CN103994212A - 一种范围档变速器档位的监测系统及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种范围档变速器档位的监测系统及监测方法，包括检测系统、单片机控制器以及安装在驾驶室内的显示面板；检测系统包括安装在变速器上用于测量变速器输出轴和主箱中间轴转速的两个转速传感器以及安装在换档手柄处的档位检测装置和副箱档位检测装置；单片机控制器与检测系统和显示面板相连；本发明通过两个转速传感器，并通过单片机控制器直接监测变速器以及间接监测发动机的转速，并根据换档手柄上安装的档位检测装置，监测、分析并结合显示面板发出各种指示信号，以保证范围档变速器的安全运行，减少手动变速箱的损坏，延长了副箱同步器的使用寿命，同时对驾驶员发出各种安全或危险信号，保证行车安全。

Description

一种范围档变速器档位的监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于变速器安全装置技术领域，具体涉及一种范围档变速器档位的监测系统及监测方法。
背景技术
商用车上使用的变速器主要有自动变速器和手动变速器两种。目前，在国内的变速器市场上，手动变速器占据着主导地位。一般的手动档变速器，都没有档位显示和安全提示功能。如果没有档位显示，有时可能会出现挂档没到位，但驾驶员并没有意识到的情况。而发动机超速只能被动的靠发动机自身来保护。如果发动机本身不具有超速自保护功能，换挡超速可能对发动机造成损坏。对于范围档手动变速箱，副箱同步器是一个易损件。如果驾驶员在车速较高时换入低档，则会严重影响副箱同步器的寿命。根据一定的换挡规律，对驾驶员的换挡做出提示，对于提高运输效率和降低运输成都是有必要的。由于驾驶员疏忽，或变速器非正常熄火，有可能在发动机点火的时候变速器不在空档，这时可能会导致汽车突然前串，这不但对汽车传动系统性能和寿命有影响，而且还可能有危险。因此，对于手动档变速器，开发具有档位显示和安全提示功能的模块是很有意义的。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种范围档变速器档位的监测系统及监测方法，该系统具有档位显示、发动机超速保护、副箱同步器保护、升降档提示及记忆存储变速器运行参数等功能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种范围档变速器档位监测系统，包括检测系统、单片机控制器以及安装在驾驶室内的显示面板；检测系统包括安装在变速器上用于测量变速器输出轴和主箱中间轴转速的两个转速传感器以及安装在换档手柄处的档位检测装置和副箱档位检测装置；显示面板上设置有报警模块、显示模块和提示模块；单片机控制器与检测系统和显示面板相连；
档位检测装置及两个转速传感器向单片机控制器提供检测信号，单片机控制器对接收到的信号进行计算分析，实现驱动报警模块、显示模块和提示模块的功能。
所述的转速传感器为霍尔转速传感器。
所述的显示模块为安装显示面板上的档位指示灯，档位指示灯的信号输入端与单片机控制器的信号输出端相连。
所述的报警模块为安装在显示面板上的蜂鸣器，蜂鸣器的信号输入端与单片机控制器的信号输出端相连。
所述的提示模块为安装在显示面板上的用于提示驾驶员升档或降档的升降档指示灯、高低档切换指示灯以及发动机超速保护指示灯；其中升档提示灯的形状为“+”，降档提示灯的形状为“－”，发动机超速保护指示灯为红色。
所述的单片机控制器还能够提供单参数动力性和经济性的换档模式，并且在显示面板上安装有三个换档模式选择按钮，分别为动力性换档模式、经济性换档模式以及取消模式。
所述的档位检测装置包括布置在换档手柄下端的N+1个与单片机控制器相连的接触式开关，其中N为变速器的档位数目，1～N对应1档～N档；当换档手柄换档到位时，只有与该档位对应的接触式开关处于开的状态；在换档手柄的高低档切换开关上也安装有一个接触式开关，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，第N+1个接触式开关处于开的状态，反之，第N+1个接触式开关处于关的状态。
一种范围档变速器档位的监测方法，包括以下步骤：
发动机转速采集
通过安装在变速器上的两个转速传感器，分别测量变速器输出轴转速nout和主箱中间轴齿轮转速nN，其中N为变速器的档位数目；在离合器完全结合时，由齿轮转速nN通过换算得到发动机转速ne；
识别档位
档位检测装置为布置在换档手柄下端的N+1个接触式开关，1～N对应1档～N档；在换档手柄换档到位时，只有与该档位对应的接触式开关处于开的状态；同时，在换档手柄的高低档切换开关上也安装有一个接触式开关，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，第N+1个接触式开关处于开的状态，反之，第N+1个接触式开关处于关的状态；空档时，第1～第N接触式开关均处于关的状态，故N+2个接触式开关就能够识别所有的档位；
错误换档提示
根据发动机转速，并通过试验标定出不适合换入低档区的变速器的输出轴转速，记为标定速度；当输出轴转速nout大于标定速度时，指示红灯亮，表示此时如果换入低档区会损坏副箱同步器；相反，绿灯亮表示不会损坏副箱同步器；
发动机超速保护
单片机控制器根据采集到的数据进行分析，若发现此时换入相应档位会导致发动机超速，则单片机控制器向发动机超速保护指示灯发出控制信号点亮发动机超速保护指示灯；
动力性和经济性换档模式
单片机控制器内部设置有单参数动力性和经济性换档规律，并根据显示面板上的换档模式选择按钮选择动力性换档模式、经济性换档模式或取消模式；按下相应的换档模式按钮，升降档指示灯就会按照单片机控制器内的单参数动力性和经济性换档规律提示升档或者降档；
报警模式
当单片机控制器监测到有红灯提示时，驾驶员仍然错误操作，单片机控制器会向蜂鸣器发出报警指令，导致蜂鸣器报警；
当单片机控制器监测到发动机超速时，也会向蜂鸣器发出报警指令，导致蜂鸣器报警，直至发动机转速恢复正常；
当单片机控制器上电后，检测到变速器不在空档，单片机控制器会发出报警指令，使蜂鸣器以无间隔的声响报警，直至变速器被换入空档，蜂鸣器停止报警。
单片机控制器中设置有EEPROM存储单元，会记录下每一次换入低档区的车速，为研究同步器提供试验数据。
在报警模式中，驾驶员错误地换入低档区时，单片机控制器向蜂鸣器发出指令，使其以“滴～滴～”间隔1秒并持续10秒的声响报警；发动机超速时，蜂鸣器以“滴滴滴～滴滴滴～”间隔1秒的声响报警。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明范围档变速器档位监测系统，通过在变速器上安装分别用于测量变速器输出轴转速和主箱中间轴齿轮转速的两个转速传感器，并通过单片机控制器直接监测变速器以及间接监测发动机的转速，并根据换档手柄上安装的档位检测装置，监测、分析并结合显示面板发出各种指示信号，以保证范围档变速器的安全运行，减少手动变速箱的损坏，延长了副箱同步器的使用寿命，同时对驾驶员发出各种安全或危险信号，保证了行车的安全。
本发明范围档变速器档位的监测方法，结合显示面板，通过单片机控制器采集并分析多项参数，并通过显示面板发出各种提示信息，告知驾驶员当前变速器的档位情况，并且能够在驾驶员进行错误操作的情况下发出警报以提示驾驶员，确保了行驶时的安全性。同时，本发明单片机控制器还提供动力性和经济性换档模式，使驾驶员能够根据不同的路况条件选择不同的换档模式进行升降档提醒，使车的油耗量和机械损耗量降到最低，并能够降低行车风险。
进一步的，本发明在报警模式中，根据不同状况采用不同的报警声响及不同的报警声响间隔进行报警，使驾驶员不用看显示面板就能区分报警类别，进一步降低了行车风险。
进一步的，本发明单片机控制器中设置有EEPROM存储单元，会记录下每一次换入低档区的车速，为研究同步器提供试验数据。
附图说明
图1为本发明监测系统的原理图；
图2为本发明6档变速器的档位开关布置图；
图3为本发明显示面板的布局示意图。
其中：1为档位指示灯；2为升降档指示灯；3为高低档切换指示灯；4为发动机超速保护指示灯；5为蜂鸣器；6换档模式选择按钮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1至图3，本发明为一种范围档变速器档位监测系统，包括检测系统、单片机控制器以及安装在驾驶室内的显示面板；检测系统包括安装在变速器上用于测量变速器输出轴和主箱中间轴转速的两个转速传感器以及安装在换档手柄处的档位检测装置和副箱档位检测装置；显示面板上设置有报警模块、显示模块和提示模块；单片机控制器与检测系统和显示面板相连；显示模块为安装显示面板上的档位指示灯1，档位指示灯1的信号输入端与单片机控制器的信号输出端相连。报警模块为安装在显示面板上的蜂鸣器5，蜂鸣器5的信号输入端与单片机控制器的信号输出端相连。提示模块为安装在显示面板上的用于提示驾驶员升档或降档的升降档指示灯2、高低档切换指示灯3以及发动机超速保护指示灯4；其中升档提示灯的形状为“+”，降档提示灯的形状为“－”，发动机超速保护指示灯4为红色。换档手柄处安装有与单片机控制器相连的档位检测装置，两个转速传感器的信号输出端连接到单片机的信号输入端上；单片机控制器上还连接有主箱档位开关以及高低档开关；
单片机控制器用于接收两个转速传感器的信号；通过比较输出轴转速与标定速度，并根据比较结果发出换档指示信号；同时能够根据检测驾驶员错误操作、发动机超速以及在单片机控制器通电后，检测变速器是否在空档，并触发报警模块。单片机控制器还能够提供单参数动力性和经济性的换档模式，并且在显示面板上安装有三个换档模式选择按钮6，分别为动力性换档模式、经济性换档模式以及取消模式。单片机内通过传感器采集并计算相关参数(如车速，发动机转速，档位位置)，且对换挡的参数进行了标定，当采集计算到的参数达到标定值，单片机根据标定功能实现驱动报警模块、显示模块和提示模块的功能。
档位检测装置包括布置在换档手柄下端的N+1个与单片机控制器相连的接触式开关，其中N为变速器的档位数目，1～N对应1档～N档；当换档手柄换档到位时，只有与该档位对应的接触式开关处于开的状态；在换档手柄的高低档切换开关上也安装有一个接触式开关，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，第N+1个接触式开关处于开的状态，反之，第N+1个接触式开关处于关的状态。
本发明还公开了一种范围档变速器档位的监测方法，包括以下步骤：
发动机转速采集
通过安装在变速器上的两个转速传感器，分别测量变速器输出轴转速nout和主箱中间轴齿轮转速nN，其中N为变速器的档位数目；在离合器完全结合时，由齿轮转速nN通过换算得到发动机转速ne；
识别档位
档位检测装置为不知在换档手柄下端的N+1个接触式开关，1～N对应1档～N档；在换档手柄换档到位时，只有与该档位对应的接触式开关处于开的状态；同时，在换档手柄的高低档切换开关上也安装有一个接触式开关，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，第N+1个接触式开关处于开的状态，反之，第N+1个接触式开关处于关的状态；空档时，第1～第N接触式开关均处于关的状态，故N+2个接触式开关就能够识别所有的档位；
错误换档提示
根据发动机转速，并通过试验标定出不适合换入低档区的变速器的输出轴转速，记为标定速度；当输出轴转速nout大于标定速度时，指示红灯亮，表示此时如果换入低档区会损坏副箱同步器；相反，绿灯亮表示不会损坏副箱同步器；单片机控制器中设置有EEPROM存储单元，会记录下每一次换入低档区的车速，为研究同步器提供试验数据。
发动机超速保护
单片机控制器根据采集到的数据进行分析，若发现此时换入相应档位会导致发动机超速，则单片机控制器向发动机超速保护指示灯4发出控制信号点亮发动机超速保护指示灯4；
动力性和经济性换档模式
单片机控制器内部设置有单参数动力性和经济性换档规律，并根据显示面板上的换档模式选择按钮选择动力性换档模式、经济性换档模式或取消模式；按下相应的换档模式按钮，升降档指示灯2就会按照单片机控制器内的单参数动力性和经济性换档规律提示升档或者降档；
报警模式
当单片机控制器监测到有红灯提示时，驾驶员仍然错误操作，单片机控制器会向蜂鸣器5发出报警指令，导致蜂鸣器5报警；驾驶员错误地换入低档区时，单片机控制器向蜂鸣器5发出指令，使其以“滴～滴～”间隔1秒并持续10秒的声响报警；
当单片机控制器监测到发动机超速时，也会向蜂鸣器5发出报警指令，导致蜂鸣器5报警，直至发动机转速恢复正常；发动机超速时，蜂鸣器5以“滴滴滴～滴滴滴～”间隔1秒的声响报警。
当单片机控制器上电后，检测到变速器不在空档，单片机控制器会发出报警指令，使蜂鸣器5以“滴滴滴滴”无间隔的声响报警，直至变速器被换入空档，蜂鸣器5停止报警。
本发明的原理及工作过程：
本发明的目的是提供一种具有提示功能的范围档变速器档位显示模块。该档位具有档位显示、发动机超速保护，副箱同步器保护、升降档提示及记忆存储变速器运行参数等功能。
以12档2×6结构的范围档变速器为例，说明该发明的技术解决方案。
在变速器上装两个霍尔转速传感器，分别测量变速器输出轴转速nout和主箱中间轴6档齿轮转速n6。当离合器完全结合的时候，由n6通过一定的换算就可以得到发动机转速ne。如图2，在车厢换挡手柄的下端布置7个接触式开关(S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7)，通过调整开关的位置，保证当手柄换挡到位时，有且只有一个开关处于开的状态。在手柄高低档切换开关上也安装一个接触式开关S8，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，S7处于开的状态。空档的时候，S1～S7都处于关的状态。这样8个接触式开关就可以识别所以的档位。通过试验标定出不适合换入低档区的变速器的输出轴转速。当nout大于该标定速度时，指示红灯亮，表示此时如果换入低档区有可能损坏副箱同步器；绿灯表示安全。单片机控制器中有EEPROM存储单元，会记录下每一次换入低档区的车速，这可以为同步器的研究提供试验数据。显示面板上的用于发动机超速保护的红色指示灯，红灯亮表示此时换入该档位会导致发动机超速。单片机控制器内部有单参数动力性和经济性换挡规律。图3所示面板右侧的3个换挡模式选择按钮，分别代表动力性和经济性以及取消模式。按下相应的按钮，档位显示旁边的“+、－”，就会按照相应的规律来提示加、减档。另外当有红灯提示时，驾驶员仍然错误操作，就会导致蜂鸣器报警。驾驶员不恰当地换入低档区时，蜂鸣器会以“滴～滴～”声间隔1秒并持续10秒报警。发动机超速时，蜂鸣器会以“滴滴滴～滴滴滴～”间隔1秒报警，直到发动机转速恢复正常。当单片机控制器上电后，检测变速器是不是在空档，如果不在空档，蜂鸣器会以“滴滴滴滴”无间隔报警，提示驾驶员变速器不在空档，直到驾驶员将变速器换入空档，蜂鸣器才停止报警。
换挡杆处集成档位检测装置模块，这就可以借助换挡杆位置判断档位。同时可以根据换挡模式提示加减档。当挂档可能导致发动机超速时，模块通过声光提示驾驶员。当车速不适合挂入低挡区时，模块会通过提示灯提示驾驶员。
档位开关结合换挡杆位置判断档位。同时该模块可以按照所选换挡模式提示加减档。当挂档可能导致发动机超速时，模块通过声光提示驾驶员。当车速不适合挂入低挡区时，模块会通过提示灯提示驾驶员。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种范围档变速器档位监测系统，其特征在于：包括检测系统、单片机控制器以及安装在驾驶室内的显示面板；检测系统包括安装在变速器上用于测量变速器输出轴和主箱中间轴转速的两个转速传感器以及安装在换档手柄处的档位检测装置和副箱档位检测装置；显示面板上设置有报警模块、显示模块和提示模块；单片机控制器与检测系统和显示面板相连；
档位检测装置及两个转速传感器向单片机控制器提供检测信号，单片机控制器对接收到的信号进行计算分析，实现驱动报警模块、显示模块和提示模块的功能。
2.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测系统，其特征在于：所述的转速传感器为霍尔转速传感器。
3.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测系统，其特征在于：所述的显示模块为安装显示面板上的档位指示灯(1)，档位指示灯(1)的信号输入端与单片机控制器的信号输出端相连。
4.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测系统，其特征在于：所述的报警模块为安装在显示面板上的蜂鸣器(5)，蜂鸣器(5)的信号输入端与单片机控制器的信号输出端相连。
5.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测系统，其特征在于：所述的提示模块为安装在显示面板上的用于提示驾驶员升档或降档的升降档指示灯(2)、高低档切换指示灯(3)以及发动机超速保护指示灯(4)；其中升档提示灯的形状为“+”，降档提示灯的形状为“－”，发动机超速保护指示灯(4)为红色。
6.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测系统，其特征在于：所述的单片机控制器还能够提供单参数动力性和经济性的换档模式，并且在显示面板上安装有三个换档模式选择按钮(6)，分别为动力性换档模式、经济性换档模式以及取消模式。
7.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测系统，其特征在于：所述的档位检测装置包括布置在换档手柄下端的N+1个与单片机控制器相连的接触式开关，其中N为变速器的档位数目，1～N对应1档～N档；当换档手柄换档到位时，只有与该档位对应的接触式开关处于开的状态；在换档手柄的高低档切换开关上也安装有一个接触式开关，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，第N+1个接触式开关处于开的状态，反之，第N+1个接触式开关处于关的状态。
8.一种基于权利要求1至7所述系统的范围档变速器档位的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
发动机转速采集
通过安装在变速器上的两个转速传感器，分别测量变速器输出轴转速nout和主箱中间轴齿轮转速nN，其中N为变速器的档位数目；在离合器完全结合时，由齿轮转速nN通过换算得到发动机转速ne；
识别档位
档位检测装置为布置在换档手柄下端的N+1个接触式开关，1～N对应1档～N档；在换档手柄换档到位时，只有与该档位对应的接触式开关处于开的状态；同时，在换档手柄的高低档切换开关上也安装有一个接触式开关，当手柄高低档切换开关处于高档位置时，第N+1个接触式开关处于开的状态，反之，第N+1个接触式开关处于关的状态；空档时，第1～第N接触式开关均处于关的状态，故N+2个接触式开关就能够识别所有的档位；
错误换档提示
根据发动机转速，并通过试验标定出不适合换入低档区的变速器的输出轴转速，记为标定速度；当输出轴转速nout大于标定速度时，指示红灯亮，表示此时如果换入低档区会损坏副箱同步器；相反，绿灯亮表示不会损坏副箱同步器；
发动机超速保护
单片机控制器根据采集到的数据进行分析，若发现此时换入相应档位会导致发动机超速，则单片机控制器向发动机超速保护指示灯(4)发出控制信号点亮发动机超速保护指示灯(4)；
动力性和经济性换档模式
单片机控制器内部设置有单参数动力性和经济性换档规律，并根据显示面板上的换档模式选择按钮选择动力性换档模式、经济性换档模式或取消模式；按下相应的换档模式按钮，升降档指示灯(2)就会按照单片机控制器内的单参数动力性和经济性换档规律提示升档或者降档；
报警模式
当单片机控制器监测到有红灯提示时，驾驶员仍然错误操作，单片机控制器会向蜂鸣器(5)发出报警指令，导致蜂鸣器(5)报警；
当单片机控制器监测到发动机超速时，也会向蜂鸣器(5)发出报警指令，导致蜂鸣器(5)报警，直至发动机转速恢复正常；
当单片机控制器上电后，检测到变速器不在空档，单片机控制器会发出报警指令，使蜂鸣器(5)以无间隔的声响报警，直至变速器被换入空档，蜂鸣器(5)停止报警。
9.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测方法，其特征在于：单片机控制器中设置有EEPROM存储单元，会记录下每一次换入低档区的车速，为研究同步器提供试验数据。
10.根据权利要求1所述的范围档变速器档位监测方法，其特征在于：在报警模式中，驾驶员错误地换入低档区时，单片机控制器向蜂鸣器(5)发出指令，使其以“滴～滴～”间隔1秒并持续10秒的声响报警；发动机超速时，蜂鸣器(5)以“滴滴滴～滴滴滴～”间隔1秒的声响报警。
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