档位操纵杆位置信号的识别控制方法

专利名称：档位操纵杆位置信号的识别控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于对档位操纵杆的位置信号进行识别和控制的方法，在档位操纵杆位置传感器部分或全部失效的情况下，能以多元的和被优先的方式使车辆保持为空档输出的有效状态，以保证行驶安全的目的。
背景技术：
自动变速的车辆在行驶过程中，其档位的变换一般可通过自动，或可转换为手动方式进行控制。在自动控制状态下，一旦变速操纵传感系统出现问题，例如在档位操纵杆的位置传感器部分或全部失效的情况下，会向档位控制/执行机构输出错误、甚至危险的档位置信号，将严重威胁行车的安全性。
公开号为CN1284451A的中国专利文献公开了一种“可自动和手动换档的变速器控制单元”，其中描述了档位操纵杆的各种位置及表示的功能，但这种功能位置的识别是通过分别设置在这些位置处的传感器来进行的独立识别。与此相近技术在德国专利DE-A-19905627等文献中也有所披露。
公开号为CN1434906A的中国专利文献，公开了一种“用于可手动或自动换档的汽车变速器的控制单元”，其中对档位操纵杆的位置识别采用了被称为第一和第二长短不同的两个传感部件，所使用的档位操纵杆可有两个不同方向的运动当档位操纵杆水平运动时在两个传感部件之间进行切换，以区别自动和手动变档的操纵模式；在与之垂直的方向上运动时，以确定各自模式下的档位位置。但由该文献的图2a～2g内容中可以发现，其图2b所示的空档位置与图2g所示的用于前进过程中的手动操纵减档位置，其位置传感的输出状态关系完全相同；在该文献的图5所示输出关系中，这一输出关系同时还与其倒档的输出关系也相同。根据汽车领域内一股常识，档位操纵杆的位置与档位排列之间的关系是不能更改的。因此相同的输出关系如果同时代表了空档及后退档和前进档两个不同的行驶方向，对于实际行驶过程档位的操纵和控制来讲，将是十分危险的。在该文献中，类似的档位操纵杆虽处于不同的操纵位置但却具有相同输出状态的情况还有多处。为避免这一现象的出现，该文献中采用了其所称的“踏板”切换装置以进行区别。根据目前人类的技术能力，将这一关系行车和生命安全的重要装置，仅仅维系于一种电切换开关或传感器显然是不可靠的。一旦切换开关失效后，即会同样返回到上述相互矛盾的控制结果。
此外，该文献对驻车档“P”和前进档“D”的位置传感也存在不安全因素，即当三个传感器的输出为相同的低电平“0”时，将产生强制驻车档“P”的信号；当三个传感器的输出为相同的高电平“1”时，将产生前进档“D”的信号。而根据电子学领域的一般常识，当其中的传感器、控制线路或控制器中任一部分的电源出现短路或断路的情况下，都会产生上述之一的同样输出结果，并都有可能对处于行驶状态下的汽车导致一种灾难性的后果。为此该文献中还增加了故障识别方式，但其识别一方面有局限性，例如在自动变档模式下不能识别电源短路或断路时三个传感器同时为“1”或“0”的情况等，另一方面其识别故障的结果也仅局限为一种声、光的警告信号，对于自动控制系统和驾驶员来讲，无法采取使行驶中的车辆回到空档安全状态的有效措施。

发明内容
针对上述情况，本发明将提供一种档位操纵杆位置信号的识别控制方法，能在档位操纵杆位置传感器部分或全部失效的情况下，以多元和被优先地使车辆保持为空档输出的有效状态，以保证行驶安全的目的。
由于在现有的技术手段中，对车辆的档位操纵杆进行位置识别，一般多用于自动变速控制领域，控制系统根据档位操纵杆位置的传感信号，通过执行机构完成车辆的行驶方向和自动变速的控制。在这一过程中，基于一般性原理，当档位操纵杆的传感机构出现故障时，唯一安全和有效的方式是向变速控制系统输出空档信号，因为空档信号可使车辆动力源与轮系之间中断动力传递，避免因档位操纵杆传感机构故障而造成的档位紊乱或失控后所带来的其它灾难。因此在对档位操纵杆位置信号的识别方法中，对空档传感信号的识别在一种电子处理的逻辑关系上，一方面应该是优先的，另一方面也应该是多元的，即应涵盖传感系统内的所有无效识别码。
基于此，本发明档位操纵杆位置信号的识别控制方法，是在目前对由至少可在前进档(D)、空档(N)、倒车档(R)和驻车档(P)间移动以改变行车状态的档位操纵杆和与之相配合部位间的位置传感装置获得的相应档位操纵杆位置信号进行处理的基础上，通过对所获得的档位操纵杆位置信号与正常的前进档、空档、倒车档和驻车档信号进行逻辑运算判断后，对与正常的档位位置信号一致的，经控制单元向档位操纵机构输出对应的档位信号；对与正常档位位置信号不一致的档位信号或档位紊乱信号时，经控制单元向档位操纵机构优先强制输出转换至空档位的控制信号。
上述方法中，实现对档位操纵杆位置信号正确与否的判断，并将与正确档位操纵杆位置信号一致的信号输出、对与正确档位操纵杆位置信号不一致的信号强制输出为空档位的控制信号的方式，既可以直接通过设置具有逻辑运算判断功能的电路进行，例如在一些实施例中给出的通过由适当的门电路组合形式的逻辑运算电路实现，或是通过在另外的实施例中给出的采用以集成电路为主的电路实现；也可以采用将正常的档位信号预存储于目前已有广泛使用适当形式存储单元中，然后将输入的档位操纵杆位置信号与存储单元中预置的正常D、N、R和P档位信号进行比较后，根据比较和判断的结果，对与控制单元中存储的预置档位信号一致的，由控制单元向档位操纵机构输出相应的预置档位信号；对属于非预置正常档位信号或档位紊乱信号时，由控制单元向档位操纵机构优先强制输出转换至空档位(N)的控制信号。
在上述方法中，所说的该档位操纵杆位置信号，可以采用目前同类技术中已有使用的方式，如已有较多使用的由档位操纵杆和与之相配合部位间的磁性传感装置、光电传感装置、甚至机械传感装置所产生的相应位置传感信号。其中，以采用由档位操纵杆和与之相配合部位间的磁性传感信号的方式较为简捷、方便和有效，并以此种磁性传感方式对本发明的上述方法进行说明。
上述方法中，在为获得磁性传感位置信号的磁性传感装置的设置方式中，虽然作为可随档位操纵杆同步移动的该运动部件，无论是其中的磁性传感源结构或是与之对应的磁性传感器单元，实质上并无过多要求，但以采用将作为磁性传感源的永磁结构体设置为可随档位操纵杆同步移动的运动部件，将相应的传感器单元作为设置在磁性传感范围内的固定部件为方便。在所说该磁性传感器单元中以间距方式定位设置有若干磁性传感器件。
在上述所说磁性传感器单元中设置的磁性传感器件方式也可以有多种形式。例如，在一种可供参考的实施例中，所说该磁性传感器件为在磁性传感器单元中以等间距方式设置的三个，相应的该永磁结构体采用为最多只允许与磁性传感器单元中的两个磁性传感器件同时处于传感状态的永磁体结构。在其它的可供参考实施例中，所说的该磁性传感器件还可以采用为在磁性传感器单元中以等间距设置的至少四个，相应的永磁结构体则可以为最多只允许与两个或三个磁性传感器件同时处于传感状态的永磁体。
与目前的常规技术一样，为使车辆能根据实际需要，实现在自动或手动控制间的转换，在上述的档位操纵杆和与之相配合部位的传感装置间，还可以设置有用于自动/手动控制的切换开关。
以下将通过由附图所示实施例的具体实施方式
，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。


图1是本发明方法识别控制关系的流程图。
图2是实现本发明方法的识别控制单元的设置方式示意图。
图3是实现本发明方法的一种档位操纵杆位置信号传感装置的结构设置形式示意图。
图4是实现本发明方法的另一种档位操纵杆位置信号传感装置的结构设置形式示意图。
图5是实现本发明方法时增加了自动/手动转换开关的又一种档位操纵杆位置信号传感装置的结构设置形式示意图。
图6是实现本发明方法的再一种档位操纵杆位置信号传感装置的结构设置形式示意图。
图7是实现本发明方法时的一种以组合门电路形式的控制单元的电原理图。
图8是实现本发明方法时的一种集成电路形式的控制单元的电原理图。
图9是实现本发明方法时的另一种集成电路形式的控制单元的电原理图。
具体实施例方式
图1所示的是本发明的档位操纵杆位置信号识别控制方法的工作关系流程图。其在对档位操纵杆的位置信号进行识别控制过程中，对由至少可在前进档D、空档N、倒车档R和驻车档P间移动以改变行车状态的档位操纵杆2a，和与之相配合部位间的位置传感装置获得的相应档位操纵杆位置信号进行处理时，将所获得的档位操纵杆位置信号与控制单元3中预设的预置正常D、N、R和P四种档位信号进行逻辑判断对与预置的正常档位信号一致的，由控制单元3向外输出相应的正常预置档位信号；对属于非预置正常档位信号或档位紊乱信号时，则被识别为故障码，并由控制单元3向外输出强制空档N的控制信号。
图2和图3分别是实现本发明方法的一种档位操纵杆位置信号传感装置的结构设置方式，和其中采用了由三个位置传感器A、B、C组成的传感器单元1和由两个永磁体2b，2c构成的传感源部件2的一种传感装置的设置形式。
其中，作为传感源部件2的是与档位操纵杆2a固连于一体、可随档位操纵杆的运动而运动的永磁结构体；相应的磁性传感器单元1被固定在档位操纵杆旁的磁性传感范围内的静止位置。其中，传感器单元1中的相应传感器件5(如常用的霍尔元件等)为在其中以等间距方式设置的三个；传感源部件2为经固定体2f将长短两永磁体2b，2c连接为一体的组合结构体形式，其中该固定体2f和较长永磁体2b的长度分别与相邻设置的两传感器件5的相背端间的距离相适应，较短永磁体2c的长度与相邻设置的两磁性传感器件5的相邻端间的间距相适应，从而实现每次只允许有一个或两个传感器件5与传感源部件2中的永磁体处于传感状态。根据传感器件5和传感源部件2的特性，上述固定体2f可以为导磁性或非导磁性的材料。如永磁体密闭在固定体2f内部时，可采用一种非导磁材料；当传感器件5的灵敏度较高或内部相邻传感单元之间距离较大时，固定体也可采用一种导磁材料或一种非导磁材料。由此，传感源部件2与传感器单元1之间的相对位置移动，即可使传感器单元1内的各传感器件5的传感状态发生变化，这种不同的传感状态以各自不同的逻辑组合关系被控制单元3接收。
控制单元3的预设单元中预置有正常D、N、R和P档的位置信号，并对所接收的档位位置传感信号与这些预置的正常档位信号进行逻辑判断和处理。从而实现了与预置的正常档位位置信号一致并输出相应档位信号，对接收到的其余传感信号均被视为故障信号，并强制作为空档信号处理被输出。
可以理解，在上述的结构设置形式中，改变传感器单元1中传感器件5的个数和/或改变传感源部件2中永磁体的位置、形状或数量，均可以得到不同的传感组合信号。根据需要将这些信号在控制单元3的预设单元中进行预置后，即可根据不同情况和需要，将预置范围之外的其它所有信号视为故障信号，在都被叠加到强制为空档输出信号的同时，还可以被适当的存储器件存储记录下来，以备检修使用。
由上述的传感结构设置形式可以清楚看出，其不仅结构简单，而且在正常工作状态下也不会出现同一位置传感信号的输出状态可同时对应几个不同档位关系这一危险的档位紊乱情况。另一方面，在档位操纵杆位置传感器出现部分、甚至全部失效的情况下，该方法可以被多元和被优先地使车辆保持为空档输出的有效状态，以保证行驶安全的目的。例如，即使传感器组件的电源线出现短路或断路等意外情况，使所有传感器件的输出全部为相同的“1”或“0”时，也能将其作为非预置的带有故障类别处理，并强制向主控制器输出安全的空档控制信号，从而避免了因档位操纵杆传感机构故障而造成的档位紊乱或失控后所带来的行驶安全隐患。
通过表1，可以对图3所示设置形式的传感装置中的各种传感输出组合方式与档位输出关系有清楚的理解由传感器A、B、C三个传感器按二进制原理总共能获得8个组合信号，其中的6个通过控制单元3被分配为预置的各自档位输出信号，对所有传感器相同输出状态的两个组合信号也通过控制单元3以故障码方式叠加到空档信号中。
表1图3所示传感信号组合方式与档位控制信号输出的关系

这种设置方式适用于驻车信号P不在档位操纵杆位置上的变速操纵装置，特点是结构简单，能有效地克服传感器组件的电源线出现短路或断路等意外情况，但无法解决因其中一个或两个传感器失效的故障。
图4所示的是实现本发明方法的另一种档位操纵杆位置信号传感装置的设置形式，采用的是由等间距设置的四个位置传感器A、B、C、D，和一个永磁体传感源部件2的结构形式。其中，该传感源部件2的长度与两相邻设置的磁性传感器件5的相背端间的距离相一致，以使传感源部件2最多只能同时与两个传感器件5同时处于传感状态的永磁体。档位操纵杆2a移动到不同的位置，便可形成与传感器A、B、C、D之间的不同组合关系，并可由此获得7个预置的位置传感信号。其各种传感输出组合方式与档位输出关系可由表2进一步理解由传感器A、B、C、D四个传感器按二进制原理总共能获得16个组合信号，其中7个通过控制单元3分配到各自的档位输出信号，其余包括所有传感器相同输出状态的两个组合信号也通过控制单元3以故障码方式叠加到空档输出信号中。与图3的方式相比，图4增加了档位操纵杆位置识别的个数，并同样能实现本发明的目的。
这种设置方式适用于驻车信号P置于档位操纵杆位置上的变速操纵装置，同时能有效地克服传感器组件的电源线出现短路或断路等意外情况。即使A、B、C、D三个传感器件中的任何一个、两个或三个，甚至全部都失效后，均可以获得一个空档信号。这种失效后的传感器输出有三种可能一是当失效后输出高电平“1”；二是当失效后输出全低电平“0”时；再者是输出高阻态，其中输出高阻态时通过传感器输出端并接的上拉或下拉电阻来决定其电平“0”或“1”。在上述各种条件下，通过本发明的方法，操纵机构均可以在其中找到一个空档位置，这个空档位置即使不全部与原来空档位置相同，也可以通过常见的设置在汽车仪表盘内的档位操纵显示器的指导下进行操纵。表2和表3显示的是任何部分的传感器失效后输出“0”的空档位置；表4显示的是任何部分中的任一部位或全部传感器失效后输出“1”的空档位置。
表2 图4所示传感信号组合方式与档位控制信号输出的关系

类似的效果通过图6的设置方式同样可以实现。在图4的基础上，同样采用一个永磁体和四个传感单元，不同之处在于增长了永磁体的长度，使其满足4个传感单元中最多只能有3个同时被传感的条件，其输入和输出条件与图4所述的类似。于此不再赘述。
图5所示的是在上述的设置形式中增加了自动/手动转换开关的又一种档位操纵杆位置信号传感装置的结构设置形式，采用的是由三个位置传感器A、B、C组成的传感器单元1和一个永磁体传感源部件2，以及一个表示自动/手动操纵方式的切换装置2d的形式，能获得6个不同的预置位置传感信号。其中，档位操纵杆2a移动到不同的位置，可以形成传感器A、B、C之间的不同组合关系；这些组合关系进一步可被一个表示自动/手动操纵方式的切换装置2d所转换，从而可通过控制单元3获得了相应的自动/手动两种操纵方式的档位输出形式。
表5所示的是图5设置形式中的各种传感输出组合方式与档位输出关系。可以看出为增强操纵位置识别的安全性，其中将2d同样纳入了安全识别范围后，由三个传感器A、B、C和2d按二进制原理，总共能获得16个组合信号，其中6个通过控制单元3被预置分配到各自的档位输出信号，包括所有传感器相同输出状态的两个组合信号在内的其余传感信号，通过控制单元3均以故障码方式叠加到空档信号中。与上述两种方式相比，图5增加了自动/手动操纵模式的操纵位置识别，同样也能实现本发明方法的目的。
可以理解，采用上述以外的其它传感装置设置形式，同样也可以根据本发明的目的，实现在正常工作状态下完全避免出现同一位置传感信号的输出状态可同时对应几个不同档位关系这一危险的档位紊乱情况；在档位操纵杆位置传感器出现部分、甚至全部失效的情况下，这些方法也都可以被多元和被优先地使车辆保持为空档输出的有效状态，保证了行驶的安全性。
图7是实现本发明方法时的一种以组合门电路形式的控制单元的电原理图。例如在采用了如图3所示的由三个磁性传感器件的设置形式，可通过一种组合门电路形式的控制单元，以实现如表1所示输出关系的一种电路结构。由图7可以看出71～76指定了传感器单元1中A、B、C的唯一有效状态，凡不在这些有效状态范围内，如A、B、C输出全为“1”或全为“0”时，通过77和78向外输出一个叠加的空档信号。
图8是实现本发明方法时的一种集成电路形式的控制单元的电原理图。例如在采用了如图4所示的由四个磁性传感器件的设置形式，可以用一种四～十六译码器集成电路为主的方式，以实现如表2～表4所示输出关系的一种电路结构，如CMOS4514、或TTL74154等形式的集成电路。由图8可以看出四～十六译码器指定了传感器单元1中A、B、C、D的唯一有效状态，凡不在这些有效状态范围内，通过81和82向外输出一个叠加的空档信号。
图9是实现本发明方法时采用另一种集成电路形式控制单元的电路结构，采用的是如PLD等形式的集成电路，其输入端带有内部上拉或下拉电阻，其是在图8基础上取消了R81-R84外部上拉电阻，工作原理与图8的电路相同。
在电子学领域内，实现如表1、表2和表5的控制输出关系，还可以有其它多种实现的电路结构形式。例如，图7中的所采用的与门、或门和非门，可以通过晶体管等分立元件构成，这些在相关的文献中己作公开。此外，图7的电路也可以采用一种如CMOS4028、4051或TTL7442、7425等选择器或译码器集成电路及相应的外围电路实现；图8和图9中所示的四～十六译码器也可采用如图7所示的组合门电路结构形式替换。此外，应用可编程器件如单片机、PLD器件等作为实现本发明上述方法中所涉及控制单元，同样可以达到本发明的目的。
表3 部分或全部传感器失效输出“0”时的情况

表4 部分和全部传感器失效输出“1”时的情况

表5 图5所示传感信号组合方式与档位控制信号输出的关系

除控制单元外，在上述内容的基础上，通过采用另外的许多具体结构和/或装置形式，同样可以满意地实现本发明的目的。例如，上述结构中所说的该传感器单元1还可以是一种光电传感器、甚至一种机械式传感器，在传感源部件2可以是一种凸块的情况下，传感器单元1还可以是一种电器开关。此外，传感器单元1或传感源部件2的物理位置或分布关系也可以根据具体情况有所变化。
因此，不应将上述的实施例理解为是对本发明主题范围的限制。在不脱离和改变本发明上述技术思想情况下，根据本领域的普通技术知识和/或惯用手段做出多种形式的替换或变更，同样均属于本发明的范围之内。
权利要求
1.档位操纵杆位置信号的识别控制方法，对由至少可在前进档(D)、空档(N)、倒车档(R)和驻车档(P)间移动以改变行车状态的档位操纵杆(2a)和与之相配合部位间的位置传感装置获得的相应档位操纵杆位置信号进行处理，其特征是对所获得的档位操纵杆位置信号与正常的前进档(D)、空档(N)、倒车档(R)和驻车档(P)信号进行逻辑运算判断后，对与有效位置信号一致的，经控制单元(3)向档位操纵机构输出对应的档位信号；对与有效位置信号不一致的档位信号或档位紊乱信号时，经控制单元(3)向档位操纵机构优先强制输出转换至空档位的控制信号。
2.如权利要求1所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是用于获得所说的档位操纵杆位置信号的位置传感装置采用的是由档位操纵杆(2a)和与之相配合部位间的磁性传感信号。
3.如权利要求2所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是所说的档位操纵杆位置信号是由可随档位操纵杆(2a)同步移动的永磁结构体(2)和在其移动方向上的传感范围内设置的磁性传感器单元(1)产生的磁性传感信号，磁性传感器单元(1)中以间距定位方式设置有若干磁性传感器件(5)。
4.如权利要求3所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是所说的磁性传感器件(5)为在磁性传感器单元(1)中以等间距方式设置的三个，永磁结构体(2)为最多只允许与两个磁性传感器件(5)同时处于传感状态的永磁体结构。
5.如权利要求4所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是所说的永磁结构体(2)为经固定体(2f)连接的长短两永磁体(2b，2c)的组合体形式，其中固定体(2f)和较长永磁体(2b)的长度分别与相邻设置的两磁性传感器件(5)的相背端间的距离相适应，较短永磁体(2c)的长度与相邻设置的两磁性传感器件(5)的相邻端间的间距相适应。
6.如权利要求3所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是所说的磁性传感器件(5)为在磁性传感器单元(1)中以等间距设置的至少四个，永磁结构体(2)的长度为至少与两相邻设置的磁性传感器件(5)的相背端间的距离相适应。
7.如权利要求6所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是所说的磁性传感器件(5)为在磁性传感器单元(1)中以等间距设置的四个，永磁结构体(2)的长度为与两相邻设置的磁性传感器件(5)的相背端间的距离相适应。
8.如权利要求1所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是在所说的档位操纵杆(2a)和与之相配合部位的传感装置间设置有用于自动/手动控制的切换开关(2d)。
9.如权利要求1至8之一所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是对所获得的档位操纵杆位置信号是否属于正常档位位置信号的判断，是通过包括组合门电路或是集成电路在内的具有逻辑运算判断功能的电路实现。
10.如权利要求1至8之一所述的档位操纵杆位置信号的识别控制方法，其特征是对所获得的档位操纵杆位置信号是否属于正常档位位置信号的判断，是将所获得的档位操纵杆位置信号与预设单元中预置的正常前进档(D)、空档(N)、倒车档(R)和驻车档(P)有效信号进行比较，对与控制单元(3)中预设的预置档位有效信号一致的，由控制单元(3)向档位操纵机构输出相应的预置档位信号；对属于非预置正常档位有效信号或档位紊乱信号时，由控制单元(3)向档位操纵机构优先强制输出转换至空档位(N)的控制信号。
全文摘要
档位操纵杆位置信号的识别控制方法，对由至少可在前进档、空档、倒车档和驻车档间移动以改变行车状态的档位操纵杆和与之相配合部位间的位置传感装置获得的相应档位操纵杆位置信号进行逻辑运算判断后，对与正常的位置信号一致的，向档位操纵机构输出对应的档位信号；对与有效位置信号不一致的档位信号或档位紊乱信号时，向档位操纵机构优先强制输出转换至空档位的控制信号。在档位操纵杆位置传感器部分或全部失效的情况下，该方法可以被多元和被优先地使车辆保持为空档输出的有效状态，以保证行驶安全的目的。
文档编号F16H59/02GK1710304SQ20051002106
公开日2005年12月21日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者赵济威, 袁跃强 申请人:成都依姆特高科技有限责任公司