CN112196990B - 一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统与方法，涉及汽车控制领域，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，其中换挡杆用于换挡时在第一工位至第八工位、初始工位之间切换；霍尔角度传感器用于随换挡杆第一工位至第六工位的切换时，根据各工位处磁通量的改变发送相应的第一档位信号至第六档位信号；主控芯片根据档位信号输出控制信号控制车辆换挡，并在高低档位切换时对档位信号进行判断和纠正。本发明通过对档位信号的再定义，以及特殊情况下的档位信号的纠正，避免档位信号的误判，更加准确地理解驾驶员的换挡需求，解决了电子换挡器运用在重汽上的换挡逻辑判断问题。

Description

一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统与方法

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，具体涉及一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统与方法。

背景技术

卡车与普通车辆最大的区别在于卡车的重量与排量都大很多，尤其是重汽，由于其高载重的使用需求，另其需要平缓的进行变速调节，以保证有合适的档位来确保有足够的扭矩带动车辆前进，所以重汽常见的档位都在8-12档。一般的重汽多为柴油车，而柴油机工作转速范围比汽油机小很多，大概在1000～2500转/分。为了在0～120公里/小时的车速范围内发挥发动机的最大扭矩和效率，就需要比汽油机配置更多的档位。通常重汽的档位越多，对发动机功率利用越高。另外在不同路况下，也可以用更多的档位去适应，以达到车速和扭矩输出的最佳配比。

档位多还有一个目的就是为了燃油经济性，让车辆在不同车速行驶都可以处于发动机经济转速区间。像重汽启动和加速的时候需要大扭矩，多个低速档就可以更经济的加速，减小换档导致的发动机转速跳变。再者，档位多了还可以把低速档的设计时速降低，高速档的设计时速提高，从而使得拉同样的货情况下获得的经济效益更高。

而传统的重汽的换挡器多采用机械式结构，以达到有限的档位槽中，在档位复用的情况下实现多档位（8档甚至8档以上）的切换。而随着技术的发展，电子换挡器在普通车辆上的应用过程中已经经历了多次的更新迭代，但由于档位复用的设计，电子换挡器还不能很好的运用在重汽上。因此，将电子换挡器运用到重汽上，并符合重汽的驾驶习惯，也成为研发者们亟待解决的问题。

现有技术中，如公开号为CN111102353A的中国专利，公开了一种电动汽车的换挡控制系统及方法，其通过电子档位顺序管理采集档位的信号，并将采集到的档位的信号发送至整车控制器；整车控制器接收电子档位顺序管理器发送的档位的信号，并对接收到的档位信号进行处理，并将处理结果发送至仪表控制单元；仪表控制单元接收并显示整车控制器发送的处理结果。该专利通过在车辆在未处于可行驶状态时，EGSM不会请求D/R档位，保证车辆的安全性；提升驾驶员换档便利性，当某一次换档不成功时，重复上次动作（旋转方向）实现再次换档。但该专利并未解决档位复用情况下电子的多档位切换问题。

发明内容

为解决上述问题，使得电子换挡器能够安全有效得运用在重汽上，本发明提出了一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，以车辆处于空档时的档杆位置为初始工位，其中：

所述换挡杆用于换挡时在第一工位至第八工位、初始工位之间切换；

所述霍尔角度传感器用于随换挡杆第一工位至第六工位的切换时，根据各工位处磁通量的改变发送相应的第一档位信号至第六档位信号；

所述主控芯片用于根据档位信号输出控制信号控制车辆换挡；

所述主控芯片还用于当车辆处于第六档位且接收到第一档位信号后，将第一档位信号至第六档位信号切换为第七档位信号至第十二档位信号，并控制车辆切换至第七档位；

所述主控芯片还用于当车辆处于第七档位且接收到第十二档位信号后，恢复为第一档位信号至第六档位信号，并控制车辆切换至第六档位。

进一步地，所述主控芯片中还包括车速判断单元，当车辆档位等于第六档位且接收到第一档位信号，或车辆档位大于第六档位且接收到第七档位信号时，

所述车速判断单元判断车辆是否低于预设车速或有刹车信号，若是，则恢复为第一档位信号至第六档位信号。

进一步地，所述霍尔角度传感器还用于在换挡杆切换至第七工位和第八工位时分别发送驻车档位信号和倒车档位信号。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块用于为系统提供系统电源和工作电源，同时所述主控芯片含有第一引脚至第四十八引脚，所述霍尔角度传感器含有第一引脚至第八引脚。

进一步地，所述霍尔角度传感器中：

第一引脚接系统电源，并通过第五十四电容接地；第二引脚接主控芯片的第十四引脚；第三引脚接地；第四引脚接主控芯片的第十三引脚；第五引脚接主控芯片的第十七引脚；第六引脚接主控芯片的第十五引脚；第七引脚通过第五十三电容接地；第八引脚接地。

进一步地，还包括CAN通讯芯片，所述CAN通讯芯片用于将控制信号输出给车辆，含有第一引脚至第八引脚，其中CAN通讯芯片中：

第一引脚通过第三十一电阻接主控芯片的第三十四引脚；第二引脚接地；第三引脚同时连接第二十六电容、第二十八电容、第四电感的一端，所述第二十六电容和第二十八电容的另一端相连并接地，所述第四电感的另一端接工作电源；第四引脚通过第三十三电阻连接主控芯片的第三十三引脚；第五引脚空接；第六引脚和第七引脚分别连接共模滤波器的第四引脚和第三引脚；第八引脚通过第二十二电阻接工作电源，并通过第三十电阻接主控芯片的第二十九引脚；

所述共模滤波器的第四引脚通过第四电阻连接共模滤波器的第二引脚，共模滤波器的第三引脚通过第三电阻连接共模滤波器的第一引脚；共模滤波器的第一引脚分别连接第十六电容的一端、瞬态抑制二级管的第二引脚和第三十四电阻的一端，并作为CAN通讯高频信号输出端；共模滤波器的第二引脚分别连接第二十四电容的一端、瞬态抑制二极管的第一引脚和第三十二电阻的一端，并作为CAN通讯低频信号输出端；所述第十六电容和第二十四电容的另一端相连并同时接地级和瞬态抑制二极管的第三引脚；所述第三十四电阻和第三十二电阻的另一端相连并通过第二十二电容接地。

进一步地，还包括第一按键和第二按键，用于分别发送模式切换信号或特殊起步信号至主控芯片，其中：

模式切换信号用于切换车辆分别进入经济模式和动力模式；

特殊起步信号用于控制车辆进行特殊起步模式。

进一步地，所述第一按键和第二按键处还设有背光灯电路，所述背光灯电路用于为第一按键和第二按键提供背光。

本发明还提出了一种档位复用的多档位换挡器的换挡方法，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，车辆处于空档时的档杆位置为初始工位，包括步骤：

S1：接收霍尔角度传感器随换挡杆第一工位至第六工位切换时磁通量的变化发送相应的第一档位信号至第六档位信号；

S2：根据档位信号输出控制信号切换车辆档位；

S3：判断车辆是否处于第六档位且接收到第一档位信号，若是，将第一档位信号至第六档位信号切换为第七档位信号至第十二档位信号，并控制车辆切换至第七档位，若否，则返回步骤S2；

S4：根据档位信号输出控制信号切换车辆档位；

S5：判断车辆是否处于第七档位且接收到第十二档位信号，若是，恢复为第一档位信号至第六档位信号，控制车辆切换至第六档位并返回步骤S2，若否，返回步骤S4。

进一步地，当车辆档位处于第六档位且接收到第一档位信号，或车辆档位大于第六档位且接收到第七档位信号时，所述步骤S3后还包括步骤：

S31：判断车速是否低于预设车速或接收到刹车信号，若是，则恢复为第一档位信号至第六档位信号，并返回步骤S2。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

（1）本发明所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统与方法，其通过对档位信号的再定义，以及特殊情况下的档位信号纠正，从而避免档位信号的误判，更加准确地理解驾驶员的换挡需求，解决了电子换挡器运用在重汽上的换挡逻辑判断问题；

（2）将电子换挡器运用到重汽上，相较于传统的机械结构式换挡，能够避免传动结构导致的换挡延迟，有助于驾驶员根据实时车速精准进行档位的增减，带来更高的燃油经济性，以及更加平滑的档位切换，降低顿挫感，提高驾乘舒适性；

（3）采用电子式的换挡，仅需在一块电路板上对信号进行采集以及判断，因此无需复杂的机械结构实现多档位的切换，增加了驾驶室的可用空间，进一步提高了驾驶舒适性。

附图说明

图1为一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统的系统结构图；

图2为一种档位复用的多档位换挡器的换挡方法的方法步骤图；

图3为换挡器工位示意图；

图4为主控芯片电路示意图；

图5为霍尔角度传感器电路示意图；

图6为CAN通讯芯片电路示意图；

图3附图标记说明：1（第一工位）、2（第二工位）、3（第三工位）、4（第四工位）、5（第五工位）、6（第六工位）、N（初始工位）、A(第七工位)、R（第八工位）。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

为解决上述问题，使得电子换挡器能够安全有效得运用在重汽上，如图1和图3所示，本发明提出了一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，以车辆处于空档时的档杆位置为初始工位，其中：

所述换挡杆用于换挡时在第一工位至第八工位、初始工位（N）之间切换；

所述霍尔角度传感器用于随换挡杆第一工位至第六工位（1至6）的切换时，根据各工位处磁通量的改变发送相应的第一档位信号至第六档位信号；

所述主控芯片用于根据档位信号输出控制信号控制车辆换挡；

所述主控芯片还用于当车辆处于第六档位且接收到第一档位信号后，将第一档位信号至第六档位信号切换为第七档位信号至第十二档位信号，并控制车辆切换至第七档位；

所述主控芯片还用于当车辆处于第七档位且接收到第十二档位信号后，恢复为第一档位信号至第六档位信号，并控制车辆切换至第六档位。

同时，霍尔角度传感器还用于在换挡杆切换至第七工位(A)和第八工位(R)时分别发送驻车档位信号和倒车档位信号。

此处通过在车辆档位到达六档时，对第一档位信号至第六档位信号的复用，实现六档以上的档位切换。例如当车辆已升档至六档后（换挡杆处于第六工位），在无特殊情况下，主控芯片若接收到第一档位信号（换挡杆由第六工位切换至第一工位），此时主控芯片会将第一档位信号切换为第七档位信号，并控制车辆切换至第七档。而后若再接收到第二档位信号，则切换至第八档位信号并控制车辆换挡，其它档位信号亦然。

而若是在高档位（7档及以上）降档，则第一档位信号至第六档位信号也相应的对应第七档位信号至第十二档位信号。需要说明的是，若车辆处于第七档位（换挡杆处于第一工位），且需要降档时，为了避免信号冲突，此时若接收到第十二档位信号（换挡杆由第一工位切换至第六工位），则需要恢复至原来的第一档位信号至第六档位信号。

当然这些仅是正常情况下的档位切换，因为重汽车辆的特殊性，其换挡需要逐级换挡，以满足平滑换挡的需求（避免货物/乘客的大幅晃动），极少出现越级换挡的情况。但是在某些紧急情况下，仍会存在紧急刹车的情况，此时汽车若是处于第六档位及以上档位时，若是驾驶员紧急降档至一档，利用档位限速减速时，极易造成档位信号的误判。因此，主控芯片中还包括车速判断单元，当车辆档位等于第六档位且接收到第一档位信号，或车辆档位大于第六档位且接收到第七档位信号时，所述车速判断单元判断车辆是否低于预设车速或有刹车信号，若是，则恢复为第一档位信号至第六档位信号。

此处之所以还增加一个车速的判断，是考虑到六档及以上档位情况下，驾驶员紧急降速至慢速时，若并未对档位进行降档，那么车辆再次加速时，就需要降档位。而本发明将第一（七）档位信号作为纠正信号，当车辆处于慢速高档时，当接收到第一（七）档位信号后，恢复第一档位信号至第六档位信号（原先为第七档位信号至第十二档位信号），而后根据档位信号切换车辆档位。

通过对档位信号的再定义，以及特殊情况下的档位信号纠正，从而避免档位信号的误判，更加准确地理解驾驶员的换挡需求，解决了电子换挡器运用在重汽上的换挡逻辑判断问题。

以下对本发明所述各模块的电路进行描述。本发明所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，还包括电源模块，所述电源模块用于为系统提供系统电源和工作电源，同时所述主控芯片含有第一引脚至第四十八引脚，所述霍尔角度传感器含有第一引脚至第八引脚。

如图4和图5所示，所述霍尔角度传感器(U7，芯片型号为MLX90363KDC-ABB-000-RE)中：

第一引脚接系统电源（SYS 5V），并通过第五十四电容（C54）接地；第二引脚接主控芯片（U3，芯片型号为R5F10BGDLFB）的第十四引脚；第三引脚接地；第四引脚接主控芯片的第十三引脚；第五引脚接主控芯片的第十七引脚；第六引脚接主控芯片的第十五引脚；第七引脚通过第五十三电容（C53）接地；第八引脚接地。

同时，如图4和图6所示，还包括CAN通讯芯片(U4，芯片型号为TJA1044T)，所述CAN通讯芯片用于将控制信号输出给车辆，含有第一引脚至第八引脚，其中CAN通讯芯片中：

第一引脚通过第三十一电阻（R31）接主控芯片的第三十四引脚；第二引脚接地；第三引脚同时连接第二十六电容（C26）、第二十八电容（C28）、第四电感（L4）的一端，所述第二十六电容（C26）和第二十八电容（C28）的另一端相连并接地，所述第四电感（L4）的另一端接工作电源（MCU 5V）；第四引脚通过第三十三电阻（R33）连接主控芯片的第三十三引脚；第五引脚空接；第六引脚和第七引脚分别连接共模滤波器（T1）的第四引脚和第三引脚；第八引脚通过第二十二电阻（R22）接工作电源（MCU 5V），并通过第三十电阻（R30）接主控芯片的第二十九引脚；

所述共模滤波器的第四引脚通过第四电阻（*R4）连接共模滤波器的第二引脚，共模滤波器的第三引脚通过第三电阻（*R3）连接共模滤波器的第一引脚；共模滤波器的第一引脚分别连接第十六电容（C16）的一端、瞬态抑制二级管（D3）的第二引脚和第三十四电阻（R34）的一端，并作为CAN通讯高频信号（CAN H）输出端；共模滤波器的第二引脚分别连接第二十四电容（C24）的一端、瞬态抑制二极管（D3）的第一引脚和第三十二电阻（R32）的一端，并作为CAN通讯低频信号（CAN L）输出端；所述第十六电容(C16)和第二十四电容(C24)的另一端相连并同时接地级和瞬态抑制二极管(D3)的第三引脚；所述第三十四电阻(R34)和第三十二电阻(R32)的另一端相连并通过第二十二电容(C22)接地。

同时，还包括第一按键和第二按键，用于分别发送模式切换信号或特殊起步信号至主控芯片，其中：

模式切换信号用于切换车辆分别进入经济模式和动力模式；

特殊起步信号用于控制车辆进行特殊起步模式。

并且第一按键和第二按键处还设有背光灯电路，所述背光灯电路用于为第一按键和第二按键提供背光（因按键电路和背光灯电路属于常规技术手段，本领域技术人员可以根据芯片型号设计相应电路，因此本实施例中不再赘述）。

实施例二

如图2所示，本发明还提出了一种档位复用的多档位换挡器的换挡方法，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，车辆处于空档时的档杆位置为初始工位，包括步骤：

S1：接收霍尔角度传感器随换挡杆第一工位至第六工位切换时磁通量的变化发送相应的第一档位信号至第六档位信号；

S2：根据档位信号输出控制信号切换车辆档位；

S3：判断车辆是否处于第六档位且接收到第一档位信号，若是，将第一档位信号至第六档位信号切换为第七档位信号至第十二档位信号，并控制车辆切换至第七档位，若否，则返回步骤S2；

S4：根据档位信号输出控制信号切换车辆档位；

S5：判断车辆是否处于第七档位且接收到第十二档位信号，若是，恢复为第一档位信号至第六档位信号，控制车辆切换至第六档位并返回步骤S2，若否，返回步骤S4。

当车辆档位处于第六档位且接收到第一档位信号，或车辆档位大于第六档位且接收到第七档位信号时，所述步骤S3后还包括步骤：

S31：判断车速是否低于预设车速或接收到刹车信号，若是，则恢复为第一档位信号至第六档位信号，并返回步骤S2。

综上所述，本发明所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统与方法，其通过对档位信号的再定义，以及特殊情况下的档位信号纠正，从而避免档位信号的误判，更加准确地理解驾驶员的换挡需求，解决了电子换挡器运用在重汽上的换挡逻辑判断问题。

将电子换挡器运用到重汽上，相较于传统的机械结构式换挡，能够避免传动结构导致的换挡延迟，有助于驾驶员根据实时车速精准进行档位的增减，带来更高的燃油经济性，以及更加平滑的档位切换，降低顿挫感，提高驾乘舒适性。采用电子式的换挡，仅需在一块电路板上对信号进行采集以及判断，因此无需复杂的机械结构实现多档位的切换，增加了驾驶室的可用空间，进一步提高了驾驶舒适性。

本文中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，以车辆处于空档时的档杆位置为初始工位，其中：所述换挡杆用于换挡时在第一工位至第八工位、初始工位之间切换；所述霍尔角度传感器用于随换挡杆第一工位至第六工位的切换时，根据各工位处磁通量的改变发送相应的第一档位信号至第六档位信号；所述主控芯片用于根据档位信号输出控制信号控制车辆换挡；其特征在于，

所述主控芯片还用于当车辆处于第六档位且接收到第一档位信号后，将第一档位信号至第六档位信号切换为第七档位信号至第十二档位信号，并控制车辆切换至第七档位；

所述主控芯片还用于当车辆处于第七档位且接收到第十二档位信号后，恢复为第一档位信号至第六档位信号，并控制车辆切换至第六档位。

2.如权利要求1所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，所述主控芯片中还包括车速判断单元，当车辆档位等于第六档位且接收到第一档位信号，或车辆档位大于第六档位且接收到第七档位信号时，

所述车速判断单元判断车辆是否低于预设车速或有刹车信号，若是，则恢复为第一档位信号至第六档位信号。

3.如权利要求1所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，所述霍尔角度传感器还用于在换挡杆切换至第七工位和第八工位时分别发送驻车档位信号和倒车档位信号。

4.如权利要求1所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块用于为系统提供系统电源和工作电源，同时所述主控芯片含有第一引脚至第四十八引脚，所述霍尔角度传感器含有第一引脚至第八引脚。

5.如权利要求4所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，所述霍尔角度传感器中：

第一引脚接系统电源，并通过第五十四电容接地；第二引脚接主控芯片的第十四引脚；第三引脚接地；第四引脚接主控芯片的第十三引脚；第五引脚接主控芯片的第十七引脚；第六引脚接主控芯片的第十五引脚；第七引脚通过第五十三电容接地；第八引脚接地。

6.如权利要求4所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，还包括CAN通讯芯片，所述CAN通讯芯片用于将控制信号输出给车辆，含有第一引脚至第八引脚，其中CAN通讯芯片中：

第一引脚通过第三十一电阻接主控芯片的第三十四引脚；第二引脚接地；第三引脚同时连接第二十六电容、第二十八电容、第四电感的一端，所述第二十六电容和第二十八电容的另一端相连并接地，所述第四电感的另一端接工作电源；第四引脚通过第三十三电阻连接主控芯片的第三十三引脚；第五引脚空接；第六引脚和第七引脚分别连接共模滤波器的第四引脚和第三引脚；第八引脚通过第二十二电阻接工作电源，并通过第三十电阻接主控芯片的第二十九引脚；

所述共模滤波器的第四引脚通过第四电阻连接共模滤波器的第二引脚，共模滤波器的第三引脚通过第三电阻连接共模滤波器的第一引脚；共模滤波器的第一引脚分别连接第十六电容的一端、瞬态抑制二级管的第二引脚和第三十四电阻的一端，并作为CAN通讯高频信号输出端；共模滤波器的第二引脚分别连接第二十四电容的一端、瞬态抑制二极管的第一引脚和第三十二电阻的一端，并作为CAN通讯低频信号输出端；所述第十六电容和第二十四电容的另一端相连并同时接地级和瞬态抑制二极管的第三引脚；所述第三十四电阻和第三十二电阻的另一端相连并通过第二十二电容接地。

7.如权利要求1所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，还包括第一按键和第二按键，用于分别发送模式切换信号或特殊起步信号至主控芯片，其中：

模式切换信号用于切换车辆分别进入经济模式和动力模式；

特殊起步信号用于控制车辆进行特殊起步模式。

8.如权利要求7所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡系统，其特征在于，所述第一按键和第二按键处还设有背光灯电路，所述背光灯电路用于为第一按键和第二按键提供背光。

9.一种档位复用的多档位换挡器的换挡方法，其特征在于，包括换挡杆、霍尔角度传感器和主控芯片，车辆处于空档时的档杆位置为初始工位，包括步骤：

S1：接收霍尔角度传感器随换挡杆第一工位至第六工位切换时根据磁通量变化发送的第一档位信号至第六档位信号；

S2：根据档位信号输出控制信号切换车辆档位；

S3：判断车辆是否处于第六档位且接收到第一档位信号，若是，将第一档位信号至第六档位信号切换为第七档位信号至第十二档位信号，并控制车辆切换至第七档位，若否，则返回步骤S2；

S4：根据档位信号输出控制信号切换车辆档位；

S5：判断车辆是否处于第七档位且接收到第十二档位信号，若是，恢复为第一档位信号至第六档位信号，控制车辆切换至第六档位并返回步骤S2，若否，返回步骤S4。

10.如权利要求9所述的一种档位复用的多档位换挡器的换挡方法，其特征在于，当车辆档位处于第六档位且接收到第一档位信号，或车辆档位大于第六档位且接收到第七档位信号时，所述步骤S3后还包括步骤：

S31：判断车速是否低于预设车速或接收到刹车信号，若是，则恢复为第一档位信号至第六档位信号，并返回步骤S2。

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