基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路的制作方法

本发明涉及非接触式开关霍尔、CAN总线技术应用领域，特别是一种基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路。

背景技术：

目前在我国，绝大部分的汽车其换档变速均采用手操纵杆来进行，而手操纵换档方法存在着许多缺点，不仅换档操作复杂、动作多、劳动强度大，尤其是重型车换档沉重，人力难以胜任，城市公共汽车换档频繁，也极易使人疲劳；而且手操纵换档是人为判断的，对驾驶员技术水平要求高，换档不易保持在最佳时刻，往往存在不合理驾驶，这样即降低车辆使用寿命，又增加油耗；另外，手动操作换挡的操作动作多，分散了驾驶员的注意力，增加了不安全因素。

手自动一体化换挡器具有P、R、N、D、M、M +、M - 共七个档位，现有换挡器的操纵杆处于某个档位时，档位指示模块会指示该档位，即该档位指示灯亮，在实际工作中，现有换挡器的档位指示与TCU档位状态、仪表档位显示不同步问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路,通过利用霍尔传感模块实现换挡器自动档M、M+、M-档位的信号采集，通过CAN总线发出换挡器当前档位信息，TCU控制器接受当前档位信息，实现换挡器自动档M档、M-档、M+档识别，通过CAN总线解决了换挡器档位指示与TCU档位状态、仪表档位显示不同步问题，同时电路设计上避免由输出短路、过压、ESD带来的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路，包括P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、档位状态识别模块、控制模块、CAN收发模块、CAN信号滤波模块和电源模块；所述档位状态识别模块用于检测手自动一体化换档器切换到手动挡时的实际档位状态，其中手动挡的实际档位状态包括M档、M+档和M-档；所述档位状态识别模块与控制模块连接，所述P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块分别与控制模块连接，所述CAN收发模块采用NXP收发器，所述控制模块与CAN收发模块的TXD端、RXD端连接，所述CAN收发模块的CANH端和CANL端经CAN信号滤波模块滤波后用于连接TCU控制器，所述电源模块给P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、档位状态识别模块、控制模块和CAN收发模块供电。

进一步地，所述CAN收发模块包括滤波电容C16、型号为TJA1040的NXP收发器U7、限流电阻R30和限流电阻R31； 所述CAN信号滤波模块包括共模滤波电路单元F1、电阻R33、电阻R34、电容C18、 TVS管TVS4、TVS管TVS5、电容C19和电容C20；所述NXP收发器U7的TXD端与限流电阻R30串联后连接控制模块，所述NXP收发器U7的 RXD端与限流电阻R31串联后连接控制模块，所述NXP收发器U7的VCC端与滤波电容C16一端、电源模块连接，所述滤波电容C16另一端接地，所述NXP收发器U7的CANH端和CANL端与共模滤波电路单元F1的输入端连接，所述电阻R33和电阻R34的一端并联后与电容C18一端连接，所述电容C18的另一端接地，所述电阻R33和电阻R34的另一端分别与NXP收发器U7的CANH端和CANL端连接，所述NXP收发器U7的GND端和STB端接地，所述NXP收发器U7的SPLIT端与电容C18的一端连接；所述TVS管TVS4和TVS管TVS5一端接地，所述TVS管TVS4和TVS管TVS5的另一端与共模滤波电路单元F1的输出端连接，所述共模滤波电路单元F1的输出端与电容C19、电容C20一端连接且用于连接TCU控制器，所述电容C19和电容C20另一端接地。

进一步地，所述档位状态识别模块包括四个用于采集M档、M+档和M-档档位信号的霍尔传感模块和四个霍尔信号滤波模块，所述霍尔传感模块的信号输出端与相应的霍尔信号滤波模块的输入端连接，所述霍尔信号滤波模块的输出端与控制模块连接，所述电源模块给四个霍尔传感模块供电。

进一步地，所述控制模块包括处理芯片、芯片引脚防护电路单元、晶振电路单元、上电复位电路单元和芯片电源滤波电路单元；所述处理芯片串联芯片引脚防护电路单元后与档位状态识别模块、P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、CAN收发模块连接；所述处理芯片的电源端与芯片电源滤波电路单元连接且与电源模块连接，所述晶振电路单元和上电复位电路单元分别与处理芯片连接。

在上述方案基础上，基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路，包括用于驱动P档电磁阀的低边驱动模块、用于给P档电磁阀的输入电源滤波的滤波模块和用于低边驱动模块使能的使能模块，所述使能模块的输入端用于连接TCU控制器，所述使能模块的输出端与低边驱动模块的使能端连接，所述低边驱动模块的输入端用于连接P档电磁阀的负极，所述低边驱动模块的输出端接地，所述滤波模块的输入端用于连接TCU的电源输出端，所述滤波模块的输出端用于连接P档电磁阀的正极。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：当换挡器处在M、M+、M-档位时，换挡器硬件设计上，通过霍尔传感模块采集换挡器自动档M、M+、M-档位的档位信号，通过CAN总线发送给TCU控制器，实现自动档M、M+、M-档位反馈识别，以便TCU控制器了解实时档位信息；当TCU控制器判定换挡器处于P档、R档、N档、D档、M档时，可以将档位信息通过CAN总线发送给换挡器，换挡器接受CAN报文信息，点亮相应的档位指示模块，实现换挡器档位信息的实时显示；当换挡器处P档位时，TCU控制器通过硬线命令，控制P档电磁阀电源使能模块，执行电磁阀锁住P档机构动作，实现P档的锁止；当电源模块出现过压或干扰时，电源稳压模块和电源滤波模块将吸收过压和干扰信号，以保护后面的相关信号处理电路。

附图说明

图1所示为本发明的模块结构示意图；

图2所示为本发明中电源模块的电路示意图；

图3所示为本发明中P档、R档、N档、D档、手动档档位指示模块的电路示意图；

图4所示为本发明中档位状态识别模块的电路示意图；

图5所示为本发明中CAN收发模块、CAN信号滤波模块的电路示意图；

图6所示为本发明中控制模块的电路示意图；

图7所示为本发明中低边驱动模块、滤波模块和使能模块的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明，以使更能理解本发明的创造点所在。

如图1所示，基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路，包括P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、档位状态识别模块、控制模块、CAN收发模块、CAN信号滤波模块和电源模块；所述档位状态识别模块用于检测手自动一体化换档器切换到手动挡时的实际档位状态，其中手动挡的实际档位状态包括M档、M+档和M-档；所述档位状态识别模块与控制模块连接，所述P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块分别与控制模块连接，所述CAN收发模块采用NXP收发器，所述控制模块与CAN收发模块的TXD端（数据发送端）、RXD端（数据接收端）连接，所述CAN收发模块的CANH端（高电平CAN总线端）和CANL端（低电平CAN总线端）经CAN信号滤波模块滤波后用于连接TCU控制器，所述电源模块给P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、档位状态识别模块、控制模块和CAN收发模块供电。

本发明的处理芯片、低边驱动模块、CAN收发模块、霍尔传感模块可分别采用现有处理器芯片、低边驱动芯片、CAN收发器、非接触式开关霍尔传感器，其芯片周边的器件为现有产品，在应用时，电池输入端经过连接电源模块，将电源供给霍尔传感模块，霍尔传感模块实现换挡器自动档M、M+、M-档位的信号采集，通过CAN总线发出换挡器当前档位信息，TCU控制器接受当前档位信息，实现换挡器自动档M档、M-档、M+档识别，TCU控制器将档位信息通过CAN总线反馈给控制模块，控制模块控制P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块工作，从而解决了现有换挡器的档位指示与TCU档位状态、仪表档位显示不同步问题，该电路设计上避免由输出短路、过压、ESD带来的问题。

具体地，如图5所示，所述CAN收发模块包括滤波电容C16、型号为TJA1040的NXP收发器U7、限流电阻R30和限流电阻R31； 所述CAN信号滤波模块包括共模滤波电路单元F1、电阻R33、电阻R34、电容C18、 TVS管TVS4、TVS管TVS5、电容C19和电容C20；所述NXP收发器U7的TXD端与限流电阻R30串联后连接控制模块，所述NXP收发器U7的 RXD端与限流电阻R31串联后连接控制模块，所述NXP收发器U7的VCC端与滤波电容C16一端、电源模块连接，所述滤波电容C16另一端接地，所述NXP收发器U7的CANH端和CANL端与共模滤波电路单元F1的输入端连接，所述电阻R33和电阻R34的一端并联后与电容C18一端连接，所述电容C18的另一端接地，所述电阻R33和电阻R34的另一端分别与NXP收发器U7的CANH端和CANL端连接，所述NXP收发器U7的GND端和STB端接地，所述NXP收发器U7的SPLIT端与电容C18的一端连接；所述TVS管TVS4和TVS管TVS5一端接地，所述TVS管TVS4和TVS管TVS5的另一端与共模滤波电路单元F1的输出端连接，所述共模滤波电路单元F1的输出端与电容C19、电容C20一端连接且用于连接TCU控制器，所述电容C19和电容C20另一端接地。

在上述方案中，所述档位状态识别模块包括四个用于采集M档、M+档和M-档档位信号的霍尔传感模块和四个霍尔信号滤波模块，所述霍尔传感模块的信号输出端与相应的霍尔信号滤波模块的输入端连接，所述霍尔信号滤波模块的输出端与控制模块连接，所述电源模块给四个霍尔传感模块供电。具体的，如图4所示，四个霍尔传感模块分别采用开关霍尔传感器U1、U2、U3、U4，型号为A1106，滤波电容C1、电容C2、电容C3、电容C4分别连接开关霍尔传感器U1、U2、U3、U4的电源输入端，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4组成了开关霍尔传感器U1、U2、U3、U4的偏置电阻；霍尔信号滤波电路由电阻R5、R6、R7、R18和电容C6、C7、C21、C22组成。

在上述方案中，所述控制模块包括处理芯片、芯片引脚防护电路单元、晶振电路单元、上电复位电路单元和芯片电源滤波电路单元；所述处理芯片串联芯片引脚防护电路单元后与档位状态识别模块、P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、CAN收发模块连接；所述处理芯片的电源端与芯片电源滤波电路单元连接且与电源模块连接，所述晶振电路单元和上电复位电路单元分别与处理芯片连接。具体地，如图6所示，处理芯片U6型号为MC9S12GN16，芯片引脚防护电路单元由排阻RA1-RA6组成，晶振电路单元由晶振X1和电阻R26组成，上电复位电路单元由电阻R28和电容C15组成，芯片电源滤波电路单元由电容C13、电容C14和磁珠B1组成。

在上述方案中，所述电源模块包括电源稳压模块、电源滤波模块和12V转换5V模块，所述电源稳压模块、电源滤波模块、12V转换5V模块依次串联，所述12V转换5V模块的输出端给P档档位指示模块、R档档位指示模块、N档档位指示模块、D档档位指示模块、手动档档位指示模块、档位状态识别模块、控制模块和CAN收发模块供电。具体的，如图2所示，IGN即12V电源， 陶瓷电容C8、陶瓷电容C9、防反接二极管D4、TVS管TVS1组成电源稳压模块；电解电容E1、电容C10组成电源滤波模块；线性电源U5、电容C11、电容C12组成12V转换5V模块，；其中U5的优选型号为L5150N。

如图3所示， 所述P档档位指示模块由三极管Q4、发光二极管LED1、限流电阻R1、限流电阻R29、控制信号的滤波电容C1、控制信号匹配电阻R8和R13；R档档位指示模块由三极管Q1、发光二极管LED2、限流电阻R2、限流电阻R30、控制信号的滤波电容C2、控制信号匹配电阻R9和R14；N档档位指示模块由三极管Q5、发光二极管LED3、限流电阻R3、限流电阻R31、控制信号的滤波电容C3、控制信号匹配电阻R10和R15；D档档位指示模块由三极管Q2、发光二极管LED4、限流电阻R4、限流电阻R32、控制信号的滤波电容C4、控制信号匹配电阻R11和R16；手动档档位指示模块由三极管Q3、发光二极管LED5、与LED5配合的限流电阻R5和限流电阻33、发光二极管LED6、与LED6配合的限流电阻R6和限流电阻34、发光二极管LED7、与LED7配合的限流电阻R7和限流电阻35、控制信号的滤波电容C5、控制信号匹配电阻R12和R17。

在上述方案基础上，基于CAN总线通信的手自动一体化换档器的电路，包括用于驱动P档电磁阀的低边驱动模块、用于给P档电磁阀的输入电源滤波的滤波模块和用于低边驱动模块使能的使能模块，所述使能模块的输入端用于连接TCU控制器，所述使能模块的输出端与低边驱动模块的使能端连接，所述低边驱动模块的输入端用于连接P档电磁阀的负极，所述低边驱动模块的输出端接地，所述滤波模块的输入端用于连接TCU的电源输出端，所述滤波模块的输出端用于连接P档电磁阀的正极。

具体的，如图7所示，所述滤波模块由防反接二极管D5、匹配电阻R37、匹配电阻R38、电容C17组成，所述防反接二级管D5的正极用于连接TCU控制器的电源输出端，所述匹配电阻R37、匹配电阻R38和电容C17并联且一公共端接地，另一公共端与防反接二级管D5的负极连接且用于连接P档电磁阀的正极，所述使能模块由匹配电阻R29、匹配电阻R32、驱动三极管Q7组成，所述电源模块与匹配电阻R32 一端、驱动三极管Q7的发射极连接，所述匹配电阻R29的一端用于连接TCU控制器，其另一端与匹配电阻R32的另一端、驱动三极管Q7的基极连接，所述驱动三极管Q7的集电极与低边驱动模块连接，所述低边驱动模块由型号为NCV8402的低边驱动芯片U8、电阻R36、电阻R35、续流二极管D6、瞬态过压保护TVS管TVS3组成，所述低边驱动芯片U8的1引脚与电阻R36的一端连接，所述电阻R36的另一端与所述驱动三极管Q7的集电极、电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端与低边驱动芯片U8的3引脚连接且接地，所述低边驱动芯片U8的2引脚和4引脚用于连接P档电磁阀的负极且与TVS管TVS3的一端、续流二极管D6的正极连接，所述TVS管TVS3的另一端接地，所述续流二极管D6的负极与防反接二级管D5的负极连接。

当换挡器处在M、M+、M-档位时，换挡器硬件设计上，通过霍尔传感模块采集换挡器自动档M、M+、M-档位的档位信号，通过CAN总线发送给TCU控制器，实现自动档M、M+、M-档位反馈识别，以便TCU控制器了解实时档位信息；当TCU控制器判定换挡器处于P档、R档、N档、D档、M档时，可以将档位信息通过CAN总线发送给换挡器，换挡器接受CAN报文信息，点亮相应的档位指示模块，实现换挡器档位信息的实时显示；当换挡器处P档位时，TCU控制器通过硬线命令，控制P档电磁阀电源使能模块，执行电磁阀锁住P档机构动作，实现P档的锁止；当电源模块出现过压或干扰时，电源稳压模块和电源滤波模块将吸收过压和干扰信号，以保护后面的相关信号处理电路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。