CN112104210A - 一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱，驱动电路包括至少一个高端驱动电路和与每个高端驱动电路相对应的多个低端驱动电路，高端驱动电路的信号输入端用于接收电磁阀驱动控制信号，高端驱动电路的信号输出端用于与各个电磁阀的第一端连接，每个电磁阀的第二端用于与低端驱动电路的第一输出端连接，低端驱动电路的第二输出端接地，低端驱动电路的输入端用于接收使能控制信号。由于所有电磁阀都是共同高端驱动源，所以消耗线圈储能也是在共同推挽电路中进行，节约成本，共用保护；高端既可以实现常拉高电平，也可以实时发送占空比可变PWM波形，使所有的电磁阀达到驱动电流一致，进而节约高端控制资源，降低软件控制的复杂性。

Description

一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱

技术领域

本发明涉及电磁阀驱动技术领域，尤其是涉及一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱。

背景技术

对于电控机械式自动机械变速箱(Automated Mechanical Transmission，AMT)来说，电磁阀能够直接方便的驱动换挡及离合执行机构，同时电磁阀便于实现自动化和智能化控制算法，提高变速箱的使用寿命。

但是在现有技术中，一个电磁阀对应一个高端控制和一个低端控制，提高了控制成本，高端控制供电源，低端控制PWM波形，在控制电磁阀感性负载情况下，易产生线圈储能，尤其对于PWM控制的高速开关电磁阀，对PWM的通道数、MCU性能和运算能力均要求很高，同时对控制的逻辑应用软件也变复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱，由于所有电磁阀都是共同高端驱动源，所以消耗线圈储能也是在共同推挽电路中进行，节约成本，共用保护；高端驱动电路既可以实现常拉高电平，也可以实时发送占空比可变PWM波形，使所有的电磁阀达到驱动电流一致，响应时间一致，进而节约高端控制资源，降低软件控制的复杂性。

第一方面，本申请实施例提供了一种驱动电路，所述驱动电路包括：至少一个高端驱动电路和与每个所述高端驱动电路相对应的多个低端驱动电路；

所述高端驱动电路的信号输入端用于接收电磁阀驱动控制信号，所述高端驱动电路的信号输出端用于与各个电磁阀的第一端连接，每个所述电磁阀的第二端用于与所述低端驱动电路的第一输出端连接，所述低端驱动电路的第二输出端接地，所述低端驱动电路的输入端用于接收使能控制信号。

优选地，所述高端驱动电路包括第一场效应管、第二场效应管、电源以及采样电阻；

所述第一场效应管的漏极与所述电源的正极连接，所述电源的负极接地，所述第一场效应管的源极分别与所述第二场效应管的漏极及所述采样电阻的一端连接，所述第一场效应管的栅极作为第一驱动信号输入端，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的栅极作为第二驱动信号输入端，所述采样电阻的另一端与多个所述电磁阀的第一端连接。

优选地，所述第一驱动信号输入端的第一驱动信号和所述第二驱动信号输入端的第二驱动信号为互补波形信号。

优选地，所述低端驱动电路包括第三场效应管；

所述第三场效应管的漏极作为所述低端驱动电路的第一输出端，所述第三场效应管的源极接地，所述第三场效应管的栅极作为使能控制信号输入端，用于接收使能控制信号。

优选地，所述高端驱动电路包括多个相互并联的子高端驱动电路；

每个所述子高端驱动电路分别对应多个相互并联的低端驱动电路。

优选地，所述第一场效应管和所述第二场效应管为NMOS管。

第二方面，本申请实施例提供了一种驱动系统，所述驱动系统包括至少一个如第一方面所述的驱动电路和多个电磁阀，所述驱动电路的高端驱动电路与多个所述电磁阀的第一端连接，每个所述电磁阀的第二端均与所述驱动电路的低端驱动电路连接。

优选地，所述电磁阀为离合器换挡电磁阀。

第三方面，本申请实施例提供了一种驱动方法，应用于如第一方面所述的驱动电路，所述驱动方法包括：

获取所述驱动电路的高端驱动电路的电磁阀驱动控制信号，以及所述驱动电路的低端驱动电路的使能控制信号；

基于所述电磁阀驱动控制信号和所述使能控制信号，改变待检测车辆中电磁阀的状态。

第四方面，本申请实施例提供了一种变速箱，所述变速箱应用如第二方面所述的驱动系统。

本申请实施例提供了一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱，其中，驱动电路包括至少一个高端驱动电路和与每个所述高端驱动电路相对应的多个低端驱动电路，所述高端驱动电路的信号输入端用于接收电磁阀驱动控制信号，所述高端驱动电路的信号输出端用于与各个电磁阀的第一端连接，每个所述电磁阀的第二端用于与所述低端驱动电路的第一输出端连接，所述低端驱动电路的第二输出端接地，所述低端驱动电路的输入端用于接收使能控制信号。这样一来，由于所有电磁阀都是共同高端驱动源，所以消耗线圈储能也是在共同推挽电路中进行，节约成本，共用保护；高端驱动电路既可以实现常拉高电平，也可以实时发送占空比可变PWM波形，使所有的电磁阀达到驱动电流一致，响应时间一致，进而节约高端控制资源，降低软件控制的复杂性。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点在说明书及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的第一种驱动系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第二种驱动系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的第三种驱动系统的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种驱动方法的流程图。

附图标记：

10-驱动系统；20-高端驱动电路；210-第一子高端驱动电路；220-第二子高端驱动电路；200-第一场效应管；201-第二场效应管；202-电源；203-采样电阻；30-低端驱动电路；300-第三场效应管；40-电磁阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

对于电控机械式自动机械变速箱(Automated Mechanical Transmission，AMT)来说，电磁阀能够直接方便的驱动换挡及离合执行机构，同时电磁阀便于实现自动化和智能化控制算法，提高变速箱的使用寿命。但是在现有技术中，电磁阀驱动装置要么只能对短路电源保护，但对地短路不能保护；要么只能对地短路保护，但对短路电源不能保护；或者在控制电磁阀感性负载情况下，容易产生线圈储能。基于此，本申请实施例提供了一种驱动电路、驱动系统、驱动方法及变速箱，由于所有电磁阀都是共同高端驱动电路，所以消耗线圈储能也是在共同推挽电路中进行，节约成本，共用保护；高端驱动电路既可以实现常拉高电平，也可以实时发送占空比可变PWM波形，使所有的电磁阀达到驱动电流一致，响应时间一致，进而节约高端控制资源，降低软件控制的复杂性。

请参阅图1，图1为本申请实施例提供的第一种驱动系统的结构示意图。如图1中所示，本申请实施例提供的驱动系统10，包括至少一个驱动电路和多个电磁阀40。

具体地，请参阅图2，图2为本申请实施例提供的第二种驱动系统的结构示意图。所述驱动电路的高端驱动电路20与多个所述电磁阀40的第一端连接，每个所述电磁阀40的第二端均与所述驱动电路的低端驱动电路30连接。

这里，高端驱动电路20采用推挽电路结构，利用推挽电路结构进行高端控制，可以实现对地短路保护。其中，推挽电路结构包括两个推挽相连的NMOS管。当相应的电磁阀40工作时，第一NMOS管导通，第二NMOS管关断，而电磁阀40不工作时，第一NMOS管关断，第二NMOS管导通，让电磁阀40的储量可以通过第二NMOS管形成回路完成续流功能，消耗线圈储能。

进一步地，所述驱动电路包括至少一个高端驱动电路20和与每个所述高端驱动电路20相对应的多个低端驱动电路30。

这里，至少一个包括一个，两个和两个以上，不具体限制驱动电路中高端驱动电路20的数量，除此之外，高端驱动电路20相对应的低端驱动电路30的数量也不受限制，但是根据实际情况可知，低端驱动电路30的数量有多个。

具体地，所述高端驱动电路20的信号输入端用于接收电磁阀驱动控制信号，所述高端驱动电路20的信号输出端用于与各个电磁阀40的第一端连接，每个所述电磁阀40的第二端用于与所述低端驱动电路30的第一输出端连接，所述低端驱动电路30的第二输出端接地，所述低端驱动电路30的输入端用于接收使能控制信号。

这里，电磁阀驱动控制信号通过高端驱动电路20的信号输入端输入至驱动系统10，然后经过高端驱动电路20处理得到采集电压信号，采集电压信号通过高端驱动电路20的信号输出端流出，然后从电磁阀40的第一端进入电磁阀40；使能控制信号通过低端驱动电路30的输入端进入低端驱动电路30，然后从低端驱动电路30的第一输出端流出，通过电磁阀40的第二端进入电磁阀40，电磁阀40根据接收到的采集电压信号以及使能控制信号控制该电磁阀40的状态，这里的状态包括导通状态和关断状态，进而，通过控制电磁阀40的状态控制气路导通驱动换挡杆或离合器，从而实现换挡。

其中，电磁阀驱动控制信号既可以为常拉高电平，也可以是实时的占空比可变PWM波形。

本申请实施例采用推挽电路结构，通过改变控制推挽电路结构中的NMOS管的栅极控制信号，即PWM通断时序互补波形，可以解决高端在关断电磁阀时产生的线圈储能。由于所有电磁阀都是共同高端驱动源，所以消耗线圈储能也是共同推挽电路中的第二NMOS管进行续流，节约成本，共用保护，同时可以确保电磁阀的PWM波形最低幅度是0V。解决了对高速开关电磁阀的PWM控制需求，共用高端控制可调电源和独立低端控制关断的方式也解决了PWM资源和软件控制复杂的问题。

如图2中所示，所述高端驱动电路20包括第一场效应管200、第二场效应管201、电源202以及采样电阻203；

所述第一场效应管200的漏极与所述电源202的正极连接，所述电源202的负极接地，所述第一场效应管200的源极分别与所述第二场效应管201的漏极及所述采样电阻203的一端连接，所述第一场效应管200的栅极作为所述第一驱动信号输入端，所述第二场效应管201的源极接地，所述第二场效应管201的栅极作为所述第二驱动信号输入端，所述采样电阻203的另一端与多个所述电磁阀40的第一端连接。具体地，所述低端驱动电路30包括第三场效应管300。

其中，该电源202可以为电池，第一场效应管200对应第一NMOS管，第二场效应管201对应第二NMOS管。具体地，第一场效应管200和第二场效应管201为独立的相同电源的大功率NMOS管。

这里，高端驱动电路20中的第一NMOS管和第二NMOS管形成推挽结构，第一NMOS管的漏极接电池正极，源极接第二NMOS管的漏极，第二NMOS管的源极接地，第一NMOS管的源极和第二NMOS管的漏极连接一个采样电阻203，然后与电磁阀40相连接，再与电磁阀40相应的第三NMOS管的漏极相连，第三NMOS管的源极接地。这样可以解决关断电磁阀40时产生的线圈储能。

高端驱动电路20中的第一NMOS管和第二NMOS管的栅极控制端接收到的均是MCU发出的PWM波形，两个PWM波形是互补波形，第三NMOS管的栅极控制端接收使能控制信号，进而控制电磁阀40的关断或导通。

具体地，所述第一驱动信号输入端的第一驱动信号和所述第二驱动信号输入端的第二驱动信号为互补波形信号。进而，第一驱动信号输入端或第二驱动信号输入端的输入信号为PWM波形信号。

这里，采样电阻203与多个电磁阀40的第一端连接，用于保护电磁阀40，以防电磁阀40由于电流过大受损。

示例性的，当第一驱动信号始终为高电平，第二驱动信号始终为低电平时，第一场效应管200导通，第二场效应管201未导通。当第一驱动信号始终为低电平，第二驱动信号始终为高电平时，第二场效应管201导通，第一场效应管200未导通。MCU向电磁阀高端推挽结构电路中的第一NMOS管和第二NMOS管发出第一PWM波形和第二PWM波形，这两个波形是互补波形，保证在某个时段内第一NMOS管和第二NMOS管只有一个是导通和关断。进而，高端推挽结构控制电路形成一个PWM波形可调电源。

这里，第一驱动信号以及第二驱动信号均为脉冲宽度调制信号(PWM信号)，脉冲宽度调制(PWM)基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

进一步地，如图2中所示，所述低端驱动电路30包括第三场效应管300；

所述第三场效应管300的漏极作为所述低端驱动电路30的第一输出端，所述第三场效应管300的源极接地，所述第三场效应管300的栅极作为使能控制信号输入端，用于接收使能控制信号。

当使能控制信号为高电平时，第三场效应管300导通，当使能控制信号为低电平时，第三场效应管300不导通。

请参阅图3，图3为本申请实施例提供的第三种驱动系统的结构示意图。如图3中所示，所述高端驱动电路20包括多个相互并联的子高端驱动电路，每个所述子高端驱动电路分别对应多个相互并联的低端驱动电路30。

在本申请实施例中，高端驱动电路20包括两个相互并联的子高端驱动电路，分别为第一子高端驱动电路210和第二子高端驱动电路220，第一子高端驱动电路210包括七个相互并联的低端驱动电路30，第二子高端驱动电路220包括六个相互并联的低端驱动电路30。

举例说明，驱动系统10中共有13只控制驱动换挡和离合的电磁阀40，其中6只是一个共同高端控制，7只是一个共同高端控制。每个电磁阀40的第二端均有一个相对应的低端的第三NMOS管控制，此第三NMOS管只负责其对应的电磁阀40导通和关断动作。高端驱动电路20既可以实现常拉高电平，也可以实时发送占空比可变PWM波形，对所有的电磁阀40达到驱动电流一致性，响应时间一致。节约高端控制资源和软件控制复杂程序。

具体地，所述电磁阀40为离合器换挡电磁阀，也称为选挡和离合电磁阀。

这样，在实际应用时，本申请实施例基于重型商用车AMT变速箱控制需求，在当前AMT的自动变速箱采用气动控制驱动源的情况下，用电磁阀40控制换挡杆或离合器动作。自动变速箱控制单元(Transmission Control Unit，TCU)对电磁阀40的高端持续发出PWM波形可调电源，然后根据挡位组合需求，控制低端相应NMOS管，从而实现相应电磁阀40工作，控制气路导通驱动换挡杆或离合器，从而实现换挡。

具体的，驱动系统10主要集成在TCU内，与微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)形成电磁阀驱动控制电路。当TCU装入AMT内后，整车上电后，TCU完成初始化，同时完成对采样电阻203的检测和主动检测诊断功能。MCU向电磁阀高端推挽结构电路的第一NMOS管和第二NMOS管分别发出两个PWM波形，这两个波形是互补波形，保证在某个时段内第一NMOS管和第二NMOS管只有一个是导通和关断。这个高端推挽结构控制电路形成一个PWM波形可调电源，这个PWM电源经过采样电阻203，然后到电磁阀40的第一端。由于所有电磁阀40是共同高端推挽电路，所以所有电磁阀40的第一端均有这个PWM波形可调电源。当有换挡需求时，MCU会根据控制策略需求，给相应电磁阀40的第三NMOS管一个使能控制信号，电磁阀40导通，从而实现换挡杆或离合器动作。

本申请实施例提供的驱动电路和驱动系统，包括至少一个高端驱动电路和与每个所述高端驱动电路相对应的多个低端驱动电路，所述高端驱动电路的信号输入端用于接收电磁阀驱动控制信号，所述高端驱动电路的信号输出端用于与各个电磁阀的第一端连接，每个所述电磁阀的第二端用于与所述低端驱动电路的第一输出端连接，所述低端驱动电路的第二输出端接地，所述低端驱动电路的输入端用于接收使能控制信号。这样一来，由于所有电磁阀都是共同高端驱动源，所以消耗线圈储能也是在共同推挽电路中进行，节约成本，共用保护；高端既可以实现常拉高电平，也可以实时发送占空比可变PWM波形，使所有的电磁阀达到驱动电流一致，响应时间一致，进而节约高端控制资源，降低软件控制的复杂性。

请参阅图4，图4为本申请实施例提供的一种驱动方法的流程图，应用于如上所述的驱动电路，所述驱动方法包括：

S410、获取所述驱动电路的高端驱动电路的电磁阀驱动控制信号，以及所述驱动电路的低端驱动电路的使能控制信号。

该步骤中，电磁阀驱动控制信号包括第一驱动信号与所述第二驱动信号，当待检测车辆处于行驶状态时，所述第一驱动信号与所述第二驱动信号始终为互补的两个信号，也就是说当第一场效应管工作时，第二场效应管不工作，相应的，当第二场效应管工作时，第一场效应管不工作。

在待检测车辆处于行驶状态时，使能控制信号有两种不同的输入形式，一种是高电平，一种是低电平。

S420、基于所述电磁阀驱动控制信号和所述使能控制信号，改变待检测车辆中电磁阀的状态。

该步骤中，通过电磁阀驱动控制信号和使能控制信号共同控制电磁阀的状态，其中，电磁阀驱动控制信号为第一驱动信号或第二驱动信号，电磁阀的状态包括导通状态和关断状态。

具体地，当待检测车辆处于行驶状态时，高端驱动电路的第一驱动信号始终输入高电平信号，而第二驱动信号则始终为低电平信号，致使第一场效应管导通工作，而第二场效应管不工作，第一场效应管的源极直接接地，采集到的电压信号波形与第一驱动信号波形一致，均为高电平信号波形，低端驱动电路的第三场效应管的栅极始终接收到低电平使能控制信号，致使所述第三场效应管未导通，此时，在高电平的第一驱动信号以及低电平使能控制信号的作用下，电磁阀导通，进而实现换挡杆或离合器动作。

本申请实施例提供的驱动方法，先获取所述驱动电路的高端驱动电路的电磁阀驱动控制信号，以及所述驱动电路的低端驱动电路的使能控制信号，然后基于所述电磁阀驱动控制信号和所述使能控制信号，改变待检测车辆中电磁阀的状态。

基于相同的技术构思，本申请实施例提供一种变速箱，所述变速箱应用如上所述的驱动系统。进而，本申请实施例的驱动系统在重型商用车AMT变速箱中使用。

本申请实施例提供的变速箱包括如上所述的驱动系统10的所有技术特征，具有如上所述的驱动系统10的所有技术特征所对应的技术效果，在此不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括：至少一个高端驱动电路和与每个所述高端驱动电路相对应的多个低端驱动电路；

所述高端驱动电路的信号输入端用于接收电磁阀驱动控制信号，所述高端驱动电路的信号输出端用于与各个电磁阀的第一端连接，每个所述电磁阀的第二端用于与所述低端驱动电路的第一输出端连接，所述低端驱动电路的第二输出端接地，所述低端驱动电路的输入端用于接收使能控制信号。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述高端驱动电路包括第一场效应管、第二场效应管、电源以及采样电阻；

所述第一场效应管的漏极与所述电源的正极连接，所述电源的负极接地，所述第一场效应管的源极分别与所述第二场效应管的漏极及所述采样电阻的一端连接，所述第一场效应管的栅极作为第一驱动信号输入端，所述第二场效应管的源极接地，所述第二场效应管的栅极作为第二驱动信号输入端，所述采样电阻的另一端与多个所述电磁阀的第一端连接。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述第一驱动信号输入端的第一驱动信号和所述第二驱动信号输入端的第二驱动信号为互补波形信号。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述低端驱动电路包括第三场效应管；

所述第三场效应管的漏极作为所述低端驱动电路的第一输出端，所述第三场效应管的源极接地，所述第三场效应管的栅极作为使能控制信号输入端，用于接收使能控制信号。

5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述高端驱动电路包括多个相互并联的子高端驱动电路；

每个所述子高端驱动电路分别对应多个相互并联的低端驱动电路。

6.根据权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述第一场效应管和所述第二场效应管为NMOS管。

7.一种驱动系统，其特征在于，所述驱动系统包括至少一个如权利要求1至6中任一项所述的驱动电路和多个电磁阀，所述驱动电路的高端驱动电路与多个所述电磁阀的第一端连接，每个所述电磁阀的第二端均与所述驱动电路的低端驱动电路连接。

8.根据权利要求7所述的驱动系统，其特征在于，所述电磁阀为离合器换挡电磁阀。

9.一种驱动方法，其特征在于，应用于如权利要求1-6任一项所述的驱动电路，所述驱动方法包括：

获取所述驱动电路的高端驱动电路的电磁阀驱动控制信号，以及所述驱动电路的低端驱动电路的使能控制信号；

基于所述电磁阀驱动控制信号和所述使能控制信号，改变待检测车辆中电磁阀的状态。

10.一种变速箱，其特征在于，所述变速箱应用如权利要求7或8所述的驱动系统。

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