CN102022523B - 自动变速器电控单元及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动变速器电控单元，变速器电控单元接收点火开关、刹车、节气门传感器和杆位传感器信号，变速器电控单元输出驱动信号送至电磁阀，电磁阀反馈电流信号给电控单元，电磁阀驱动液压系统工作带动齿轮箱工作，杆位传感器输出杆位信号送至液压系统，同时油温传感器采集油温信号、液压传感器采集油压信号以及转速传感器采集齿轮箱的转速信号反馈至变速器电控单元，变速器电控单元输出故障信号至故障指示灯，另有变速器电控单元和发动机电控单元之间以CAN总线通信。本发明的优点是在少量增加成本的情况下，能有效识别传感器、电磁阀以及微控制器的故障，从而采取相应措施，确保行车安全。

Description

自动变速器电控单元及控制方法

技术领域

    本发明涉及一种电控单元，特别涉及一种自动变速器的电控单元。 

背景技术

自动变速器TCU（Transmission Control Unit）以其操作简便，可提高发动机和传动系使用寿命以及增强汽车动力性和舒适性等诸多优点，在市场上的份额日益增大。TCU作为自动变速器的核心技术，其软硬件好坏直接影响整车性能的优劣。 

在专利号为200810056476.1的发明中，采用了两个的控制器；当前工作的控制器失效时，由另一个控制器代替其工作，以保证车辆正常行驶。但当传感器或者外部电路出现故障的时，两控制器读入的信号均为错误信号，对车辆行驶造成的安全威胁；此外，增加一个控制器也使得自动变速器的成本大为提升。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种可靠性高，且成本增加少的自动变速器电控单元。 

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种自动变速器电控单元，该自动变速器电控单元的输入端与点火开关、刹车、节气门传感器和杆位传感器连接，点火开关还与发动机电控单元的连接，变速器电控单元输出驱动信号送至变速器箱体内的电磁阀，电磁阀反馈电流信号给变速器电控单元，电磁阀驱动液压系统工作带动齿轮箱工作，杆位传感器输出“P、R、N、D、2”杆位信号送至变速器箱体内的液压系统，同时变速器箱体内的油温传感器采集油温信号、液压传感器采集油压信号以及转速传感器采集齿轮箱的转速信号反馈至变速器电控单元，变速器电控单元输出故障信号至故障指示灯，另有变速器电控单元和发动机电控单元之间以CAN总线通信。 

所述自动变速器电控单元为一块集成电路板，该集成电路板包括核心控制器芯片、监控芯片以及外围的电源电路，点火电路、输入模拟信号调理电路、输入数字信号调理电路、电磁阀驱动电路、CAN通信电路以及故障指示电路，核心控制器芯片与监控芯片双向连接，核心控制器芯片接收模拟信号调理电路和数字信号调理电路的信号，还接收电磁阀驱动电路的反馈电流信号，核心控制器芯片输出信号控制电磁阀驱动电路；监控芯片接收数字信号调理电路和点火电路的信号，输出信号至故障指示电路，监控芯片还与电磁阀电源模块连接。 

所述的点火电路与杆位输入电路采用互锁结构，只有当杆位在P或N时，点火信号才能输入到核心控制器芯片。 

所述的监控芯片采用Altera的可编程逻辑器件EPM7064，具有较高的可靠性，由它负责对核心控制器芯片、输入信号和反馈信号的监控，以提高整个电控单元的可靠性。 

一种自动变速器电控单元的控制方法，包括如下的步骤： 

⑴程序初始化，进入杆位读取；

⑵判断是否为D档；若不是D档，则继续读取；若是D档，则进入下一步；

⑶读取车速、输入输出轴转速、节气门开度、油温和电磁阀电流信号；

⑷判断是否是换档；若要换档，进入换档的逻辑表，根据换档逻辑表进行换档，进入下一步；

                  若无需换档，则进入下一步；

⑸判断变矩器是否要锁止；若要锁止，则将变矩器锁止，进入下一步；

                        若无需锁止，则进入下一步；

⑹发送看门狗信号并读取串口信号；

⑺执行诊断程序，判断转速是否符合当前档位；否，转第    步；是，则进入下一步；

⑻判断电磁阀电流是否正常；否，转第    步；是，则进入下一步；

⑼判断各传感器信号是否正常；否，转第    步；是，则转第⑴步骤；

⑽判断是否进入安全模式；否，则转第⑴步骤；

                        是，进入安全模式，转第⑴步骤。

程序以10ms为一个循环周期，执行完换挡程序后至少执行一次诊断程序，若执行时间没有到10ms，将不断执行诊断程序直到10ms。这样在10ms的周期内，必会发一次看门狗信号给监控芯片，从而使监控芯片确认主程序运行正常。 

本发明的优越功效在于：在少量增加成本的情况下，能有效识别传感器、电磁阀以及微控制器的故障，从而采取相应措施，确保行车安全。 

附图说明

图1是本发明的电路原理方框图； 

图2是本发明的核心控制芯片与监控芯片的连接框图；

图3是本发明的监控芯片功能逻辑框图；

图4是本发明的电源电路原理图；

图5是本发明的点火电路原理图；

图6是本发明的杆位信号调理电路原理图；

图7是本发明的油压信号采集调理电路原理图；

图8是本发明的转速信号调理电路原理图；

图9是本发明的模拟量采集调理电路原理图；

图10是本发明的电磁阀驱动电路原理图；

图11是本发明的故障指示电路原理图；

图12是本发明的工作流程图；

图中标号说明

1—变速器电控单元；

101—核心控制芯片；                      102—监控芯片；

2—发动机电控单元；                      3—电磁阀；

4—液压系统；                            5—齿轮箱；

6—转速传感器；                          7—液压传感器；

8—油温传感器；                          9—故障指示灯；

10—杆位传感器；                         11—节气门传感器；

12—刹车；                               13—点火开关；

14—电磁阀电源模块；                     15—CAN总线模块；

16—模拟信号调理电路；                   17—数字信号调理电路；

18—点火电路；                            19—故障指示电路。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。 

如图1所示，本发明提供了一种自动变速器电控单元，点火开关13启动变速器电控单元1和发动机电控单元2，变速器电控单元1采集杆位传感器10的杆位信号，只有当杆位在D挡时才进入换挡逻辑，变速器电控单元1接收各传感器信号，包括节气门传感器11、油温传感器8、转速传感器6、刹车传感器12，这些信号经调理电路调理，依据控制策略，向各电磁阀发出驱动指令，电磁阀根据指令做出相应的动作，并通过液压系统4来实现离合器的分离或者接合，实现不同挡位的齿轮的啮合从而实现换挡，同时，变速器电控单元1从电磁阀3、液压传感器7和转速传感器6采集反馈信号，以判断当前换挡是否正确，如果换挡不正确，将采取相应措施并点亮故障指示灯9。变速器电控单元1通过CAN总线模块15和发动机电控单元2以及车身其它单元通讯。 

如图2所示，所述自动变速器电控单元为一块集成电路板，该集成电路板包括核心控制器芯片101、监控芯片102以及外围的电源电路，点火电路18、输入模拟信号调理电路16、输入数字信号调理电路17、电磁阀驱动电路、CAN总线模块15以及故障指示电路19，核心控制器芯片101与监控芯片102双向连接，核心控制器芯片101接收模拟信号调理电路16和数字信号调理电路17的信号，还接收电磁阀驱动电路的反馈电流信号，核心控制器芯片101输出信号控制电磁阀驱动电路；监控芯片102接收数字信号调理电路17和点火电路18的信号，输出信号至故障指示电路19，监控芯片102还与电磁阀电源模块14连接。 

核心控制器芯片101选用MC9S12XEP100，监控芯片102选用EPM7064，CAN总线模块15选用TJA1050。 

模拟信号调理电路16包括节气门开度、油温的调理以及电磁阀反馈电流的调理；数字信号调理电路17包括各路油压信号、输入轴转速、输出轴转速、车速和杆位信号的调理，其中，输出轴转速和车速信号是既输入核心控制器芯片101，又输入监控芯片102。 

在车辆通电以后，核心控制器芯片101和监控芯片102一直处于通电状态，只有当点火电路收到点火信号时，变速器电控单元1的其它模块才开始工作，电磁阀电源14也由监控芯片102管理，电磁阀驱动模块负责驱动电磁阀，CAN总线模块15负责与发动机电控单元2以及车身其它单元通讯。 

所述的点火电路18与杆位输入电路采用互锁结构，只有当杆位在P或N时，点火信号才能输入到核心控制器芯片101。 

如图3所示，由于CPLD器件输入引脚的箝位电平和输出引脚的原始电平可预先设定，一开机立即就能达到预定电平，状态明确。可编程逻辑宏单元或逻辑块之间的相互连线在同一封装内，受外界干扰影响小，电磁兼容(EMC)性能好。监控芯片102采用Altera的可编程逻辑器件EPM7064，起到检测核心控制器芯片101看门狗信号，检测点火信号以使变速器电控单元1的其它模块通电，实现电磁阀电源的互锁，处理车速(Nt)和输出轴转速(No)信号并发送当前挡位给核心控制器芯片101。 

监控芯片102实现以下逻辑功能：fs2为点火信号，为一脉冲，fs2一路输入ign_out模块，ign_out的功能是在监测到一脉冲后输出一个高电平enb，使变速器电控单元1的其它模块通电；fs2另一路输入一个或门，当点火脉冲输入时，或门输出高电平，kill为核心控制器芯片101的输入信号，核心控制器芯片101正常工作，会输出高电平，两个信号经过一与门，输出高电平mosenb，mosenb信号打开电磁阀电源14。 

信号CLK为EPM7064的时钟，经divide模块分频后得到100Hz的时钟，wgd_in为核心控制器芯片101输出的看门狗信号，当核心控制器芯片101正常运行时，会在10ms的时间内输出一个脉冲，给监控芯片102“喂狗”，detctor为看门狗模块，当wgd_in看门狗信号正确时，detctor输出高电平，当核心控制器芯片101程序跑飞从而看门狗信号错误时，detctor输出低电平。 

信号fsw为电磁阀电源的反馈信号，当mosenb输出高电平信号打开电磁电源后，fsw也变为高电平，它与detctor输出的高电平经过与门后，一路给rst模块，rst模块的作用是：重启核心控制器芯片101，当重启次数超过5次时，关闭核心控制器芯片101；另一路输入到或门，这样设计的好处是：在fs2脉冲过后，输入或门的变为低电平，而dector的信号与fsw信号经过与门后输入到或门，正好保证非门的输出仍为高，这样起到了把电磁阀电源自锁的功能。因此电磁阀电源关闭后，只有重新点火才能打开。 

由车速(Nt)与输出轴转速(No)之比，即可算得当前挡位的值，监控芯片102通过串口上传给核心控制器芯片101当前的挡位值，由于核心控制器芯片101为双核控制器，由其协处理器（xgate）将挡位值上传，并不影响主程序的效率。 

监控芯片102具有较高的可靠性，由它负责对核心控制器芯片101、输入信号和反馈信号的监控，以提高整个电控单元的可靠性。 

如图4本发明的电源电路原理图所示，电池电源输入VBAT连接到压敏电阻RU1和TVS管D1的一端以保护其它元器件，而后接到大电解电容C1以吸收车载电池的尖峰脉冲，而后连到电源共模滤波器F1，得到纹波较少的12V电源，12V电源分为两路，一路引到LM2596的1脚，另一脚引到Q1的源极。 

12V转5V由LM2596完成，LM2576的2脚得到5V以后输入MIC2026的7脚，由MIC2026分成两路，MIC2026的1脚和4脚为使能端，1脚直接连5V，因此VDD始终有输出5V，VDD连接到REG1117-3.3的3脚，REG1117-3.3将5V转换成3.3V电压，给核心控制器芯片101和监控芯片102供电，因此核心控制器芯片101和监控芯片102是一直通电的；4脚接监控芯片102的ENB脚，在点火之后才开始供电，从MIC2026的5脚输出SW/5V，负责给其它模块供电。 

Q1的源极接12V，栅级接MIC4427的7脚，MIC4427的作用是将监控芯片102的mosenb控制信号从3.3V转成15V，MIC4427用15V电源供电。12V转15V的升压电路为广泛使用的成熟电路，在此不作讲述。Q1的漏极输出SW/Batt，SW/Batt是给电磁阀的供电电源，二极管D3用于吸收电磁阀的反向脉冲。 

此电路的优点在于，电源分别给电磁阀、核心控制器芯片101和监控芯片102和其它模块供电，避免了互相干扰，而且REG1117-3.3为线性电源，核心控制器芯片101和监控芯片102使用线性电源可以提高其抗干扰能力。 

如图5本发明的点火电路原理图所示，挡位的输入为低电平有效，输入端口P_lever，D_lever均用12V上拉，图中R81，R84，R90，R95均起到分压作用，杆位信号经过R82，R91后输入到核心控制器芯片101的IO口PAD19、PAD20，同时输入到与门U14B 74HC08，在P挡和N挡都没有信号时，与门U14B 74HC08输出高电平，从而使3904导通，若此时有点火信号Ignition输入，电流将通过Q4 3904流向地，而不会通过U14A 74HC08输出到监控芯片102的FS2端。 

如果P挡或N挡有一个信号为低，则74HC08的输出端也为低，从而使3904关断，此时点火信号Ignition将由U14A 74HC08输出到监控芯片102的FS2端。 

此电路的优点在于，在杆位不在P或N时，点火信号无法输入到监控芯片102，从而从硬件上保证了点火的可靠性。 

如图6本发明的杆位信号调理电路原理图所示，图中为杆位D的处理电路，杆位R和杆位2也采用相同的电路。 

杆位D，R，2杆位输入信号处理方法与杆位P，N相同，不同的是没有连接与门。当杆位为D,R,2时，点火信号无法输入到监控芯片102。 

如图7本发明的油压信号采集调理电路原理图所示。油压信号共5路，对应5个电磁阀，图中仅列出一路。油压信号Oilsenser5经过C83滤波，R93和R97分压以及C82滤波后，经过限流电阻输入到核心控制器芯片101的IO口PS7。 

如图8本发明的转速信号调理电路原理图所示，转速信号调理采用滞回比较器电路，电压比较器芯片使用LM339。转速信号共有三路，包括输入轴转速、输出轴转速和车速，图中仅列出车速(Nt)。经过C60、C61滤波，R58、R64分压后输入LM339的反相输入端10脚，R54、R60将3.3V分压，输入同向输入端11脚，R51连接在11脚和13脚之间建立滞回电压。信号输入端以R56上拉到5V，信号输出端以R126上拉到3.3V，以将转速传感器的5V信号调理为3.3V输入到核心控制器芯片101的计数口PT3。 

如图9本发明的模拟量采集调理电路原理图所示，模拟量采集调理采用电压跟随器电路，芯片使用高精度运算放大器OPA4364。模拟量采集共有两路，包括节气门开度信号和油温信号，图中仅列出节气门开度（Throttle_in）。模拟量信号经过C38滤波及R18、R20分压，输入OPA4364的同相输入端3脚，反相输入端2脚连到输出端1脚，输出端1脚经过限流电阻连接到微控制器的模拟量输入口AN0。 

如图10本发明的电磁阀驱动电路原理图所示，电磁阀驱动共有5路，使用低端驱动的方式，图中列出两路。核心控制器芯片101的PWM口输出的PWM信号输入到MIC4427的2脚和4脚，由MIC4427将3.3V信号转换成12V的驱动信号由MIC4427的7脚和5脚输出到MOSFET的栅极。MOSFET的漏极接地，源极接采样电阻R100,R101，采样电阻的另一头接电磁阀VAL1和VAL2，二极管D12与D15分别与电磁阀VAL1和VAL2以消除反向电压。图10右图则为一路电流采样放大电路采样电阻两端的V1_N、V1_P分别输入AD8200的8脚和1脚，AD8200的3脚和4脚接C87的一端，C87的另一端接地。采样值ANA1输入到核心控制器芯片101的AD口。 

此电路的优点在于，在电路中加入采样电阻，以监测MOSFET的输出，由于电磁阀的工作电流约为1A，峰值电流约为2.5A，采样电阻选用0.05Ω，电压放大器选用ADI公司的固定增益为20的放大器AD8200，这样在峰值时的输出电压为:2.5A×0.05Ω×20＝2.5V，适合核心控制器芯片101的量程。将这个信号输入核心控制器芯片101，来进行短路和断路的检测。 

如图11本发明的故障指示电路原理图所示，电磁阀电源信号输入非门7414的5脚，5脚同时接上拉电阻R119，输出端6脚接R120，R120的另一端接MOSFET的栅极，MOSFET的源极接故障指示灯D20，D20的另一端接电源。当主控制器发生故障，电磁阀电源断开时，FSW/Batt就变为低电平，经过非门后6脚输出高电平使MOSFET导通，从而点亮故障指示灯9。 

如图12所示，一种自动变速器电控单元的控制方法，包括如下的步骤： 

⑴程序初始化，进入杆位读取；

⑵判断是否为D档；若不是D档，则继续读取；若是D档，则进入下一步；

⑶读取车速、输入输出轴转速、节气门开度、油温和电磁阀电流信号；

⑷判断是否是换档；若要换档，进入换档的逻辑表，根据换档逻辑表进行换档，进入下一步；

                  若无需换档，则进入下一步；

⑸判断变矩器是否要锁止；若要锁止，则将变矩器锁止，进入下一步；

                        若无需锁止，则进入下一步；

⑹发送看门狗信号并读取串口信号；

⑺执行诊断程序，判断转速是否符合当前档位；否，转第    步；是，则进入下一步；

⑻判断电磁阀电流是否正常；否，转第    步；是，则进入下一步；

⑼判断各传感器信号是否正常；否，转第    步；是，则转第⑴步骤；

⑽判断是否进入安全模式；否，则转第⑴步骤；

                        是，进入安全模式，转第⑴步骤。

程序以10ms为一个循环周期，执行完换挡程序后至少执行一次诊断程序，若执行时间没有到10ms，将不断执行诊断程序直到10ms。这样在10ms的周期内，必会发一次看门狗信号给监控芯片，从而使监控芯片确认主程序运行正常。 

Claims (3)

1.一种自动变速器电控单元的控制方法，包括如下的步骤：

⑴程序初始化，进入杆位读取；

⑵判断是否为D档；若不是D档，则继续读取；若是D档，则进入第⑶步；

⑶读取车速、输入输出轴转速、节气门开度、油温和电磁阀电流信号；

⑷判断是否是换档；若要换档，进入换档的逻辑表，根据换档逻辑表进行换档，进入第⑸步；

                  若无需换档，则进入第⑸步；

⑸判断变矩器是否要锁止；若要锁止，则将变矩器锁止，进入第⑹步；

                        若无需锁止，则进入第⑹步；

⑹发送看门狗信号并读取串口信号；

⑺执行诊断程序，判断转速是否符合当前档位；否，转第⑽步；是，则进入第⑻步；

⑻判断电磁阀电流是否正常；否，转第⑽步；是，则进入第⑼步；

⑼判断各传感器信号是否正常；否，转第⑽步；是，则转第⑴步骤；

⑽判断是否进入安全模式；否，则转第⑴步骤；

                        是，进入安全模式，转第⑴步骤。

2.根据权利要求1所述的自动变速器电控单元的控制方法所应用的自动变速器电控单元，其特征在于：该自动变速器电控单元的输入端与点火开关、刹车、节气门传感器和杆位传感器连接，点火开关还与发动机电控单元的连接，变速器电控单元输出驱动信号送至变速器箱体内的电磁阀，电磁阀反馈电流信号给变速器电控单元，电磁阀驱动液压系统工作带动齿轮箱工作，杆位传感器输出杆位信号送至变速器箱体内的液压系统，同时变速器箱体内的油温传感器采集油温信号、液压传感器采集油压信号以及转速传感器采集齿轮箱的转速信号反馈至变速器电控单元，变速器电控单元输出故障信号至故障指示灯，另有变速器电控单元和发动机电控单元之间以CAN总线通信。

3.根据权利要求2所述的自动变速器电控单元的控制方法所应用的自动变速器电控单元，其特征在于：所述自动变速器电控单元包括核心控制器芯片、监控芯片以及外围的电源电路，点火电路、输入模拟信号调理电路、输入数字信号调理电路、电磁阀驱动电路、CAN通信电路以及故障指示电路，核心控制器芯片与监控芯片双向连接，核心控制器芯片接收模拟信号调理电路和数字信号调理电路的信号，还接收电磁阀驱动电路的反馈电流信号，核心控制器芯片输出信号控制电磁阀驱动电路；监控芯片接收数字信号调理电路和点火电路的信号，输出信号至故障指示电路，监控芯片还与电磁阀电源模块连接。

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