CN107339421A - 一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，该换挡控制器包括电动换挡逻辑控制单元和换挡电机驱动单元，所述的电动换挡逻辑控制单元通过CAN网络分别与整车控制器和驱动电机控制器通信，并且与电动换挡电机和换挡拨叉连接，获取电动换挡电机的电机位置、电流数据以及换挡拨叉的位移数据，所述的换挡电机驱动单元与电动换挡电机连接，用以驱动电动换挡电机，所述的电动换挡电机通过传动机构与换挡拨叉连接，与现有技术相比，本发明具有高度集成、控制稳定、安全可靠等优点。

Description

一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器
技术领域
本发明涉及电动汽车变速控制领域，尤其是涉及一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器。
背景技术
发展纯电驱动汽车作为解决能源短缺和环境污染的重要途径，而使用两挡变速箱可以有效改善纯电驱动汽车动力性指标并兼顾其能量经济性。因此，两挡变速箱的开发是未来纯电驱动汽车变速技术的发展趋势，故开发和研究纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器具有重要意义。
纯电驱动汽车用两挡变速箱换挡控制器需接收车速、加速踏板开度、制动踏板开度、换挡杆及挡位状态信号，根据当前车辆状态进行挡位决策，对电动换挡电机发出控制指令，控制其实现1挡和2挡之间的换挡，以及实现车辆停车时回空挡和起步时挂1挡的功能。此外，它要对出现的电动换挡电机故障以及换挡故障进行诊断和处理，而目前关于纯电驱动汽车用两挡变速箱换挡控制器技术尚未提出。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高度集成、控制稳定、安全可靠的纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，该换挡控制器包括电动换挡逻辑控制单元和换挡电机驱动单元，所述的电动换挡逻辑控制单元通过CAN网络分别与整车控制器和驱动电机控制器通信，并且与电动换挡电机和换挡拨叉连接，获取电动换挡电机的电机位置、电流数据以及换挡拨叉的位移数据，所述的换挡电机驱动单元与电动换挡电机连接，用以驱动电动换挡电机，所述的电动换挡电机通过传动机构与换挡拨叉连接；
电动换挡逻辑控制单元通过CAN网络从整车控制器获取车速、加速踏板开度和制动踏板信号，并发出换挡请求指令，经整车控制器确认换挡请求指令后，电动换挡逻辑控制单元接收换挡电机位置信号、母线电流信号、换挡拨叉位置信号以及通过CAN网络获取的车速和加速踏板信号，将换挡电机控制信号发送给换挡电机驱动单元，控制换挡电机作动，经传动机构后带动换挡拨叉动作，实现换挡拨叉位置的闭环控制。
所述的电动换挡逻辑控制单元为MC9S12XDP512芯片，所述的换挡电机驱动单元为TLE7183F芯片，电动换挡逻辑控制单元与换挡电机驱动单元集成在同一块PCB上。
该换挡控制器还包括分别与电动换挡逻辑控制单元和换挡电机驱动单元连接的故障诊断和保护单元，所述的故障诊断和保护单元包括电压检测电路和保护芯片，所述的电压检测电路由电压比较器组成，所述的保护芯片为带有输出使能控制功能的74HC245D-Q100芯片。
所述的电动换挡逻辑控制单元包括电源电路以及分别与电源电路连接的最小系统、信号处理电路和CAN通信电路，所述的CAN通信电路通过CAN网络分别与整车控制器和驱动电机控制器通信，所述的信号处理电路分别与电动换挡电机和换挡拨叉连接。
所述的最小系统为16位处理器MC9S12XDP512，包括电源滤波电路、复位电路、晶振电路、CPU模式设置电路和调试下载电路。
所述的电源电路包括12V转5V电路和传感器供电电路。
所述的CAN网络包含两路CAN总线。
所述的换挡电机驱动单元包括驱动芯片和三相全桥驱动电路，所述的驱动芯片与故障诊断和保护单元连接，所述的三相全桥驱动电路与电动换挡电机。
所述的驱动芯片为具有驱动低电压大电流电机、电流检测、过压保护和过流保护功能的TLE7183F芯片。
所述的三相全桥驱动电路包括六个低端驱动的MOSFET，通过六路输入的PWM信号控制MOSFET的通断。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、高度集成、控制稳定：本发明提出的纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，具有挡位决策、电动换挡电机控制、故障诊断及保护等功能，将主控芯片MC9S12XDP512和电动换挡电机驱动芯片TLE7183F高度集成在一块PCB上，可降低控制器制造成本、提高控制系统的稳定性等。
二、安全可靠：本发明提出的纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，包含由电压比较器和具有输出使能控制功能的芯片74HC245D-Q100所组成的故障诊断和保护单元，可以实现电流检测、短路保护和过流保护等功能，以提高控制器的安全性及可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构及控制示意图。
图2为输入信号处理电路示意图，其中，图(2a)为换挡拨叉位置信号处理电路示意图，图(2b)为母线电流信号处理电路示意图，图(2c)为换挡电机位置信号处理电路示意图。
图3为CAN总线电路示意图。
图4为电源12V转5V电路示意图。
图5为传感器供电电路示意图。
图6为电动换挡电机驱动电路示意图。
图7为故障诊断电路示意图。
图8为保护电路示意图。
其中，1、电动换挡逻辑控制单元，2、故障诊断和保护单元，3、换挡电机驱动单元，4、电动换挡电机，5、传动机构，6、换挡拨叉，7、同步器，8、整车控制器，9、驱动电机控制器，10、最小系统，11、CAN通信电路，12、电源电路，13、信号处理电路，14、驱动芯片，15、三相全桥驱动电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
以下结合附图和具体实施例对本发明进行描述，显然所述的实施例仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，分别连接整车控制器8、驱动电机控制器9和电动换挡电机4。驱动电机控制器9连接有驱动电机，电动换挡电机4与传动机构5相连，纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器包括电动换挡逻辑控制单元1、换挡电机驱动单元3以及故障诊断和保护单元2，两挡变速箱电动换挡逻辑控制单元1通过CAN网络与整车控制器8和驱动电机控制器9相连；换挡电机驱动单元3连接电动换挡电机4；故障诊断和保护单元2分别连接电动换挡逻辑控制单元1和换挡电机驱动单元3。
两挡变速箱电动换挡逻辑控制单元1通过CAN网络从整车控制器8获取车速、加速踏板开度和制动踏板信号，进行挡位决策，并发出换挡请求指令。经整车控制器8确认换挡请求指令后，两挡变速箱电动换挡逻辑控制单元1接收换挡拨叉的位移信号，将换挡电机控制信号发送给换挡电机驱动单元3，使得换挡电机4作动，经传动机构5带动换挡拨叉6工作，从而推动同步器7工作，实现换挡拨叉6的闭环控制。同时监测纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器是否出现过流、短路的故障，如有过流、短路的情况发生，故障诊断及保护电路2将禁止输出电动换挡电机控制信号，保证纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器安全可靠地工作。
电动换挡逻辑控制单元1包括最小系统10、电源电路12、信号处理电路13和CAN通信电路11，电源电路12分别连接最小系统10、信号处理电路13和CAN通信电路11，CAN通信电路11通过CAN网络与整车控制器8和驱动电机控制器9连接。最小系统10为16位处理器MC9S12XDP512，处理器包括电源滤波电路、复位电路、晶振电路、CPU模式设置电路和调试下载电路。电源电路12包括12V转5V电路和传感器供电电路。CAN通信电路11包含两路CAN总线，CAN通信电路11的一路总线与高速CAN网络连接，另一路总线用于程序下载、变量测量及参数标定。信号处理电路13的输入信号包括换挡电机位置信号、母线电流信号、换挡拨叉的位置信号，以及通过CAN网络获取的车速和加速踏板信号。
换挡电机驱动3单元包括驱动芯片14和三相全桥驱动电路15，驱动芯片14连接故障诊断及保护单元2，三相全桥驱动电路15连接电动换挡电机4。驱动芯片14为具有驱动低电压大电流电机、电流检测、过压保护和过流保护等功能的芯片TLE7183F。三相全桥驱动电路15包括六个低端驱动的MOSFET，六路PWM的输入控制MOSFET的通断。
故障诊断及保护单元2包括电压检测电路和保护芯片，电压检测电路由电压比较器组成，保护芯片为具有输出使能控制的芯片74HC245D-Q100。
如图2所示为输入信号处理电路，输入信号包括换挡电机位置信号、母线电流信号、换挡拨叉的位置信号，以及通过CAN网络获取的车速、加速踏板开度和制动踏板信号。如图(2a)所示换挡拨叉位置信号经过RC网络和运放TLV2254AID实现分压、高频噪声滤波以及电压跟随，最后进行二次滤波处理后送入到主控单元A/D口进行运算。如图(2b)所示母线电流信号经电阻和运放TLV2254AID组成的差动放大电路实现高频噪声滤波以及电压放大，同样输入到主控单元的A/D口进行运算。如图(2c)所示换挡电机位置信号经过RC滤波得到规则的0～5V方波信号，输入到主控单元的捕捉单元端口。
如图3所示为CAN总线电路示意图，CAN通信电路包含两路CAN总线，其中一路与高速CAN网络连接，另一路总线用于程序下载、变量测量及参数标定。CAN通信电路的CAN总线收发器为TJA1042T。CANH和CANL上加上了共模电感ACM2012-121-2P-T100，可以抑制共模干扰；同时在CANH和CANL与地之间并联两个大小为47pF的陶瓷电容C25和C26，可以滤除总线上的高频共模噪声。为防护总线瞬态高能量冲击，在CANH和CANL之间接入双向瞬态抑制二极管D1和D2，防止浪涌电压干扰。
如图4所示为电源12V转5V电路，开关二极管D11为5V主电源的前端保护电路；铝电解电容C70和陶瓷电容C69构成5V主电源电路的输入级滤波和稳压电路；12转5V的DC/DC开关电源芯片GM7130、肖特基二极管D7和大电流电感L1为5V主电源电路的核心器件；而钽电容C73、C71为5V主电源电路的输出级滤波、去耦电路；稳压管W1为+5V输出电压提供了安全保护。该电源最大输出电流达3A，完全满足系统最大负载需求。
如图5所示为传感器供电电路，主芯片为TL431BQPK，内部集成了标准2.5V参考电压，输出电流从1mA到100mA之间可调，输出电压噪声极低。通过调节电阻R100、R101的阻值实现5V电压输出，而通过调节电阻R99的阻值可以调节输出电流的大小。传感器供电电路既可以使芯片稳定工作，又降低功耗，芯片前后分别配置了电容，用于滤波和去耦。
如图6所示为电动换挡电机驱动电路示意图，换挡电机驱动单元3包括驱动芯片14和三相全桥驱动电路15。驱动芯片14采用具有驱动低电压大电流电机、电流检测、过压保护和过流保护等功能的芯片TLE7183F。三相全桥驱动电路15包括六个低端驱动的MOSFET，六路PWM的输入控制MOSFET的通断。INH引脚为使能引脚，当输入信号为低电平0时，关断上、下桥臂的MOSFET，不输出电动换挡电机控制信号；当输入信号为高电平1时，驱动芯片启动。
如图7所示为故障诊断电路示意图，AD口与驱动芯片TLE7183F中母线差分放大器输出的电压接口VO连接。AD口电压信号与参考电压经电压比较器LM2903AVQDR比较，将输出结果传入保护电路。如纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器出现过流、短路的故障，AD口的电压将大于参考电压，经电压比较器LM2903AVQDR比较，CTR置1。
如图8所示为保护电路示意图，采用具有输出使能功能的芯片74HC245D-Q100。当引脚CTR置0时，正常工作；当故障诊断电路检测到过流、短路故障时，引脚CTR置1，不输出电动换挡电机控制信号。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体详细，但并不能因此理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，该换挡控制器包括电动换挡逻辑控制单元(1)和换挡电机驱动单元(3)，所述的电动换挡逻辑控制单元(1)通过CAN网络分别与整车控制器(8)和驱动电机控制器(9)通信，并且与电动换挡电机(4)和换挡拨叉(6)连接，获取电动换挡电机(4)的电机位置、电流数据以及换挡拨叉(6)的位移数据，所述的换挡电机驱动单元(3)与电动换挡电机(4)连接，用以驱动电动换挡电机(4)，所述的电动换挡电机(4)通过传动机构(5)与换挡拨叉(6)连接；
电动换挡逻辑控制单元(1)通过CAN网络从整车控制器获取车速、加速踏板开度和制动踏板信号，并发出换挡请求指令，经整车控制器(8)确认换挡请求指令后，电动换挡逻辑控制单元(1)接收换挡电机位置信号、母线电流信号、换挡拨叉位置信号以及通过CAN网络获取的车速和加速踏板信号，将换挡电机控制信号发送给换挡电机驱动单元(3)，控制换挡电机作动，经传动机构(5)后带动换挡拨叉(6)动作，实现换挡拨叉(6)位置的闭环控制。
2.根据权利要求1所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的电动换挡逻辑控制单元(1)为MC9S12XDP512芯片，所述的换挡电机驱动单元(3)为TLE7183F芯片，电动换挡逻辑控制单元(1)与换挡电机驱动单元(3)集成在同一块PCB上。
3.根据权利要求1所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，该换挡控制器还包括分别与电动换挡逻辑控制单元(1)和换挡电机驱动单元(3)连接的故障诊断和保护单元(2)，所述的故障诊断和保护单元(2)包括电压检测电路和保护芯片，所述的电压检测电路由电压比较器组成，所述的保护芯片为带有输出使能控制功能的74HC245D-Q100芯片。
4.根据权利要求1所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的电动换挡逻辑控制单元(1)包括电源电路(12)以及分别与电源电路(12)连接的最小系统(10)、信号处理电路(13)和CAN通信电路(11)，所述的CAN通信电路(11)通过CAN网络分别与整车控制器(8)和驱动电机控制器(9)通信，所述的信号处理电路(13)分别与电动换挡电机(4)和换挡拨叉(6)连接。
5.根据权利要求4所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的最小系统(10)为16位处理器MC9S12XDP512，包括电源滤波电路、复位电路、晶振电路、CPU模式设置电路和调试下载电路。
6.根据权利要求1所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的电源电路(12)包括12V转5V电路和传感器供电电路。
7.根据权利要求1所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的CAN网络包含两路CAN总线。
8.根据权利要求1所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的换挡电机驱动单元(3)包括驱动芯片和三相全桥驱动电路，所述的驱动芯片与故障诊断和保护单元(2)连接，所述的三相全桥驱动电路与电动换挡电机(4)。
9.根据权利要求8所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的驱动芯片为具有驱动低电压大电流电机、电流检测、过压保护和过流保护功能的TLE7183F芯片。
10.根据权利要求8所述的一种纯电驱动汽车用两挡变速箱电动换挡控制器，其特征在于，所述的三相全桥驱动电路包括六个低端驱动的MOSFET，通过六路输入的PWM信号控制MOSFET的通断。
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