CN216447418U - 一种电子换挡器及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电子换挡器及车辆，电子换挡器，包括：电源模块，其输入端与整车电源的输出端连接，输出端与3D霍尔传感器的电源输入端连接；用于将整车电源提供的第一电压转换成第二电压，为3D霍尔传感器供电；3D霍尔传感器，其输出端与整车控制单元的输入端连接，用于根据接收的磁场变化输出对应的占空比信号，其中，磁场变化与档位更换相对应。本实用新型摒弃了传统的通信及逻辑处理芯片，采用支持PWM通讯的3D霍尔传感器，将用户换挡操作时产生的磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元进行处理，大大简化了硬件结构；此外，电子换挡器本身不需要进行软件逻辑开发，极大的降低了开发难度，也降低了开发成本。

Description

一种电子换挡器及车辆

技术领域

本实用新型涉及一种车辆控制技术领域，特别是涉及一种电子换挡器及车辆。

背景技术

请参阅图1，当前市场上和开发中，一般将传感器组件设置在车辆的换挡杆组件上，电子换挡器通过传感器组件的磁场变化收集驾驶员的操作指令(动作&意图)，该磁场变化经过MCU(Multipoint Control Unit，控制单元)的逻辑运算转化为电信号，再通过CAN/LIN总线将换挡请求信号传递给整车控制单元，其中，整车控制单元包括TCU(Transportation Control Unit，交通控制单元)及ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)，整车控制单元根据既定的软件逻辑控制自动变速器的执行机构，在满足换挡逻辑的情况下，运行电子换挡器执行器执行换挡功能，否则，拒绝换挡。

目前的电子换挡器需要对挡杆位置进行判定，软件上需要有复杂的软件逻辑，包括驱动、通讯、诊断、刷写及网络管理等功能。此外，电子换挡器还附加有功能安全、信息安全以及支持E2E、bootloader等功能，要实现这些功能，硬件上需要配备有MCU、SBC(SessionBorder Controller，会话边界控制器)、CAN/LIN信号收发器等车规级芯片。

采用上述方案，导致当前的电子换挡器软硬件逻辑、结构比较复杂；此外，当前的电子换挡器附加功能较多，且整个换挡系统内重复开发，开发成本比较昂贵。

而电子换挡器在整个功能拓扑中主要承担的是“输出挡杆信号”功能，其余的工作主要由整车控制单元处理，是否能够进一步提高智能化程度，将电子换挡器中对挡杆位置的判定过程移植到整车控制单元，将传统架构下的换挡器附加的系列功能需求通过集成化的形式合并掉，以达到精简系统的目的，是当下电子换挡器的发展趋势。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电子换挡器及车辆，用于解决现有技术中的电子换挡器为软硬件逻辑处理，导致结构复杂、开发成本昂贵的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型第一方面提供一种电子换挡器，包括：

电源模块，其输入端与整车电源的输出端连接，输出端与3D霍尔传感器的电源输入端连接；用于将所述整车电源提供的第一电压转换成第二电压，为所述3D霍尔传感器供电；

3D霍尔传感器，其输出端与整车控制单元的输入端连接，用于根据接收的磁场变化输出对应的占空比信号，其中，所述磁场变化与档位更换相对应。

采用这种方案，摒弃了传统的通信及逻辑处理芯片，采用支持PWM通讯的3D霍尔传感器，将用户换挡操作时产生的磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元进行处理，大大简化了硬件结构；此外，档位判断及附加功能均集成至整车控制单元，电子换挡器本身不需要进行软件逻辑开发，极大的降低了开发难度，也降低了开发成本。

于本实用新型的一实施例中，所述整车电源接收到车辆启动信号后，输出所述第一电压。

选用车辆启动信号作为整车电源输出的触发信号，车辆发动即可自动检测用户是否有换挡动作，无需用户额外操作，简化了步骤。

于本实用新型的一实施例中，所述整车电源的输出端与所述电源模块的输入端之间正向串接有第一二极管和第二二极管。

采用这种方案，可将所述整车电源与所述电源模块之间进行隔离。

于本实用新型的一实施例中，还包括第一电容，所述电源模块的输入端通过所述第一电容接地。

采用这种方案，输入所述电源模块的电源可通过第一电容进行滤波处理，稳定第一电压。

于本实用新型的一实施例中，还包括第二电容，所述电源模块的输出端通过所述第二电容接地。

采用这种方案，所述电源模块输出的第二电压通过第二电容进行滤波处理，稳定第二电压。

于本实用新型的一实施例中，所述3D霍尔传感器包括第一输出端和第二输出端；

所述第一输出端与第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述第二输出端与第二开关的一端连接，所述第二开关的另一端与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地；

其中，所述第一开关及所述第二开关的触发端分别与车辆的P档触点开关电连接。

采用这种方案，用户按下车辆的P档触点开关，可同时导通第一开关和第二开关，将3D霍尔传感器输出的电压信号直接接地，实现R、N、D挡与P挡的切换。

于本实用新型的一实施例中，还包括滤波模块，所述滤波模块包括第一滤波单元和第二滤波单元；

所述第一滤波单元串接在所述第一输出端与所述整车控制单元的输入端之间；

所述第二滤波单元串接在所述第二输出端与所述整车控制单元的输入端之间。

采用这种方案，滤波模块可极大地降低电子换挡器的电磁干扰和电磁抗扰问题。

于本实用新型的一实施例中，所述第一滤波单元及所述第二滤波单元均采用CRC滤波电路。

于本实用新型的一实施例中，还包括背光模块，所述背光模块包括第三二极管、第三电阻、第四电阻、第一发光二极管及第二发光二极管；

所述第三二极管的正极端与所述整车控制单元的输出端连接，负极端第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与第一发光二极管的正极端连接，所述第一发光二极管的负极端接地；

所述第四电阻的一端与所述第三二极管的负极端连接，另一端与所述第二发光二极管的正极端连接，所述第二发光二极管的负极端接地。

采用这种方案，用户可通过背光模块的灯亮或灭获知当前的档位状态。

本实用新型第二方面提供一种车辆，该车辆包括第一方面中涉及的一种电子换挡器。

如上所述，本实用新型的一种电子换挡器及车辆，具有以下有益效果：

本方案摒弃了传统的通信及逻辑处理芯片，采用支持PWM通讯的3D霍尔传感器，将用户换挡操作时产生的磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元进行处理，大大简化了硬件结构；此外，档位判断及附加功能均集成至整车控制单元，电子换挡器本身不需要进行软件逻辑开发，极大的降低了开发难度，也降低了开发成本。

附图说明

图1显示为现有技术中公开的换挡功能的工作流程示意图。

图2显示为本实用新型实施例中公开的车辆的架构示意图。

图3显示为本实用新型实施例中公开的电子换挡器的一种架构示意图。

图4显示为本实用新型实施例中公开的电子换挡器的另一种架构示意图。

图5显示为图4的接线示意图。

图6显示为本实用新型实施例中公开的一种档位逻辑图。

元件标号说明：

100-整车电源；200-电子换挡器；300-TCU/ECU单元；

2001-电源模块；2002-3D霍尔模块；2003-背光模块。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本申请实施例提供了一种电子换挡器，可将用户换挡操作时产生的磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元进行处理，大大简化了硬件结构；此外，档位判断及附加功能均集成至整车控制单元，电子换挡器本身不需要进行软件逻辑开发，极大的降低了开发难度，也降低了开发成本。本申请实施例还提供了一种包括电子换挡器的车辆。以下分别进行详细说明。

请参阅图2，本实用新型提供一种电子换挡器200，该电子换挡器由车辆的整车电源100供电，该电子换挡器200感应用户换挡操作时产生的磁场变化，并将该磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元300进行处理。

应理解，整车电源100及整车控制单元300为现有车辆的常规配备，都具有成熟的器件和设计方法可以实现，本方案对此不做限定。

请参阅图3，图3为电子换挡器200的一种架构示意图，具体包括：

电源模块2001，其输入端与整车电源100的输出端连接，输出端与3D霍尔传感器2002的电源输入端连接。电源模块2001用于将整车电源100提供的第一电压转换成第二电压，为3D霍尔传感器2002供电。

应理解，第一电压大于第二电压，且电源模块2001为现有技术中常规的稳压器，具有成熟的器件和设计方法可以实现，具体型号可根据实际情况进行选择，本实施例中可选第一电压为12V，第二电压为5V。

3D霍尔传感器2002，其输出端与整车控制单元300的输入端连接，用于根据接收的磁场变化输出对应的占空比信号，其中，磁场变化与档位更换相对应。

本实施例中，3D霍尔传感器2002通过通讯硬线与整车控制单元300实现电连接。

可选的，3D霍尔传感器2002还可通过SENT信号(Single Edge NibbleTransmission，单边半字传输协议)与整车控制单元300实现电连接。

可选的，整车电源可将车辆启动信号作为整车电源输出的触发信号，在接收到车辆启动信号后，再输出第一电压。采用这种方案，可在车辆启动后，自动检测用户是否有换挡动作，无需用户额外操作，简化了步骤。

可选的，整车电源100的输出端与电源模块的输入端之间正向串接有第一二极管和第二二极管。

请参阅图5，整车电源100在接收到车辆启动信号后，输出第一电压V1到电源模块2001，第一二极管D1和第二二极管D2正向串接在整车电源100的输出端与电源模块的输入端之间，用于将整车电源100与电源模块2001之间进行隔离。

可选的，电子换挡器200还包括第一电容，电源模块2001的输入端通过第一电容接地。

请参阅图5，第一电容C1的一端与电源模块2001的输入端及第二二极管D2的负极端连接，另一端接地，用于对第一电压V1进行滤波处理，稳定第一电压V1。

可选的，电子换挡器200还包括第二电容，电源模块2001的输出端通过第二电容接地。

请参阅图5，第二电容C2的一端与第二电压V2连接，另一端接地，用于对第二电压V2进行滤波处理，稳定第二电压V2。

可选的，3D霍尔传感器2002包括第一输出端和第二输出端；

第一输出端与第一开关的一端连接，第一开关的另一端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端接地；

第二输出端与第二开关的一端连接，第二开关的另一端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端接地；

其中，第一开关及第二开关的触发端分别与车辆的P档触点开关电连接。

需要说明的是，3D霍尔传感器2002输出的两路占空比信号的占空比工作区间是可以根据实际需要进行分别设定。

需要说明的是，为了降低电子换挡器的电磁干扰和电磁抗扰问题，本实施例中的3D霍尔传感器2002选用输出低频率的占空比信号，例如频率为500Hz的占空比信号。

应理解，3D霍尔传感器2002输出的占空比与档位更换引起的磁场变化相对应，用户可根据需要对该占空比和档位之间的对应关系进行定义。

请参阅图5，第一输出端通过PWM1通讯硬线、第二输出端通过PWM2通讯硬线接入整车控制单元300的输入端。

第一开关R1的一端与PWM1通讯硬线连接，另一端通过第一电阻R1接地；第二开关R2的一端与PWM2通讯硬线连接，另一端通过第二电阻R2接地；第一电阻R1和第二电阻R2的触发端分别与车辆的P档触点开关电连接。当用户按下车辆的P档触点开关，可同时导通第一开关和第二开关，将3D霍尔传感器2002输出的电压信号直接接地，实现R、N、D挡与P挡的切换。

可选的，作为一种实现方式，电子换挡器200可选用单稳态、三点十字轴式换挡逻辑，工作原理描述如下：

车辆启动后，整车电源100根据车辆启动信号输出12V电压到电源模块2001，电源模块2001将12V电压转换为5V电压，给3D霍尔模块2002供电，3D霍尔模块2002接收磁铁磁场的变化，根据霍尔效应实现高精度的三轴磁场测量(Bx、By和Bz)，利用三个磁通分量，将空间向量换算成α(arctanBz/Bx)和β(arctanBz/By)两组角度，再将角度转化为两组占空比信号，通过PWM1和PWM2两路硬线输入给整车控制单元300。

请参阅图6，可将占空比与档位之间的对应关系定义为图6所示：

1.当两路占空比均为50％，此时挡杆在初始位置(对应图6中的Neutral)；

2.当两路占空比均为0％，此时为P挡请求(对应图6中的P)；

3.当PWM1占空比为50％，PWM2占空比为15％，此时挡杆向前一个位置(对应图6中的Up)；

4.当PWM1占空比为85％，PWM2占空比为50％，此时挡杆向后一个位置(对应图6中的Down)；

5.当PWM1占空比为50％，PWM2占空比为85％，此时挡杆向左一个位置(对应图6中的Left)；

6.当PWM1占空比为15％，PWM2占空比为50％，此时挡杆向右一个位置(对应图6中的Right)；

7.当感应的磁场强度出现故障，如感应的磁场强度超出范围时，PWM1和PWM2会输出4％的占空比到整车控制单元300，整车控制单元300则认为当前电子换挡器200处于故障模式(对应图6中的Error)，向用户报出故障用于提醒。

此外，通过按压P挡触点开关，将开关S1和S2导通，此时3D霍尔模块2002输出的电压信号直接接地，PWM1和PWM2的输出为0，实现了R、N、D挡与P挡的切换。

需要说明的是，实际使用中，3D霍尔模块2002两路输出的占空比工作区间可以在10％-90％范围内进行任意组合，以适应更多的换挡形式。

可选的，电子换挡器200还包括滤波模块，滤波模块包括第一滤波单元和第二滤波单元；

第一滤波单元串接在第一输出端与整车控制单元的输入端之间；

第二滤波单元串接在第二输出端与整车控制单元的输入端之间。

可选的，第一滤波单元及第二滤波单元均采用CRC滤波电路。

请参阅图5，第一滤波单元包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第五电阻R5及第一电感L1，第二滤波单元包括第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第六电阻R6及第二电感L2。

需要说明的是，CRC滤波电路可极大地降低电子换挡器的电磁干扰和电磁抗扰问题，其中，CRC滤波电路为现有技术中常规电路，其结构和工作原理均为公知常识，为节省篇幅，此处不再赘述。

请参阅图4，图4为电子换挡器200的另一种架构示意图，与图3相比，还包括背光模块2003。

背光模块2003包括第三二极管、第三电阻、第四电阻、第一发光二极管及第二发光二极管；

第三二极管的正极端与整车控制单元的输出端连接，负极端第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与第一发光二极管的正极端连接，第一发光二极管的负极端接地；

第四电阻的一端与第三二极管的负极端连接，另一端与第二发光二极管的正极端连接，第二发光二极管的负极端接地。

请参阅图5，第三二极管D3接收到整车控制单元输出的高电平信号，点亮第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2，用户可通过背光模块2003的灯亮或灭获知当前的档位状态。

应理解，本实施例中，为显示效果的均衡性，选择了两个发光二极管，实际使用时，也可设置一个或多个发光二极管；此外，也可设置多个发光二极管来显示不同的档位，本方案对此不做限定。

综上所述，本申请提供的方案中，摒弃了传统的通信及逻辑处理芯片，采用支持PWM通讯的3D霍尔传感器，将用户换挡操作时产生的磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元进行处理，大大简化了硬件结构；此外，档位判断及附加功能均集成至整车控制单元，电子换挡器本身不需要进行软件逻辑开发，极大的降低了开发难度，也降低了开发成本；最后，将车辆启动信号作为整车电源输出的触发信号，车辆发动即可自动检测用户换挡操作，无需用户操作，简化了步骤。

本实用新型还提供一种车辆，该车辆包括上述实施例中的一种电子换挡器200。

应理解，整车电源100和整车控制单元300为现有车辆的常规配备，该车辆还可以包括整车电源100和整车控制单元300，其连接方式和工作原理与上述实施例中的内容相同，为节省篇幅，此处不再赘述。

综上所述，本实用新型的一种电子换挡器及车辆，采用整车电源为电子换挡器供电，电子换挡器工作后将用户换挡操作时产生的磁场变化转换为占空比信号，传输给整车控制单元进行处理，摒弃了传统的通信及逻辑处理芯片，大大简化了硬件结构；此外，档位判断及附加功能均集成至整车控制单元，电子换挡器本身不需要进行软件逻辑开发，极大的降低了开发难度，也降低了开发成本；最后，将车辆启动信号作为整车电源输出的触发信号，车辆发动即可自动检测用户换挡操作，无需用户操作，简化了步骤。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电子换挡器，其特征在于，包括：

电源模块，其输入端与整车电源的输出端连接，输出端与3D霍尔传感器的电源输入端连接；用于将所述整车电源提供的第一电压转换成第二电压，为所述3D霍尔传感器供电；

3D霍尔传感器，其输出端与整车控制单元的输入端连接，用于根据接收的磁场变化输出对应的占空比信号，其中，所述磁场变化与档位更换相对应。

2.根据权利要求1所述的电子换挡器，其特征在于：所述整车电源接收到车辆启动信号后，输出所述第一电压。

3.根据权利要求1所述的电子换挡器，其特征在于：所述整车电源的输出端与所述电源模块的输入端之间正向串接有第一二极管和第二二极管。

4.根据权利要求2所述的电子换挡器，其特征在于：还包括第一电容，所述电源模块的输入端通过所述第一电容接地。

5.根据权利要求1所述的电子换挡器，其特征在于：还包括第二电容，所述电源模块的输出端通过所述第二电容接地。

6.根据权利要求1所述的电子换挡器，其特征在于：所述3D霍尔传感器包括第一输出端和第二输出端；

所述第一输出端与第一开关的一端连接，所述第一开关的另一端与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端接地；

所述第二输出端与第二开关的一端连接，所述第二开关的另一端与第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端接地；

其中，所述第一开关及所述第二开关的触发端分别与车辆的P档触点开关电连接。

7.根据权利要求6所述的电子换挡器，其特征在于：还包括滤波模块，所述滤波模块包括第一滤波单元和第二滤波单元；

所述第一滤波单元串接在所述第一输出端与所述整车控制单元的输入端之间；

所述第二滤波单元串接在所述第二输出端与所述整车控制单元的输入端之间。

8.根据权利要求7所述的电子换挡器，其特征在于：所述第一滤波单元及所述第二滤波单元均采用CRC滤波电路。

9.根据权利要求1所述的电子换挡器，其特征在于：还包括背光模块，所述背光模块包括第三二极管、第三电阻、第四电阻、第一发光二极管及第二发光二极管；

所述第三二极管的正极端与所述整车控制单元的输出端连接，负极端第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与第一发光二极管的正极端连接，所述第一发光二极管的负极端接地；

所述第四电阻的一端与所述第三二极管的负极端连接，另一端与所述第二发光二极管的正极端连接，所述第二发光二极管的负极端接地。

10.一种车辆，其特征在于，包括：权利要求1-9中任一项所述的电子换挡器。

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