专利名称：一种对于液压传动自动换档机构的控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及液压传动车辆的自动换档机构的控制方法，主要是一种基于CAN总线通信的对于液压传动自动换档机构的控制装置及方法。
背景技术：
传统换档技术需要驾驶员控制离合器踏板和换档杆，容易造成驾驶疲劳，且驾驶员的误操作会造成行驶危险。近年来自动换档机构发展迅速，从变速原理看，主要分为无级变速和齿轮箱变速两种。无级变速技术连续改变传动比，消除了“换档”概念，但是目前无级变速系统在扭矩承受极限上，仍不如齿轮变速箱，限制了其在汽车上的应用。且无级变速机构构造与齿轮变速箱完全不同，而目前大部分车辆生产线为齿轮变速结构，无改装升级可行性，因此，重点仍在于为齿轮变速箱加装自动换档机构。该机构应具有以下基本性能一、控制实时，能迅速根据行驶参数作出换档控制。二、控制安全，系统稳定可靠，为错误信号或操作提供保护。三、控制智能化，采取有效的控制算法，保证换档平稳，减小换档“真空期”以减少对相关器件的冲击。四、控制通用性，能与其它电控机构如发动机，ABS防抱死系统进行有效通信，并具有可扩展性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，而提供一种面向齿轮变速箱的安全，可靠，高效的对于液压传动自动换档机构的控制装置及方法。
本发明解决技术问题所用的技术方案这种对于液压传动自动换档机构的控制装置，主要包括一主控模块，作为发动机控制单元ECU的下位机，用于执行ECU的控制指令；一电磁阀控制模块，与主控模块电连接，用于执行主控模块发出的控制信号，控制电磁阀的开关；一换档拨杆位置检测电路，与主控模块电连接，用于监测换档拨杆的状态，并反馈给主控模块；一CAN通信模块，与主控模块电连接，用于与发动机控制单元ECU交换数据；一数据采集模块，包括一自动/手动档信号采集电路，用于采集自动/手动档的开关控制信号；一换档信号采集电路，用于采集换档手柄的挂档信号；其中，主控模块通过CAN收发电路与ECU通信，执行ECU发出的换档控制命令，同时检测电磁阀、换档拨杆的动作，控制算法模块参照ECU的控制信号，以及当前电磁阀与换档杆的状态，根据控制算法进行运算，产生控制输出。
这种对于液压传动自动换档机构的控制方法，具体控制步骤如下①系统初始化；②采集手动/自动开关量信号并进行判断。若为自动，则执行第3步，若为手动，则执行第5步；③自动模式，等待接收ECU的CAN包；④ECU的CAN包到达，程序分离出其中的换档控制信号，对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；⑤手动模式，采集换档手柄的控制信号，并转换成数字量。对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；⑥根据控制信号，用电磁阀操纵换档拨杆进行换档；⑦采集电磁阀检测电路的反馈信号，判断换档是否成功执行；⑧若换档执行成功，则跳转到第2步，开始继续等待新的换档信号；若换档不成功，则跳转到第6步重新执行。
本发明的有益效果是实现对换档机构的有效控制。保证行驶过程中换档的安全和及时有效。完善车载控制一体化中的变速控制部分，保证了与其它电控系统的有效通信，并具有良好的可扩展性。有效降低了自动换档的改造成本，可适用于各种齿轮变速箱的换档机构，应用范围广。
图1是本发明的系统总体设计；图2是本发明的整体电路图；
图3是本发明的换档机构示意图；图4是本发明的电磁阀控制电路图；图5是本发明的电磁阀监测电路图；图6是本发明的开关信号检测电路图；图7是本发明的其它信号检测电路图；图8是本发明的CAN总线收发电路图；图9是本发明的控制算法流程图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
对照汽车控制模型，本发明的总体系统结构图如附图1所示，这种对于液压传动自动换档机构的控制装置主要由五个模块组成电磁阀控制模块，数据采集模块，CAN通信模块，主控模块，控制算法模块。其中控制算法模块为软件模块，其余四个模块为实际电路模块。软件模块在主控模块中得到实现，并通过其余三个电路模块与外部电路相连接，构成一个整体。具体地说，本系统包括一主控模块，作为发动机控制单元ECU的下位机，用于执行ECU的控制指令；一电磁阀控制模块(图4)，与主控模块电连接，用于执行主控模块发出的控制信号，控制电磁阀的开关；一换档拨杆位置检测电路，与主控模块电连接，用于监测换档拨杆的状态，并反馈给主控模块；一CAN通信模块(图8)，与主控模块电连接，用于与发动机控制单元ECU交换数据；一数据采集模块(图6，7所示)包括一自动/手动档信号采集电路，用于采集自动/手动档的开关控制信号；一换档信号采集电路，用于采集换档手柄的挂档信号；其中，主控模块通过CAN收发电路与ECU通信，执行ECU发出的换档控制命令，同时检测电磁阀、换档拨杆的动作，控制算法模块参照ECU的控制信号，以及当前电磁阀与换档杆的状态，根据控制算法进行运算，产生控制输出。
电磁阀控制模块负责对电磁阀的控制。具体控制原理如图3，过程如下①通常情况下，换档拨杆保持在3档和4档之间的空档位置。换挡拨杆在换挡以后由锁止机构锁止。
②从空档换成1档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV3的打开，将换档拨杆横向移动到1档和2档之间，然后再输出PWM波控制电磁阀EV1的打开，将换档拨杆啮合到1档位置，完成空档到1档的切换。电磁阀EV2和EV4则保持关闭状态。
③从1档换成2档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV3的打开，将换档拨杆横向移动到1档和2档之间，然后再输出PWM波控制电磁阀EV2的打开，将换档拨杆脱离1档位置，然后啮合到2档位置，完成1档到2档的切换。电磁阀EV1和EV4则保持关闭状态。
④从2档换成3档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV1打开，使换档拨杆脱开2档，EV1仍然打开直到将换挡拨杆啮合到3档位置，完成2档到3档的切换。电磁阀EV2，EV3和EV4则保持关闭状态。
⑤从3档换成4档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV2的打开，将换档拨杆脱离3档，然后啮合到4档位置，完成3档到4档的切换。电磁阀EV1，EV3和EV4则保持关闭状态。
⑥从4档换成5档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV1打开，使换档拨杆脱离4档，然后EV4打开将换档拨杆横向移动到5档和R档之间，EV1仍然打开直到将换挡拨杆啮合到5档位置。电磁阀EV1，EV2和EV3则保持关闭状态。
⑦从N档换成R档(倒档)主控模块输出PWM波控制电磁阀EV4打开，将换档拨杆横向移动到5档和R档之间，EV2仍然打开直到将换挡拨杆啮合到R档位置。电磁阀EV1和EV3则保持关闭状态。
五路电磁阀控制电路的工作原理相似，现以EV0为例，其工作原理为HCS12的8号引脚作输出口，连接74LS00的1，2引脚，通过74LS00反向驱动，提高驱动能力；74LS00的3号引脚作为反向输出，接光藕隔离器TLP250的3号引脚，同时TLP250的2号引脚接地，当HCS12输出为低电平时，光藕导通，6号引脚输出15V高电平。光藕的6号引脚接三极管的基极，此时达到开启电压，三极管导通，发射极输出12V电压，驱动电磁阀进行动作。
采集模块包括电磁阀监测电路(图5)和其它信号采集电路(图6，7)。电磁阀监测电路的工作原理为输入线路分别外连电磁阀的GPS(啮合传感器)，SPS(选择传感器)，OPS(油压传感器)和CPS(离合器传感器)，经过电阻电容进行RC滤波，连接到主控芯片HCS12的AD输入口(51～54号管脚)，通过该4只引脚的输入来确定换档拨杆位置。其它信号采集电路包括开关信号采集电路和换档杆动作采集电路。换档杆动作采集电路的输入只在手动/自动切换键状态为手动时有效；在自动状态时，换档动作信号由发动机控制单元ECU发出。开关信号采集电路的原理为输入或输入的分压信号(最大输入电压超过三极管击穿电压)接三极管基极，当达到开启电压时，三极管导通，HCS12的5～7号引脚平时接高电平，此时的输入状态由高电平变为低电平，HCS12接收到此信号并作出处理。换档手柄动作采集电路的工作原理为采集端串连一个定值电阻后接参考电压(5V)，采集端与定值电阻之间接HCS12的AD输入口(1～4号引脚)。根据基尔霍夫定律，换档手柄内部所串连电阻值与定值电阻之比，等于AD输入电压与AD输入电压和参考电压之差的比。由此可求得换档杆状态。
CAN通信模块包括CAN收发电路(图8)用于主控模块与ECU之间的通信。CAN收发电路采用TJA1050专用收发芯片。其TXD和RXD端口分别与HCS12的74和75号端口相连。HCS12的74和75端口分别作输出输入口，通过TJA1050进行数据接收和发送。
主控模块为HCS12芯片，对各输入输出口进行处理，承载并实现控制算法。
下面介绍本发明的对于液压传动自动换档机构的控制方法，算法流程如图8所示，具体控制步骤如下①系统初始化；②采集手动/自动开关量信号并进行判断。若为自动，则执行第3步，若为手动，则执行第5步；③自动模式，等待接收ECU的CAN包；④ECU的CAN包到达，程序分离出其中的换档控制信号，对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；⑤手动模式，采集换档手柄的控制信号，并转换成数字量。对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；⑥根据控制信号，用电磁阀操纵换档拨杆进行换档；⑦采集电磁阀检测电路的反馈信号，判断换档是否成功执行；⑧若换档执行成功，则跳转到第2步，开始继续等待新的换档信号；若换档不成功，则跳转到第6步重新执行。
权利要求
1.一种对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征是主要包括一主控模块，作为发动机控制单元ECU的下位机，用于执行ECU的控制指令；一电磁阀控制模块，与主控模块电连接，用于执行主控模块发出的控制信号，控制电磁阀的开关；一换档拨杆位置检测电路，与主控模块电连接，用于监测换档拨杆的状态，并反馈给主控模块；一CAN通信模块，与主控模块电连接，用于与发动机控制单元ECU交换数据；一数据采集模块，包括一自动/手动档信号采集电路，用于采集自动/手动档的开关控制信号；一换档信号采集电路，用于采集换档手柄的挂档信号；其中，主控模块通过CAN收发电路与ECU通信，执行ECU发出的换档控制命令，同时检测电磁阀、换档拨杆的动作，控制算法模块参照ECU的控制信号，以及当前电磁阀与换档杆的状态，根据控制算法进行运算，产生控制输出。
2.根据权利要求1所述的对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征在于电磁阀控制模块的电路连接关系是HCS12的8号引脚作输出口，连接74LS00的1，2引脚，通过74LS00反向驱动；74LS00的3号引脚作为反向输出，接光藕隔离器TLP250的3号引脚，同时TLP250的2号引脚接地，当HCS12输出为低电平时，光藕导通，6号引脚输出15V高电平，光藕的6号引脚接三极管的基极，此时达到开启电压，三极管导通，发射极输出12V电压，驱动电磁阀进行动作。
3.根据权利要求1所述的对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征在于换档拨杆位置检测电路的电路连接关系是输入线路分别外连电磁阀的啮合传感器，选择传感器，油压传感器和离合器传感器，经过电阻电容进行RC滤波，连接到主控芯片HCS12的AD输入口51～54号管脚，通过该4只引脚的输入来确定换档拨杆位置。
4.根据权利要求1所述的对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征在于自动/手动档信号采集电路的电路连接关系是输入或输入的分压信号，即最大输入电压超过三极管击穿电压接三极管基极，当达到开启电压时，三极管导通，HCS12的5～7号引脚平时接高电平，此时的输入状态由高电平变为低电平，HCS12接收到此信号并作出处理。
5.根据权利要求1所述的对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征在于换档信号采集电路的电路连接关系是采集端串连一个定值电阻后接参考电压，采集端与定值电阻之间接HCS12的AD输入口1～4号引脚，其中换档手柄内部所串连电阻值与定值电阻之比，等于AD输入电压与AD输入电压和参考电压之差的比。
6.根据权利要求1所述的对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征在于CAN通信模块采用TJA1050专用收发芯片，其TXD和RXD端口分别与HCS12的74和75号端口相连，HCS12的74和75端口分别作输出输入口，通过TJA1050进行数据接收和发送。
7.根据权利要求1所述的对于液压传动自动换档机构的控制装置，其特征在于主控模块为HCS12芯片，对各输入输出口进行处理，承载并实现控制算法。
8.一种对于液压传动自动换档机构的控制方法，其特征在于具体控制步骤如下①系统初始化；②采集手动/自动开关量信号并进行判断。若为自动，则执行第3步，若为手动，则执行第5步；③自动模式，等待接收ECU的CAN包；④ECU的CAN包到达，程序分离出其中的换档控制信号，对电磁阀发出相应的控制信号，执行第6步；⑤手动模式，采集换档手柄的控制信号，并转换成数字量，对电磁阀发出相应的控制信号，执行第6步；⑥根据控制信号，用电磁阀操纵换档拨杆进行换档；⑦采集电磁阀检测电路的反馈信号，判断换档是否成功执行；⑧若换档执行成功，则跳转到第2步，开始继续等待新的换档信号；若换档不成功，则跳转到第6步重新执行。
9.根据权利要求8所述的对于液压传动自动换档机构的控制方法，其特征在于电磁阀控制模块负责对电磁阀的控制，过程如下①通常情况下，换档拨杆保持在3档和4档之间的空档位置，换挡拨杆在换挡以后由锁止机构锁止；②从空档换成1档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV3的打开，将换档拨杆横向移动到1档和2档之间，然后再输出PWM波控制电磁阀EV1的打开，将换档拨杆啮合到1档位置，完成空档到1档的切换，电磁阀EV2和EV4则保持关闭状态；③从1档换成2档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV3的打开，将换档拨杆横向移动到1档和2档之间，然后再输出PWM波控制电磁阀EV2的打开，将换档拨杆脱离1档位置，然后啮合到2档位置，完成1档到2档的切换，电磁阀EV1和EV4则保持关闭状态；④从2档换成3档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV1打开，使换档拨杆脱开2档，EV1仍然打开直到将换挡拨杆啮合到3档位置，完成2档到3档的切换；电磁阀EV2，EV3和EV4则保持关闭状态；⑤从3档换成4档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV2的打开，将换档拨杆脱离3档，然后啮合到4档位置，完成3档到4档的切换。电磁阀EV1，EV3和EV4则保持关闭状态；⑥从4档换成5档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV1打开，使换档拨杆脱离4档，然后EV4打开将换档拨杆横向移动到5档和R档之间，EV1仍然打开直到将换挡拨杆啮合到5档位置，电磁阀EV1，EV2和EV3则保持关闭状态；⑦从N档换成倒档主控模块输出PWM波控制电磁阀EV4打开，将换档拨杆横向移动到5档和R档之间，EV2仍然打开直到将换挡拨杆啮合到R档位置，电磁阀EV1和EV3则保持关闭状态。
全文摘要
本发明涉及一种对于液压传动自动换档机构的控制装置，主控模块通过CAN收发电路与ECU通信，执行ECU发出的换档控制命令，同时检测电磁阀、换档拨杆的动作，控制算法模块参照ECU的控制信号，以及当前电磁阀与换档杆的状态，根据控制算法进行运算，产生控制输出。这种对于液压传动自动换档机构的控制方法，具体控制步骤如下采集手动/自动开关量信号并进行判断；根据控制信号，用电磁阀操纵换档拨杆进行换档；采集电磁阀检测电路的反馈信号，判断换档是否成功执行。本发明的有益效果是实现对换档机构的有效控制。保证行驶过程中换档的安全和及时有效。完善车载控制一体化中的变速控制部分，保证了与其它电控系统的有效通信，并具有良好的可扩展性。
文档编号F16H61/02GK1740596SQ20051006073
公开日2006年3月1日 申请日期2005年9月12日 优先权日2005年9月12日
发明者吴朝晖, 赵民德, 吕攀, 米成, 潘杭平, 杨国青, 高志刚 申请人:浙江大学