CN110486463A - 汽车换挡控制系统、自动换挡汽车及汽车换挡控制方法 - Google Patents

汽车换挡控制系统、自动换挡汽车及汽车换挡控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种汽车换挡控制系统，其包括整车控制器VCU和换挡驱动控制器TCU，整车控制器VCU包括第一I/O‑PWM模块、AD采样模块及微处理器；换挡驱动控制器TCU包括第二I/O‑PWM信号调理模块、H桥驱动器、换挡电机及传感器；其中，第一I/O‑PWM模块的输出端与第二I/O‑PWM信号调理模块的输入端电连接；第二I/O‑PWM信号调理模块的输出端与H桥驱动器电连接；H桥驱动器的第一输出端out 1和第二输出端out 2分别与换挡电机电连接；换挡电机与传感器电连接；传感器的输出端与AD采样模块的输入端电连接。本发明换挡控制系统降低了换挡控制系统的硬件生产成本，充分利用了整车控制器VCU的冗余资源，还缩短了换挡时间。

Description

汽车换挡控制系统、自动换挡汽车及汽车换挡控制方法
技术领域
本发明属于车辆工程技术领域，具体涉及一种汽车换挡控制系统、自动换挡汽车及及汽车换挡控制方法。
背景技术
目前市面上装有两挡AMT或多挡AMT的新能源车都必须配有换挡驱动控制器(TCU)来完成换挡过程，传统换挡驱动控制器(TCU)主要包含以下几个功能模块：微处理器μIC、电源模块、CAN通信模块、I/O、PWM模块和AD采样模块，过温和过流保护模块、H桥驱动模块、换挡电机(一般为直流电机)、传感器等；换挡驱动控制器(TCU)与整车控制器(VCU)及其他控制器通过CAN总线进行信息交互，TCU通过传感器采集档位位置信息，按照整车换挡线策略控制换挡电机正反装来实现换挡过程，此种控制方案TCU设计相对复杂，要求TCU有独立的微处理器μIC模块、CAN通信模块、AD采样模块等，硬件开发成本较高，对整车开发降本压力较大，同时整车控制器VCU在设计时一般都会预留一定冗余接口，从某种程度上来讲是一种资源浪费。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种汽车换挡控制系统，其不仅降低了汽车换挡控制系统的硬件生产成本，还充分利用了整车控制器VCU的冗余资源，同时还缩短了换挡时间。
本发明提供一种汽车换挡控制系统，其包括整车控制器VCU和换挡驱动控制器TCU，所述整车控制器VCU包括第一I/O-PWM模块、AD采样模块及微处理器；所述换挡驱动控制器TCU包括第二I/O-PWM信号调理模块、H桥驱动器、换挡电机及传感器；其中，所述第一I/O-PWM模块的输出端与所述第二I/O-PWM信号调理模块的输入端电连接；所述第二I/O-PWM信号调理模块的输出端与所述H桥驱动器电连接；所述H桥驱动器的第一输出端out 1和第二输出端out 2分别与所述换挡电机电连接；所述换挡电机与所述传感器电连接；所述传感器的输出端与所述AD采样模块的输入端电连接。
其中，所述整车控制器VCU还包括CAN通信模块。
其中，所述整车控制器VCU还包括第一电压转换器；所述第一电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第一电压转换器的输出端分别与所述第一I/O-PWM模块、所述AD采样模块、及所述微处理器电连接。
其中，所述整车控制器VCU还包括第一电压转换器；所述第一电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第一电压转换器的输出端分别与所述第一I/O-PWM模块、所述AD采样模块、所述微处理器及所述CAN通信模块电连接。
其中，所述换挡驱动控制器TCU进一步包括过温保护模块和/或过流保护模块；所述过温保护模块与所述H桥驱动器电连接；所述过流保护模块与所述H桥驱动器电连接。
其中，所述换挡驱动控制器TCU还包括第二电压转换器，所述第二电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第二电压转换器的输出端分别与所述第二I/O-PWM信号调理模块、所述H桥驱动器及所述传感器。
其中，所述换挡驱动控制器TCU还包括第二电压转换器，所述第二电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第二电压转换器的输出端分别与所述第二I/O-PWM信号调理模块、所述H桥驱动器及所述传感器电连接；所述第二电压转换器的输出端还与所述过温保护模块和/或所述过流保护模块电连接。
此外，本发明还提供一种汽车换挡控制系统，其包括整车控制器VCU和换挡驱动控制器TCU，所述整车控制器VCU 10包括第一I/O-PWM模块、AD采样模块、微处理器、CAN通信模块及第一电压转换模块；所述换挡驱动控制器TCU包括第二I/O-PWM信号调理模块、H桥驱动器、换挡电机、第二电压转换模块、传感器、过流保护模块及过温保护模块；其中，所述第一电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第一电压转换器的输出端分别与所述第一I/O-PWM模块、所述AD采样模块、所述微处理器及所述CAN通信模块电连接；所述第一I/O-PWM模块的输出端与所述第二I/O-PWM信号调理模块的输入端电连接；所述第二I/O-PWM信号调理模块的输出端与所述H桥驱动器电连接；所述H桥驱动器的第一输出端out 1和第二输出端out 2分别与所述换挡电机电连接；所述换挡电机与所述传感器电连接；所述传感器的输出端与所述AD采样模块的输入端电连接；所述过温保护模块与所述H桥驱动器电连接；所述过流保护模块与所述H桥驱动器电连接；所述第二电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第二电压转换器的输出端分别与所述第二I/O-PWM信号调理模块、所述H桥驱动器、所述传感器电连接、所述过温保护模块及所述过流保护模块电连接。
此外，本发明还提供一种自动换挡汽车，其包括上述汽车驾驶控制系统。
此外，本发明还提供一种汽车换挡控制方法，所述控制方法应用于上述的换挡控制系统，所述方法包括：
当车速达到预定值时，整车空气器VCU拉高使能信号，同时输出转动控制信号；
将使能信号和转动控制信号经第二I/O-PWM信号调理模块后变为控制H桥驱动器工作的控制信号，以控制换挡电机进行转动；及
整车控制器VCU拉低使能信号，同时停止发送转动控制信号，换挡电机停止运转。
由此，本发明汽车换挡控制系统包括整车控制器VCU和换挡驱动控制器TCU。换挡驱动控制器TCU包括第二I/O-PWM信号调理模块、H桥驱动器33、换挡电机及传感器。与传统的换挡驱动控制器TCU相比，本发明的换挡驱动控制器TCU减少了微处理器、CAN通信模块及AD采样模块，其整个换挡过程由整车控制器VCU发出信号并进行控制。这使得整个汽车换挡控制系统不仅降低了硬件的生产成本，且充分利用了整车控制器VCU的冗余资源，提高了汽车换挡控制系统的利用率；同时，由于整个换挡过程由整车控制器VCU直接主导，简化了换挡过程的软件设计流程，缩短了换挡时间。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1是本发明汽车换挡控制系统一实施例的结构示意图；
图2是本发明汽车换挡控制系统又一实施例的结构示意图；
图3是本发明汽车换挡控制系统又一实施例的结构示意图；
图4是本发明汽车换挡控制系统又一实施例的结构示意图；
图5是本发明汽车换挡控制系统又一实施例的结构示意图；
图6是本发明自动换挡汽车的结构示意图；
图7是本发明汽车换挡控制方法的流程示意图。
具体实施例
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明的汽车换挡控制系统100包括整车控制器VCU 10和换挡驱动控制器TCU 30。
整车控制器VCU 10，即车辆控制单元(Vehicle control unit)。指由集成电路组成的用于实现对数据的分析处理发送等一系列功能的控制装置。其用于控制整车的行驶、加速、减速及转弯等一些列操作。
换挡驱动控制器TCU 30，即自动变速箱控制单元(Transmission Control Unit)。其用于实现档位控制，使驾驶更简单。
其中，整车控制器VCU 10包括第一I/O-PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)模块11、AD(Analog-to-Digital，模数转换模块)采样模块13及微处理器15。
第一I/O-PWM模块11用于发出使能信号、正转控制信号及反转控制信号。
AD采样模块13用于采集整车控制器VCU 10、换挡驱动控制器TCU 30等模块的车辆行驶数据，并将对应车辆实行数据发送给微处理器15进行数据运算和策略处理。
其中，换挡驱动控制器TCU 30包括第二I/O-PWM信号调理模块31、H桥驱动器33、换挡电机35及传感器37。
由于整车控制器VCU 10发出的控制信号通常来说驱动能力较弱，第二I/O-PWM信号调理模块用于调理第一I/O-PWM模块11发出的控制信号，以使该控制信号达到能够驱动H桥驱动器33的电平。
H桥驱动器33，H桥是一个典型的直流电机控制电路，因为它的电路形状酷似字母H，故得名与“H桥”。
换挡电机35为直流电机，用于对车辆进行自动换挡。其可以朝着某个方向及其相反的方向进行转动。当朝某个方向转动为正转，则朝相反方向转动则成为反转，反之亦然。
当换挡电机35进行正转时，换挡电机35可以进行升档操作；则当换挡电机35进行反转时，换挡电机35进行降档操作。相反的，当换挡电机35进行正转时，换挡电机35可以进行降档操作；则当换挡电机35进行反转时，换挡电机35进行升档操作。
其中，第一I/O-PWM模块11的输出端与第二I/O-PWM信号调理模块31的输入端电连接。第二I/O-PWM信号调理模块31的输出端与H桥驱动器33电连接。H桥驱动器33的第一输出端out 1和第二输出端out 2分别与换挡电机35电连接。换挡电机35与传感器37电连接。传感器37的输出端与AD采样模块13的输入端电连接。
第一I/O-PWM模块11将使能信号、正转控制信号及反转控制信号通过第二I/O-PWM信号调理模块31后，进而控制H桥驱动器33进行工作。
在某些实施例中，当换挡电机35正转时，换挡电机35进行升档操作，当换挡电机35反转时，换挡电机35进行降档操作。整车控制器VCU 10用于实时采集或计算整车的车速信号，当车速升至预定值时，需要进行升档操作。此时，整车控制器VCU 10拉高使能信号，同时输出正转控制信号；使能信号和正转控制信号经过第二I/O-PWM信号调理模块31后变为控制H桥驱动器33工作的第一控制信号，第一控制信号控制换挡电机35进行正转，带动换挡电机35的档位机构(图未示)运行。同时传感器37实时监控档位机构的位置或角度信号，并将该信号传输给AD采样模块13。当档位机构运行至目标位置时，整车控制器VCU 10拉低使能信号，同时停发正转控制信号，换挡电机35停止运转，完成升档换挡过程。
反之，当车速从较高值降至预定值时，需进行降档操作。此时，整车控制器VCU 10拉高使能信号，同时输出反转控制信号；使能信号和反转控制信号经过第二I/O-PWM信号调理模块31后变为控制H桥驱动器33工作的第二控制信号，第二控制信号控制换挡电机35进行反转，带动档位机构运行。同时传感器37实时监控档位机构的位置或角度信号，并将该信号传输给AD采样模块13。当档位机构运行至目标位置时，整车控制器VCU 10拉低使能信号，同时停发反转控制信号，换挡电机35停止运转，完成降档换挡过程。
本发明的汽车换挡控制系统100适用于具有AMT(自动变速器)驾驶控制系统。
本发明的汽车换挡控制系统100包括整车控制器VCU 10和换挡驱动控制器TCU30。换挡驱动控制器TCU 30包括第二I/O-PWM信号调理模块31、H桥驱动器33、换挡电机35及传感器37。与现有的换挡驱动控制器TCU 30相比，本发明的换挡驱动控制器TCU 30减少了微处理器、CAN通信模块及AD采样模块，其整个换挡过程由整车控制器VCU 10发出信号并进行控制。这使得整个汽车换挡控制系统100不仅降低了硬件的生产成本，且充分利用了整车控制器VCU 10的冗余资源，提高了汽车换挡控制系统100的利用率；同时，由于整个换挡过程由整车控制器VCU 10直接主导，简化了换挡过程的软件设计流程，缩短了换挡时间。
如图2所示，在某些实施例中，整车控制器VCU 10还包括CAN通信模块17，即控制器局域网络(controller area network)，其用于与汽车的其它控制器，例如电池管理控制器、电机控制器等进行通信。
在某些实施例中，整车控制器VCU 10还包括第一电压转换器19。第一电压转换器19的输入端与外部供电电源(图未示)的输出端电连接，第一电压转换器19的输出端分别与第一I/O-PWM模块11、AD采样模块13、微处理器15及CAN通信模块17电连接。第一电压转换器19用于将外部供电电源输入的电压转换成整车控制器VCU 10的工作电压，以供整车控制器VCU 10上各个功能模块的运转。
例如，当外部供电电源提供的电压高于整车控制器VCU 10工作所需要的电压时，则该电压线通过第一电压转换器19进行降压后，再输入给整车控制器VCU 10的各个模块进行供电。
当外部供电电源提供的电压低于整车控制器VCU 10工作所需要的电压时，则该电压线通过第一电压转换器19进行升压后，再输入给整车控制器VCU 10的各个模块进行供电。
如图3所示，在某些实施例中，换挡驱动控制器TCU 30进一步包括过温保护模块38，过温保护模块38与H桥驱动器33电连接。其用于在换挡驱动控制器TCU 30的温度超过预设值(例如50℃)时，断开H桥驱动器33，停止H桥驱动器33的工作。
如图4所示，在某些实施例中，换挡驱动控制器TCU 30进一步包括过流保护模块39，过流保护模块39与H桥驱动器33电连接。其用于在换挡驱动控制器TCU 30的电流流量超过预设值时，断开H桥驱动器33，停止H桥驱动器33的工作。
如图5所示，在某些实施例中，换挡驱动控制器TCU 30包括过温保护模块38及过流保护模块39。过温保护模块38和过流保护模块39分别与H桥驱动器33电连接。
在某些实施例中，换挡驱动控制器TCU 30还包括第二电压转换器36，第二电压转换器36的输入端与外部供电电源(图未示)的输出端电连接，第二电压转换器36的输出端分别与第二I/O-PWM信号调理模块31、H桥驱动器33、传感器37、过温保护模块38及过流保护模块39电连接。
第二电压转换器36用于将外部供电电源输入的电压转换成换挡驱动控制器TCU30的工作电压，以供换挡驱动控制器TCU 30上各个功能模块的运转。
例如，当外部供电电源提供的电压高于换挡驱动控制器TCU 30工作所需要的电压时，则该电压线通过第二电压转换器36进行降压后，再输入给换挡驱动控制器TCU 30的各个模块进行供电。
当外部供电电源提供的电压低于换挡驱动控制器TCU 30工作所需要的电压时，则该电压线通过第二电压转换器36进行升压后，再输入给换挡驱动控制器TCU 30的各个模块进行供电。
如图6所示，本发明还提供一种自动换挡汽车200，该自动换挡汽车200包括本发明汽车换挡控制系统100。关于汽车换挡控制系统100的详细描述参见上述实施例的描述，在本实施例中不再赘述。
请参阅图1和图7，本发明还提供了一种汽车换挡控制方法300，该方法应用于换挡控制系统100，该方法包括：
S1，当车速达到预定值时，整车空气器VCU拉高使能信号，同时输出转动控制信号；
具体地，当车速达到预定值时，具体可以车速由较高行驶速度减速至较低行驶速度；也可以是车速由较低的行驶速度减速至较高的行驶速度。预定值具体指汽车进行换挡的速度临界值。
具体地，转动控制信号可以为正转控制信号或反转控制信号。更具体地，正转控制信号指的是使换挡电机35进行正向转动的信号；反转控制信号指的是换挡电机35进行正向转动的信号。
S2，将使能信号和转动控制信号经第二I/O-PWM信号调理模块后变为控制H桥驱动器工作的控制信号，以控制换挡电机进行转动；及
S3，整车控制器VCU拉低使能信号，同时停止发送转动控制信号，换挡电机停止运转。
在一具体实施例中，假设换挡电机35正转时，换挡电机35进行升档操作，当换挡电机35反转时，换挡电机35进行降档操作。
其中，当车速升至预定值时，需要进行升档操作。此时，整车控制器VCU 10拉高使能信号，同时输出正转控制信号；使能信号和正转控制信号经过第二I/O-PWM信号调理模块31后变为控制H桥驱动器33工作的第一控制信号，第一控制信号控制换挡电机35进行正转，带动换挡电机35的档位机构(图未示)运行。同时传感器37实时监控档位机构的位置或角度信号，并将该信号传输给AD采样模块13。当档位机构运行至目标位置时，整车控制器VCU 10拉低使能信号，同时停发正转控制信号，换挡电机35停止运转，完成升档换挡过程。
反之，当车速从较高值降至预定值时，需进行降档操作。此时，整车控制器VCU 10拉高使能信号，同时输出反转控制信号；使能信号和反转控制信号经过第二I/O-PWM信号调理模块31后变为控制H桥驱动器33工作的第二控制信号，第二控制信号控制换挡电机35进行反转，带动档位机构运行。同时传感器37实时监控档位机构的位置或角度信号，并将该信号传输给AD采样模块13。当档位机构运行至目标位置时，整车控制器VCU 10拉低使能信号，同时停发反转控制信号，换挡电机35停止运转，完成降档换挡过程。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易的想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种汽车换挡控制系统，其包括整车控制器VCU和换挡驱动控制器TCU，所述整车控制器VCU包括第一I/O-PWM模块、AD采样模块及微处理器；所述换挡驱动控制器TCU包括第二I/O-PWM信号调理模块、H桥驱动器、换挡电机及传感器；其特征在于：所述第一I/O-PWM模块的输出端与所述第二I/O-PWM信号调理模块的输入端电连接；所述第二I/O-PWM信号调理模块的输出端与所述H桥驱动器电连接；所述H桥驱动器的第一输出端out 1和第二输出端out2分别与所述换挡电机电连接；所述换挡电机与所述传感器电连接；所述传感器的输出端与所述AD采样模块的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的汽车换挡控制系统，其特征在于，所述整车控制器VCU还包括CAN通信模块。
3.根据权利要求1所述的汽车换挡控制系统，其特征在于，所述整车控制器VCU还包括第一电压转换器；所述第一电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第一电压转换器的输出端分别与所述第一I/O-PWM模块、所述AD采样模块、及所述微处理器电连接。
4.根据权利要求2所述的汽车换挡控制系统，其特征在于，所述整车控制器VCU还包括第一电压转换器；所述第一电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第一电压转换器的输出端分别与所述第一I/O-PWM模块、所述AD采样模块、所述微处理器及所述CAN通信模块电连接。
5.根据权利要求1所述的汽车换挡控制系统，其特征在于，所述换挡驱动控制器TCU进一步包括过温保护模块和/或过流保护模块；所述过温保护模块与所述H桥驱动器电连接；所述过流保护模块与所述H桥驱动器电连接。
6.根据权利要求1所述的汽车换挡控制系统，其特征在于，所述换挡驱动控制器TCU还包括第二电压转换器，所述第二电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第二电压转换器的输出端分别与所述第二I/O-PWM信号调理模块、所述H桥驱动器及所述传感器。
7.根据权利要求5所述的汽车换挡控制系统，其特征在于，所述换挡驱动控制器TCU还包括第二电压转换器，所述第二电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第二电压转换器的输出端分别与所述第二I/O-PWM信号调理模块、所述H桥驱动器及所述传感器电连接；所述第二电压转换器的输出端还与所述过温保护模块和/或所述过流保护模块电连接。
8.一种汽车换挡控制系统，其包括整车控制器VCU和换挡驱动控制器TCU，所述整车控制器VCU 10包括第一I/O-PWM模块、AD采样模块、微处理器、CAN通信模块及第一电压转换模块；所述换挡驱动控制器TCU包括第二I/O-PWM信号调理模块、H桥驱动器、换挡电机、第二电压转换模块、传感器、过流保护模块及过温保护模块；其特征在于：所述第一电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第一电压转换器的输出端分别与所述第一I/O-PWM模块、所述AD采样模块、所述微处理器及所述CAN通信模块电连接；所述第一I/O-PWM模块的输出端与所述第二I/O-PWM信号调理模块的输入端电连接；所述第二I/O-PWM信号调理模块的输出端与所述H桥驱动器电连接；所述H桥驱动器的第一输出端out 1和第二输出端out 2分别与所述换挡电机电连接；所述换挡电机与所述传感器电连接；所述传感器的输出端与所述AD采样模块的输入端电连接；所述过温保护模块与所述H桥驱动器电连接；所述过流保护模块与所述H桥驱动器电连接；所述第二电压转换器的输入端与外部供电电源的输出端电连接，所述第二电压转换器的输出端分别与所述第二I/O-PWM信号调理模块、所述H桥驱动器、所述传感器电连接、所述过温保护模块及所述过流保护模块电连接。
9.一种自动换挡汽车，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的汽车换挡控制系统。
10.一种汽车换挡控制方法，所述控制方法应用于权利要求1-8任一项所述的换挡控制系统，其特征在于，所述方法包括：
当车速达到预定值时，整车空气器VCU拉高使能信号，同时输出转动控制信号；
将使能信号和转动控制信号经第二I/O-PWM信号调理模块后变为控制H桥驱动器工作的控制信号，以控制换挡电机进行转动；及
整车控制器VCU拉低使能信号，同时停止发送转动控制信号，换挡电机停止运转。
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