，电阻Rv4的另一端接控制模块的电压采样信号输入端。

优选的，所述母线电流采样模块包括电阻Rc1、Rc2、Rc3、Rc4、Rc5、Rc6、Rc7、Rc8、Rc9、Rc10，电容Cc1、Cc2、Cc3、Cc4和运放U1*A、U1*B；电阻Rc1的一端接地、另一端接运放U1*A的反向输入端，电阻Rc2的一端接运放U1*A的反向输入端、另一端接运放U1*A的输出端；电阻Rc3的一端接电源VCC、另一端接运放U1*A的同向输入端，电阻Rc4的一端与电容Cc2的一端都接H桥驱动模块的电流反馈接口，电容Cc2的另一端接地，电阻Rc4的另一端接运放U1*A的同向输入端，运放U1*A的负电源端接地、正电源端接电源VCC和电容Cc1的一端，电容Cc1的另一端接地，电阻Rc5的一端接运放U1*A的输出端、另一端接运放U1*B的同向输入端，电阻Rc6的一端与电容Cc3的一端都接控制模块的平均电流采样信号输入端、电容Cc3的另一端接地，电阻Rc6的另一端接运放U1*B的同向输入端，电阻Rc7的一端接地、另一端接运放U1*B的反向输入端，电阻Rc8的一端接电源VCC、另一端接运放U1*B的反向输入端，电阻Rc9的一端、电阻Rc10的一端与电容Cc4的一端都接控制模块的过流采样信号输入端，电阻Rc9的另一端接运放U1*B的输出端，电阻Rc10的另一端接地，电容Cc4的另一端接地。

优选的，所述档位状态信号检测模块包括电阻Rf1、Rf2，电容Cf1和二极管Df1；电阻Rf1的一端与电容Cf1的一端都接控制模块的挡位状态信号输入端，电容Cf1的另一端接地，电阻Rf1的另一端接二极管Df1的阳极，二极管Df1的阴极接摩托车发动机的挡位状态信号输出端，电阻Rf2的一端接电源VCC、另一端接二极管Df1的阳极。

本实用新型具有如下效果：

（1）控制模块根据当前挡位状态信号以及加挡或者减挡信号，控制H桥驱动模块驱动摩托车发动机中的直流电机，直流电机带动换挡机械部件执行换挡动作，从而实现了换挡。

（2）通过母线电流采样模块实时采集电池输出电流并发送给控制模块，控制模块根据摩托车发动机换挡机械部件的实时负载情况，控制H桥驱动模块的输出PWM波占空比，动态调节电池输出电流，避免了出现因电池瞬间输出很大的电流而造成发动机换挡机械部件的冲击磨损，延长了发动机换挡机械部件的使用寿命。

（3）通过母线电压采样模块实时采集电池的电压并发送给控制模块，当电池电压接近欠压点时，控制模块通过动态调整H桥驱动模块的输出PWM占空比，在保证换挡成功的同时降低电池输出电流，避免电池进入过放电状态，延长了电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图。

图2为本实用新型中的母线电压采样模块的电路原理图。

图3为本实用新型中的母线电流采样模块的电路原理图。

图4为本实用新型中的挡位状态信号检测模块的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

如图1所示的摩托车发动机电动换挡控制器，包括母线电压采样模块1、母线电流采样模块2、挡位状态信号检测模块3、H桥驱动模块4、控制模块5、加挡信号检测模块6、减挡信号检测模块7、与电池10相连且给各个模块供电的开关电源模块8（对应于各个模块中的电源VCC）和显示模块9。控制模块5采用意法半导体（STMicroelectronics）生产的8位单片机STM8S003K3，H桥驱动模块4、加挡信号检测模块6、减挡信号检测模块7以及开关电源模块8的具体电路为现有技术，H桥驱动模块4中采用功率MOS管，其没有使用次数限制，且可靠性比继电器更高。

母线电压采样模块1包括电阻Rv1、Rv2、Rv3、Rv4，电容Cv1和二极管D1；电阻Rv1的一端接电池10的正极（即VB）、另一端接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接地，电阻Rv2的一端接二极管D1的阴极，电阻Rv2的另一端接电阻Rv3的一端、电容Cv1的一端和电阻Rv4的一端，电阻Rv3的另一端接地，电容Cv1的另一端接地，电阻Rv4的另一端接控制模块5的电压采样信号输入端（即控制模块5的ADC引脚Vbus）。

母线电流采样模块2包括电阻Rc1、Rc2、Rc3、Rc4、Rc5、Rc6、Rc7、Rc8、Rc9、Rc10，电容Cc1、Cc2、Cc3、Cc4和运放U1*A、U1*B；运放U1*A、U1*B采用德州仪器（Texas Instruments）生产的双运放LM2904，电阻Rc1的一端接地、另一端接运放U1*A的反向输入端（即第2脚），电阻Rc2的一端接运放U1*A的反向输入端（即第2脚）、另一端接运放U1*A的输出端（即第1脚）；电阻Rc3的一端接电源VCC、另一端接运放U1*A的同向输入端（即第3脚），电阻Rc4的一端与电容Cc2的一端都接H桥驱动模块4的电流反馈接口（即DRV_L），电容Cc2的另一端接地，电阻Rc4的另一端接运放U1*A的同向输入端（即第3脚），运放U1*A的负电源端（即第4脚）接地、正电源端（即第8脚）接电源VCC和电容Cc1的一端，电容Cc1的另一端接地，电阻Rc5的一端接运放U1*A的输出端（即第1脚）、另一端接运放U1*B的同向输入端（即第5脚），电阻Rc6的一端与电容Cc3的一端都接控制模块5的平均电流采样信号输入端（即控制模块5的ADC引脚Ibus_avg）、电容Cc3的另一端接地，电阻Rc6的另一端接运放U1*B的同向输入端（即第5脚），电阻Rc7的一端接地、另一端接运放U1*B的反向输入端（即第6脚），电阻Rc8的一端接电源VCC、另一端接运放U1*B的反向输入端（即第6脚），电阻Rc9的一端、电阻Rc10的一端与电容Cc4的一端都接控制模块5的过流采样信号输入端（即控制模块5的I/O引脚Ibus_p），电阻Rc9的另一端接运放U1*B的输出端（即第7脚），电阻Rc10的另一端接地，电容Cc4的另一端接地。

档位状态信号检测模块3包括电阻Rf1、Rf2，电容Cf1和二极管Df1；电阻Rf1的一端与电容Cf1的一端都接控制模块5的挡位状态信号输入端（即控制模块5的I/O引脚MCU ShiftSig0），电容Cf1的另一端接地，电阻Rf1的另一端接二极管Df1的阳极，二极管Df1的阴极接摩托车发动机的挡位状态信号输出端（即IN ShiftSig0），电阻Rf2的一端接电源VCC、另一端接二极管Df1的阳极。

加挡信号检测模块6的输入端与摩托车的加挡按钮相连、输出端与控制模块5的加档信号输入端相连，减挡信号检测模块7的输入端与摩托车的减挡按钮相连、输出端与控制模块5的减挡信号输入端相连，控制模块5的换挡控制信号输出端与H桥驱动模块4的控制端相连，H桥驱动模块4的输入端接电池10、输出端与摩托车发动机中的直流电机11相连，显示模块9的输入端与控制模块5的显示信号输出端相连。

其工作过程为：

打开摩托车钥匙开关，开关电源模块8开始工作，母线电压采样模块1实时采集当前供电电池10的电压值并发送给控制模块5，母线电流采样模块2实时采集当前供电电池10的输出电流并发送给控制模块5，挡位状态信号检测模块3实时检测摩托车发动机的当前挡位状态并发送给控制模块5；当驾驶者按下加挡按钮进行加挡时，加挡信号检测模块6采集到加挡信号发送给控制模块5，控制模块5根据当前挡位状态以及加挡信号控制H桥驱动模块驱动摩托车发动机中的直流电机11，直流电机11带动换挡机械部件实现加挡，当由空挡加到最高挡后，加挡操作不再生效；当驾驶者按下减挡按钮进行减挡时，减挡信号检测模块7采集到减挡信号发送给控制模块5，控制模块5根据当前挡位状态以及减挡信号控制H桥驱动模块驱动摩托车发动机中的直流电机11，直流电机11带动换挡机械部件实现减挡，当由最高挡减到空挡后，减挡操作不再生效；控制模块5根据摩托车发动机换挡机械部件的实时负载情况，控制H桥驱动模块的输出PWM波占空比，动态调节电池输出电流；当电池电压接近欠压点时，控制模块5通过动态调整H桥驱动模块的输出PWM占空比，在保证换挡成功的同时降低电池输出电流，避免电池进入过放电状态；当电池欠压、电池输出电流过流或者控制模块故障时，通过显示模块9可显示这些故障。

另外，本实用新型中控制模块5具有多个A/D口和I/O口，可以通过编写程序代码实现客户多种个性定制化功能。当客户需要个性定制功能时，通过电脑编写应用程序下载到控制模块5内即可实现个性功能定制。