一種汽車電子選檔裝置控制結構的制作方法

一種汽車電子選檔裝置控制結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽車電子選檔裝置控制結構，包括用于實現汽車檔位信息采集的檔位信息采集元件，檔位信息采集元件用于和汽車電子控制單元連接，其特征在于，還包括中央處理器，所述檔位信息采集元件和中央處理器相連，中央處理器具有兩個信號輸出端和汽車電子控制單元相連。本實用新型具有結構簡單，檔位切換控制可靠，降低整體失效風險，能夠增加換檔裝置整體可靠性的優點。
【專利說明】
一種汽車電子選檔裝置控制結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及汽車操控系統領域，具體涉及一種汽車電子選檔裝置控制結構。
【背景技術】
[0002]汽車換檔裝置是用于汽車上執行檔位變換選擇的裝置。目前汽車變速箱檔位選擇機構分為兩種，一種是傳統的采用機械撥叉的選檔裝置，俗稱手動檔，依靠操縱換檔桿轉動角度在各檔位之間切換，靠機械撥叉帶動齒輪移動實現換檔，在駐車檔(P檔)、倒車檔(R檔)、空檔(N檔)和行駛檔的各級檔位(D1-D6)之間切換。另一種是采用電子選檔裝置，俗稱自動檔，即靠操縱換檔桿轉動角度帶動電子選檔機構動作，實現對駐車檔(P檔)、倒車檔(R檔)、空檔(N檔)和行駛檔(D檔)的切換信號輸入采集，信號傳遞到中央處理器處理后再對汽車動力輸出端進行控制，其中行駛檔工作汽車行駛時，車輛能夠自行檢測判斷車況并控制汽車動力輸出調節變速實現行駛檔中各級檔位的切換。目前的汽車中，由于采用自動檔裝置對駕駛人員的操作要求更加簡單，故越來越多的汽車中開始采用電子選檔裝置實現換檔。
[0003]照汽車安全性國際標準IS026262的定義，選檔裝置屬于安全要求最高的子系統之一，選檔裝置的故障，可能直接導致車輛駕駛員、乘客及車外路人極大的人身傷害，車輛及其他財產的損失。故汽車設計時，換檔裝置的設計要求中對可靠性的要求越來越高。
[0004]目前現有的電子選檔裝置中，換檔裝置一般包括安裝座，安裝座上豎向安裝有換檔桿，換檔桿下端靠橫向設置的轉軸可轉動地安裝在安裝座上，還包括和安裝座相對固定設置的多個霍爾傳感器，以及和換檔桿相對固定設置的一個磁感應塊，操縱換檔桿轉動進行換檔操作時，能夠帶動磁感應塊進入切換到不同霍爾傳感器的感應區域范圍內，進而實現對換檔信號的采集，然后信號傳遞到中央處理器處理后再對汽車動力輸出端進行控制。例如我國專利申請號201410341973.1所公開的一種換檔裝置，專利申請號201010234378.X所公開的一種汽車自動換檔裝置等都是采用了上述結構形式。這種電子選檔裝置彌補了機械撥叉式選檔裝置的不足，具有較高的電子集成度，換檔自動化及智能化、操縱簡便且美觀等優點。同時，由于霍爾傳感器和磁感應塊是非接觸式感應，避免了灰塵污物等原因造成的失效，一定程度上提高了可靠性。但同時，由于霍爾傳感器屬于電子產品，也是依靠電路和中央處理器連接輸送信號，故在車輛長期行駛的振動和灰塵等因素影響作用下，仍然容易存在換檔信號采集失效的風險，導致換檔操作失靈，強行駕駛容易引起重大的安全事故。
[0005]目前，寶馬及捷豹、路虎旗下的很多車型均有采用電子選檔裝置，如果遇到上訴失效故障或電路短路時，為了保證安全，往往是采取對汽車動力輸出端強制抱死的方式處理，以避免無法換檔帶來的駕駛安全風險，其強制抱死停車后，電子式的選檔裝置是無法對當前檔位進行釋放的，只能依靠于拖車和救援，帶來駕駛操作的不便性。
[0006]所以，如何才能提高換檔操作可靠性，并且使得汽車安全風險降低的情況下能夠提高駕駛便捷性，以方便故障處理，成為有待考慮解決的問題。【實用新型內容】
[0007]針對上述現有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是:如何提供一種結構簡單，換擋切換控制可靠，降低整體失效風險，能夠增加換檔裝置整體可靠性的汽車電子選檔裝置控制結構。
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型采用了如下的技術方案:
[0009]—種汽車電子選檔裝置控制結構，包括用于實現汽車檔位信息采集的檔位信息采集元件，檔位信息采集元件用于和汽車電子控制單元連接，其特征在于，還包括中央處理器，所述檔位信息采集元件和中央處理器相連，中央處理器具有兩個信號輸出端和汽車電子控制單元相連。
[0010]這樣，汽車電子選檔裝置中自帶設置一個中央處理器，可以依靠該自帶的中央處理器，實現檔位信息采集后的檢驗校正等處理操作，無需再另外到汽車電子控制單元中去進行設置，提高了本汽車電子選檔機構的產品功能完整性，方便其獨立安裝使用。同時，所述中央處理器還具有兩個信號輸出端并各自均和汽車電子控制單元相連。這樣，中央處理器進行信息校驗、冗余自檢等操作后，可以將輸出信息處理為兩種不同通訊協議模式的信號傳遞到汽車電子控制單元，加強傳輸過程中的抗干擾能力，進一步提高換檔可靠性。
[0011 ]作為優化，所述兩個信號輸出端分別為PWM信號輸出端和CAN信號輸出端。這兩種通訊模式具有技術成熟，信息傳遞可靠，抗干擾能力強的特點。
[0012]作為優化，所述檔位信息采集元件，包括一組用于實現檔位信息采集的霍爾傳感器，還包括安裝在換檔動力輸入構件的轉軸上的編碼器以及設置在安裝座上能夠檢測換檔動力輸入構件起始檔位信號變化的起始檔位信號采集傳感器。
[0013]這樣，能夠實現兩套機構對檔位信息的采集，進而可以在中央處理器中進行對比校正，提高換檔操作可靠性。
[0014]作為優化，所述霍爾傳感器以及對應霍爾傳感器設置的用于提供檔位信息的永磁體數量各自至少為兩個，永磁體為S極正對霍爾傳感器的方向安裝。
[0015]這樣，能夠依靠多個信號感應用構件和多個信號感應采集構件配合，實現編碼后的感應信號組輸出；能夠提高每組信號輸出中蘊含的信息量以提高單組信息的可檢驗性，當構件數量較多編碼復雜時，出錯后能夠實現自檢校驗更正，以使得個別信號感應采集構件失效后，仍然能夠自檢校驗更正后輸出正確的檔位信息，極大地提高了檔位信息可識別性，提高了駕駛安全性。同時，當構件數量較少時，也可以采用更少的信號感應采集構件實現更多的檔位識別，這樣等同于減少了信號感應采集構件的數量，就間接地降低了單個信號感應采集構件失效帶來風險的機率，提高了安全性。
[0016]作為優化，所述霍爾傳感器數量和汽車檔位數量一致且布置位置和汽車檔位一一對應，所述永磁體對應霍爾傳感器設置為間隔一個霍爾傳感器對應設置一個永磁體的方式布置。
[0017]這樣，等同于將信號感應用構件對應檔位位置間隔設置，數量減少一半，就能夠利用空位信息提高編碼復雜性，且該復雜性是具有固定間隔的規律所產生，這樣就更加利于當有構件失效后進行自檢校驗更正，輸出正確的檔位信息，極大地提高了自主糾錯能力。
[0018]作為優化，每相鄰兩個S極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體之間還設置有防止信號干涉的信號屏蔽構件。
[0019]這樣，保證當霍爾傳感器檢測到兩個S極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體之間的空位時，能夠靠信號屏蔽構件屏蔽左右的信號干擾，保證檢測輸出為低電平，更加利于編碼區分。
[0020]進一步地，所述信號屏蔽構件為N極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體。這樣，能夠產生最大化的信號屏蔽效果，縮小相鄰的信號感應用構件之間的位置空間，在降低裝置體積的同時，降低干擾性，保證檢測可靠性和準確性。
[0021]作為優化，所述編碼器為機械觸點電刷式編碼器。這樣，采用機械接觸的方式實現檔位信號檢測機構的檔位信號檢測，使其和霍爾傳感器實現檔位檢測的原理區別開來，極大地降低了同一事故造成電子選檔機構和檔位信號檢測機構同時失效的風險。保證了至少有一組機構工作可靠，進而更好地提高了換檔操作的可靠性。
[0022]實施時，編碼器包括固定于轉軸的編碼器內圈部件，套設配合在編碼器內圈部外表面且和安裝座固定的編碼器外圈部件，還包括一個用于信號輸出轉接的編碼器插接件。這樣方便安裝和信號輸出轉接。
[0023]作為優化，起始檔位信號采集傳感器為固定在安裝座上的一個起始檔位信號采集用行程開關，所述換檔動力輸入構件上具有對應的起始檔位信號感應用觸頭部且使得換檔動力輸入構件處于起始檔位時，起始檔位信號感應用觸頭部能夠對應觸碰到起始檔位信號采集用行程開關，使其具有結構簡單，檢測可靠的優點。
[0024]綜上所述，本實用新型具有結構簡單，換擋切換控制可靠，降低整體失效風險，能夠增加換檔裝置整體可靠性的優點。
[0025]【附圖說明】:
[0026]圖1為本實用新型的電路模塊連接原理圖。
[0027]圖2為實施例中，一種采用了本實用新型結構的汽車換檔裝置的構件分解示意圖。
[0028]圖3為實施例中，以以4個霍爾傳感器及對應的4個永磁體為例時各檔位信息編碼示意圖。
[0029]圖2中，標號I為編碼器插接件，2為編碼器內圈部件，3為編碼器外圈部件，4為安裝座，5為信號感應采集構件，6為信號采集線路板，7為信號感應用構件，8為扇形板，9為起始檔位信號采集傳感器，10為P檔第一機械解鎖用行程開關，11為解鎖按鈕，12為換檔桿，13為電磁閥，14為限位銷，15為轉軸，16為復位彈簧。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，一種汽車電子選檔裝置控制結構，包括用于實現汽車檔位信息采集的檔位信息采集元件，檔位信息采集元件用于和汽車電子控制單元連接，其特點在于，還包括中央處理器，所述檔位信息采集元件和中央處理器相連，中央處理器具有兩個信號輸出端和汽車電子控制單元相連。其中所述兩個信號輸出端分別為PWM信號輸出端和CAN信號輸出端。所述檔位信息采集元件，包括一組用于實現檔位信息采集的霍爾傳感器，還包括安裝在換檔動力輸入構件的轉軸上的編碼器以及設置在安裝座上能夠檢測換檔動力輸入構件起始檔位信號變化的起始檔位信號采集傳感器。
[0031]下面結合一種采用了本實用新型結構的汽車換檔裝置附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0032]最優實施方式:如圖2所示，一種汽車換檔裝置，包括電子選檔機構，電子選檔機構包括包括安裝座4，安裝座4上安裝有換檔動力輸入構件，換檔動力輸入構件靠轉軸15可轉動地安裝配合在安裝座上，換檔動力輸入構件轉動范圍內設置各檔位使得依靠換檔動力輸入構件的轉動實現檔位更換，電子選檔機構還包括相對固定設置于安裝座或換檔動力輸入構件的多個信號感應采集構件5，以及和信號感應采集構件5對應設置的信號感應用構件7，信號感應用構件相對固定設置于換檔動力輸入構件或安裝座上，并使得信號感應用構件隨換檔動力輸入構件旋轉換檔時能夠進入到信號感應采集構件的感應范圍內實現信號采集；其特征在于，汽車換檔裝置還包括能夠在換檔動力輸入構件轉動實現換檔過程中對換檔動力輸入構件轉動至各檔位時進行信號檢測的檔位信號檢測機構。
[0033]上述汽車換檔裝置用于自動檔車輛安裝使用，安裝時信號感應采集構件和檔位信號檢測機構的信號輸出端均和汽車上的汽車電子控制單元(ECU)連接并為其提供檔位信號;實施時增設了一個中央處理器，將信號感應采集構件和檔位信號檢測機構的信號輸出端先和中央處理器相連，靠中央處理器進行信號處理后轉化為標準通訊協議的信號傳輸至汽車電子控制單元的處理芯片內進行處理。另外，還進一步地，在中央處理器中設置PWM信號輸出端和CAN信號輸出端和汽車電子控制單元相連，使得中央處理器分別采用CAN總線協議信號和PWM協議信號兩種模式傳輸信號至汽車電子控制單元，這樣可以更好地提高信號傳輸過程的抗干擾能力，進而就提高了換檔可靠性。這樣，平時正常工作換檔操作時，依靠電子選檔機構檢測并提供檔位信號至ECU并供汽車動力輸出端執行相應換檔操作，增加的檔位信號檢測機構可以作為校驗之用；而當電子選檔機構出現電路故障，使得換檔操作無法檢測到正常信號后，此時ECU可以控制報警，同時依靠起輔助作用的檔位信號檢測機構檢測到的檔位信號，控制汽車動力輸出端執行相應執行換檔操作。保證了出現故障時，在報警并提醒檢修的同時，車輛還可以在檔位信號檢測機構的輔助作用下實現換檔操作并行駛至維修點供檢修，極大地降低了車輛換檔失靈帶來的危險(例如需要由駕駛檔轉換為倒車檔倒車時，如果倒車檔失靈就會產生極大地危險)，同時避免了換檔失效后車輛只能被迫鎖死不能動彈只能等到拖車和救援帶來的駕駛麻煩。這樣就使得汽車安全風險降低的情況下能夠提高駕駛便捷性以方便故障處理。
[0034]本實施方式中，所述換檔動力輸入構件為豎向設置的換檔桿12，換檔桿下端靠橫向設置的轉軸可轉動地安裝在安裝座上。
[0035]這樣，結構簡單，且符合常規操作方式，方便換檔操作。但具體實施時，換檔動力輸入構件也可以考慮為轉盤式結構，甚至在語音操控駕駛系統中，語音識別后靠控制的動力裝置輸出軸作為換檔動力輸入構件;等等均為可實施的范圍。
[0036]本實施方式中，所述信號感應用構件安裝在一個扇形板8側表面上，扇形板8和換檔動力輸入構件固定連接并能夠隨其一起旋轉，扇形板8的扇形弧度方向和換檔動力輸入構件旋轉方向一致，所述信號感應采集構件設計在一個和扇形板間隔并列布置的信號采集線路板6上。
[0037]這樣，具有結構簡單且方便安裝，方便信號線輸出連接等優點。具體實施時，信號感應用構件和信號感應采集構件設置位置也可以相反，雖然不利于信號線連接，但也屬于可實施的范圍。
[0038]本實施方式中，所述信號感應采集構件數量至少為兩個，所述信號感應用構件數量至少為兩個，使得信號感應用構件隨換檔動力輸入構件移動至不同檔位時能夠和信號感應采集構件配合構成不同編碼的感應信號組輸出。
[0039]這樣，能夠依靠多個信號感應用構件和多個信號感應采集構件配合，實現編碼后的感應信號組輸出；能夠提高每組信號輸出中蘊含的信息量以提高單組信息的可檢驗性，當構件數量較多編碼復雜時，出錯后能夠實現自檢校驗更正，以使得個別信號感應采集構件失效后，仍然能夠自檢校驗更正后輸出正確的檔位信息，極大地提高了檔位信息可識別性，提高了駕駛安全性。同時，當構件數量較少時，也可以采用更少的信號感應采集構件實現更多的檔位識別，這樣等同于減少了信號感應采集構件的數量，就間接地降低了單個信號感應采集構件失效帶來風險的機率，提高了安全性。例如當信號感應采集構件和信號感應用構件數量均為最少的兩個構件時，可以依靠錯位編碼，即信號感應采集構件和信號感應用構件相互移動為正對時，能夠檢測到信號輸出高電平信息編碼記為1，移動錯位后不能檢測到信號或信號較弱輸出低電平信號編碼記為0，這樣可以構成00、01、11、10四組編碼來實現四個檔位的檢測;而傳統的要實現四個檔位檢測的電子選檔機構需要設置四個信號感應采集構件和一個信號感應用構件；由于信號感應用構件功能是用于被感應，故不會存在失效風險，失效風險均集中在信號感應采集構件上。所以同樣實現四個檔位檢測判斷的基礎上，當四個風險源減少為兩個風險源，即可極大地降低風險，提高安全性。
[0040]本實施方式中，所述信號感應采集構件數量和汽車檔位數量一致且布置位置和汽車檔位一一對應，所述信號感應用構件對應信號感應采集構件設置為間隔一個信號感應采集構件對應設置一個信號感應用構件的方式布置。
[0041]這樣，等同于將信號感應用構件對應檔位位置間隔設置，數量減少一半，當信號感應用構件設置區域中，具有信號感應用構件處對應的信號感應采集構件能夠采集到較強信號輸出高電平，輸出信息編碼為1，空位處對應的信號感應采集構件不能采集到信號或者只能采集到較弱的信號輸出低電平，輸出信號編碼為O。這樣就利用空位信息提高編碼復雜性，且該復雜性是具有固定間隔的規律所產生，這樣就更加利于當有構件失效后進行自檢校驗更正，輸出正確的檔位信息，極大地提高了自主糾錯能力。例如當汽車設計五個或六個檔位時，信號感應采集構件數量設計為對應的五個或六個，而將信號感應用構件設置為間隔的三個，當汽車設計為四個檔位時，信號感應采集構件數量設計為對應的四個，而將信號感應用構件就設置為間隔的兩個。
[0042]本實施方式中，所述信號感應采集構件5為霍爾傳感器，所述信號感應用構件7為S極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體。
[0043]這樣，采用霍爾傳感器和永磁體配合實現信號采集檢測，具有可靠性高的優點。當然實施時，也可以采用現有技術中其他能夠實現感應檢測的構件配合實現檔位信號采集檢測。實施時，永磁體優選為圓柱體結構，方便安裝固定。
[0044]本實施方式中，每相鄰兩個S極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體之間還設置有防止信號干涉的信號屏蔽構件。
[0045]這樣，保證當霍爾傳感器檢測到兩個S極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體之間的空位時，能夠靠信號屏蔽構件屏蔽左右的信號干擾，保證檢測輸出為低電平，更加利于編碼區分。
[0046]本實施方式中，所述信號屏蔽構件為N極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體。這樣，能夠產生最大化的信號屏蔽效果，縮小相鄰的信號感應用構件之間的位置空間，在降低裝置體積的同時，降低干擾性，保證檢測可靠性和準確性。
[0047]本實施方式中，所述檔位信號檢測機構包括安裝在轉軸上的編碼器，還包括設置在安裝座上能夠檢測換檔動力輸入構件起始檔位信號變化的起始檔位信號采集傳感器9。
[0048]其中，起始檔位一般為駐車檔，編碼器和起始檔位信號采集傳感器安裝時均和汽車電子控制單元(ECU)連接。這樣，當車輛由駐車檔啟動換檔操作時，先依靠起始檔位信號采集傳感器檢測到起始信號標記，然后依靠編碼器檢測出轉軸旋轉角度，對應得出檔位信息作為對比檢驗自檢之用，極大地提高了檔位檢測可靠性。同時自身具有結構簡單小巧不占多余空間，方便安裝，可靠性高等特點。另外，實施時，當車輛由駐車檔啟動換檔操作后，起始檔位信號采集傳感器檢測到起始信號標記后，判斷已經啟動換檔時，ECU可以先將換檔信號傳遞到汽車動力輸出端，預啟動換檔操作，極大地提高了換檔操作效率。
[0049]本實施方式中，所述編碼器為機械觸點電刷式編碼器。這樣，采用機械接觸的方式實現檔位信號檢測機構的檔位信號檢測，使其和電子選檔機構采用電磁感應檢測的方式從原理上相區別開來，極大地降低了同一事故造成電子選檔機構和檔位信號檢測機構同時失效的風險。保證了至少有一組機構工作可靠，進而更好地提高了換檔操作的可靠性。
[0050]實施時，編碼器包括固定于轉軸的編碼器內圈部件2，套設配合在編碼器內圈部外表面且和安裝座固定的編碼器外圈部件3，還包括一個用于信號輸出轉接的編碼器插接件I ο這樣方便安裝和信號輸出轉接。
[0051]本實施方式中，起始檔位信號采集傳感器為固定在安裝座上的一個起始檔位信號采集用行程開關，所述換檔動力輸入構件上具有對應的起始檔位信號感應用觸頭部且使得換檔動力輸入構件處于起始檔位時，起始檔位信號感應用觸頭部能夠對應觸碰到起始檔位信號采集用行程開關，使其具有結構簡單，檢測可靠的優點。實施時，起始檔位信號感應用觸頭部可以直接設置在換檔動力輸入構件上，或者根據需要設置在與換檔動力輸入構件相互固定的其它構件上，應視為間接地設置在了換檔動力輸入構件上。
[0052]本實施方式中，還包括P檔抱緊裝置，P檔抱緊裝置包括一個安裝在換檔動力輸入構件或者其轉軸上用于在P檔駐車時實現對P檔位置機械式抱緊鎖死的電磁閥13，還包括接入到電磁閥控制電路中的P檔第一機械解鎖用行程開關10和P檔第二機械解鎖用行程開關(圖中未顯示)，所述P檔第一機械解鎖用行程開關安裝在安裝座上且能夠和換檔動力輸入構件上的一個解鎖按鈕11聯動，換檔動力輸入構件處于P檔時按下解鎖按鈕可以通過中間力傳遞構件觸發P檔第一機械解鎖用行程開關動作，同時P檔第二機械解鎖用行程開關安裝在剎車踏板位置使得踩下剎車踏板后能夠觸發P檔第二機械解鎖用行程開關動作。當P檔第一機械解鎖用行程開關和P檔第二機械解鎖用行程開關同時被觸發動作時，對電磁閥進行機械解鎖，此時轉動換檔動力輸入構件可執行換檔操作。保證駐車狀態時的安全可靠性。其中換檔動力輸入構件為換檔桿12時，解鎖按鈕設置于換檔桿頂端，換檔桿為中空結構，中間力傳遞構件包括豎向設置于換檔桿內腔中的滑桿，滑桿下部側向延伸設置限位銷14用于和P檔第一機械解鎖用行程開關對應配合，滑桿下端設置復位彈簧16進行復位，這樣結構簡單，操作方便可靠。實施時，進一步地，P檔第一機械解鎖用行程開關和P檔第二機械解鎖用行程開關還可以連接到汽車電子控制單元，用于當檢測到觸發動作后，發送信號給汽車電子控制單元表明預判換檔意圖，并供動力輸出端作為換檔預處理準備，提高換檔效率。
[0053]下面以上述最優實施方式為基礎，進一步舉例詳細說明本汽車換檔裝置的優點和原理。
[0054]裝置的工作過程為:裝置上電且換檔桿處于P檔時，起始檔位信號采集用行程開關和P檔第一機械解鎖用行程開關均處于閉合狀態以及P檔第二機械解鎖用行程開關，當駕駛員要進行P—R換檔操作時，第一步，先按下換檔桿上端的解鎖按鈕，P檔第一機械解鎖用行程開關解鎖;第二步，踩下制動踏板，P檔第二機械解鎖用行程開關解鎖；(注:上述第一、第二步操作順序可以相反，即先踩下制動踏板，再按下解鎖按鈕)第三步，繼續操作換檔桿，將其換至R檔位，這時起始檔位信號采集用行程開關內部觸點也處于斷開狀態。
[0055]檔位信號檢測機構中編碼器和換檔桿同軸運動，換檔桿的運動會帶動編碼器內圈部件旋轉并輸出相應的檔位編碼信息A，用以判斷目前換檔桿所處位置。同時在電子選檔機構中，依靠多個霍爾傳感器元件檢測到的多路電信號轉換成檔位編碼信息B，并輸出給換檔裝置的中央處理器MCIKMCU可以視為ECU的一個組成部分)；編碼器輸出的檔位編碼信息A和霍爾傳感器輸出的檔位編碼信息B在MCU相互校驗無誤后，作為最終的檔位信息輸出。
[0056]上述裝置防失效功能具體體現在3個方面:
[0057]1、從P—R換檔意圖判斷
[0058]P—R換檔意圖的判斷主要通過安裝在換檔裝置安裝座上的兩個接近開關相互配合共同實現的，目的是確保當駕駛人員具有換檔意圖并開始執行換檔操作時，換檔裝置才輸出換檔信號，以防止檔位被誤判。
[0059]當換檔桿處于P檔時，起始檔位信號采集用行程開關上的彈簧片被起始檔位信號感應用觸頭部壓下，P檔第一機械解鎖用行程開關上的彈簧片被限位銷壓下，此時兩個行程開關內部觸點均處于閉合狀態；當換檔裝置上電后，首先對起始檔位信號采集用行程開關、P檔第一機械解鎖用行程開關接近開關做初始化判斷，其結果表示換檔桿是否處于P檔位置。
[0060]當按下換檔桿上端解鎖按鈕，換檔桿內部的滑桿向下移動，帶動限位銷向下移動，P檔第一機械解鎖用行程開關解鎖，也使得P檔第一機械解鎖用行程開關彈簧片釋放，開關內部觸點處于斷開狀態，此時換檔裝置仍處于P檔位置，但可初步判斷駕駛員具有P—R換檔意圖；當駕駛員踩下制動踏板后，控制P檔第二機械解鎖用行程開關解鎖，此時可以判斷駕駛員已具有P—R換檔意圖，同時換檔桿機械解鎖全部完成，具備了向R檔移動條件，駕駛員可繼續換檔操作。當換檔桿離開P檔位置，起始檔位信號采集用行程開關處于閉合-斷開狀態的跳變瞬間，通過檢測電信號從高到低(或從低到高)的跳變，即可判斷換檔桿正離開P檔，向R檔移動。
[0061 ]執行P—R換檔操作，必須按下換檔桿上端解鎖按鈕、同時配合踩下制動踏板才能將兩級機械限位保護解鎖;否則，選檔手柄在P檔位置是被機械鎖止，無法移動的，以此來防止被誤操作。
[0062]2、具有多傳感器冗余及不同檢測機理傳感器相互校驗機能
[0063](I)多傳感器冗余
[0064]“霍爾傳感器-磁體對”是霍爾傳感器與永磁體的組合，霍爾傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場傳感器，組成“霍爾傳感器-磁體對”的霍爾傳感器和永磁體分別安裝在換檔裝置的信號采集線路板和扇形板上。
[0065]在扇形板上安裝有若干個永磁體，N極和S極交錯朝外，沿弧形軌跡排列，以產生N、S交替的磁極陣列，永磁體是永久磁性材料，相對其他電子元件而言更不易失效;在信號采集線路板上安裝有與永磁體數量相同的霍爾傳感器。
[0066]當永磁體的S極接近或遠離霍爾傳感器時，會使霍爾傳感器產生通或斷的信號。根據霍爾傳感器的電氣特性，當永磁體N極接近霍爾傳感器時其輸出為低電平，信息編碼為0，當永磁體S極接近霍爾傳感器時其輸出為高電平，信息編碼為I。多路“霍爾傳感器-磁體對”產生多位編碼信息，該編碼信息用來表示檔位信息。
[0067]多路“霍爾傳感器-磁體對”可為:含2-6個霍爾傳感器及2-6個永磁體以及他們的組合。
[0068]下面以4個霍爾傳感器及對應的4個永磁體組成的4路“霍爾傳感器-永磁體對”為例進行詳細闡述。
[0069]霍爾傳感器被焊接在電路板上成為信號采集線路板，信號采集線路板安裝在換檔裝置上蓋殼體內，為固定件;永磁體安裝在扇形板上，為運動件；隨著駕駛員操作換檔桿時檔位的變化，扇形板靠轉軸實現轉動，其上安裝的永磁體與信號采集線路板上安裝的霍爾傳感器之間的相對位置發生變化。
[0070]當換檔桿初始位置處于P檔(順向起始位置，逆向極限位置)時，霍爾傳感器與永磁體的相對位置為圖3所示；當順向操作換檔桿至R檔時(在兩級機械限位保護解鎖的前提下)，扇形板與信號采集線路板之間就會錯開一定的角度，霍爾傳感器與永磁體的相對位置如圖3所示；當繼續順向操作換檔桿至N檔，扇形板和信號采集線路板之間錯開的角度繼續加大，霍爾傳感器與永磁體的相對位置繼續變化如圖3;再繼續順向操作換檔桿至D檔，扇形板和信號采集線路板之間錯開的角度再次加大(到達到順向的極限位置，逆向的起始位置)，此時，霍爾傳感器與永磁體的相對位置如圖3所示。霍爾傳感器根據與之對應永磁體的不同S、N極性，產生不同的通斷信號，最后產生不同的多位編碼信息來表示不同的檔位信息。
[0071]所以，每個檔位信息就是一組由多路“霍爾傳感器-永磁體對”產生的固定多位編碼信息。在順向操作換檔桿從P檔到D檔的過程中，霍爾傳感器和永磁體之間相對位置示意如圖3所示，圖中，箭頭代表霍爾傳感器，N表示永磁體N極面向霍爾傳感器，S表示永磁體S極面向霍爾傳感器。
[0072]根據霍爾傳感器的電氣特性，當永磁體N極接近霍爾傳感器時其輸出為低電平，信息編碼為O;當永磁體S極接近霍爾傳感器時其輸出為高電平，信息編碼為I;永磁體與霍爾傳感器探測面之間的間隙優選設計為1-2_，以保證感應檢測效果。
[0073]當換檔桿初始位置處于P檔時，四個霍爾傳感器(從右往左)輸出的電信號為低、低、高、低，信息編碼(從低位到高位)為0100;當順向操作換檔桿至R檔時，編碼信息為1010;繼續順向操作換檔桿至N檔，編碼信息為0101;再繼續順向操作換檔桿至D檔，編碼信息為OOlOo
[0074]反之，當換檔桿初始位置為D檔時，四個霍爾傳感器(從右往左)輸出的電信號為低、高、低、低，信息編碼(從低位到高位)為0010;當逆向操作換檔桿至N檔時，編碼信息為0101;繼續逆向操作換檔桿至R檔，編碼信息為1010;再繼續順向操作換檔桿至P檔，編碼信息為0100。
[0075]利用上述多傳感器冗余可提高換檔裝置的容錯能力:
[0076]換檔裝置中任何元器件的失效都可能導致不同程度的安全問題，所以降低元器件的失效概率及提高容錯能力是設計換檔裝置不可或缺的兩個內容。霍爾傳感器作為檢測檔位信息的關鍵部件，對整個換檔裝置的可靠性甚至整個車輛系統的安全性都有重大影響。
[0077](2)不同檢測機理傳感器相互校驗
[0078]本實用新型選用了“霍爾傳感器-永磁體對”與中空軸編碼器(又叫旋轉開關)這二種不同檢測機理的傳感器，對各自采集的檔位信息進行相互校驗。通過中央處理器MCU內的校驗算法，使其具有自主糾錯能力，從而提高輸出檔位信息的可靠性與安全性。
[0079]中空軸編碼器有三個引腳，分別為A、B、C。其中C為電源輸入端，A、B兩相輸出脈沖信號。當換擋桿順向或逆向撥動不同角度時，中空軸編碼器A、B輸出引腳都會輸出不同的相脈沖信號，以兩相信號的定位穩定點的“0N”(I)或“OFF1’(O)組合信息來表示不同擋位信息。
[0080 ] 假設:P，R，N，D對應的A、B相組合信息分別為00，1，11，OI。
[0081]本實用新型考慮了前述的4路“霍爾傳感器-永磁體對”當有一個霍爾傳感器失效時換檔裝置的容錯能力，以及“霍爾傳感器-永磁體對”與中空軸編碼器相互校驗的自主糾錯能力。
[0082]以4個霍爾傳感器和4個小磁柱組合為例進行說明。
[0083]當第一個霍爾傳感器失效時:(以下編號改成a，b，c，d)
[0084]a.當前檔位為P檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0100或是1100。當輸出為0100時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當為1100時，4個霍爾傳感器與接近開關輸出信息進行校驗后輸出正確的檔位信息0100，并定位第一個霍爾傳感器的故障信息。同時，中空軸編碼器也與接近開關進行P檔校驗，中央處理器對中空軸編碼器輸出的A，B相信息組合進行初始化(00)。
[0085]b.當前檔位為R檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0010或是1010。當輸出為0010時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(10)進行校驗后輸出正確的檔位信息1010，同時定位第一個霍爾傳感器的故障信息；當輸出為1010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用。
[0086]c.當前檔位為N檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0101或是1101。當輸出為0101時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為1101時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(11)進行校驗后輸出正確的檔位信息0101，同時定位第一個霍爾傳感器的故障信息。
[0087]d.當前檔位為D檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0010或是1010。當輸出為0010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為1010時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(01)進行校驗后輸出正確的檔位信息0010，同時定位第一個霍爾傳感器的故障信息。
[0088]當第二個霍爾傳感器失效時:
[0089]a.當前檔位為P檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0000或是0100。當為0000時，
4個霍爾傳感器與接近開關輸出信息進行校驗后輸出正確的檔位信息0100，并定位第二個霍爾傳感器的故障信息；當輸出為0100時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用。同時，中空軸編碼器也與接近開關進行P檔校驗，中央處理器對中空軸編碼器輸出的A，B相信息組合進行初始化(00)。
[0090]b.當前檔位為R檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為1010或是1110。當輸出為1010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為1110時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(10)進行校驗后輸出正確的檔位信息1010，同時定位第二個霍爾傳感器的故障信息。
[0091]c.當前檔位為N檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0001或是0101。當輸出為0001時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(11)進行校驗后輸出正確的檔位信息0101，同時定位第二個霍爾傳感器的故障信息；當輸出為0101時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用。
[0092]d.當前檔位為D檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0010或是0110。當輸出為0010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為0110時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(01)進行校驗后輸出正確的檔位信息0010，同時定位第二個霍爾傳感器的故障信息。
[0093]當第三個霍爾傳感器失效時:
[0094]a.當前檔位為P檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0100或是0110。當為0100時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為0110時，4個霍爾傳感器與接近開關輸出信息進行校驗后輸出正確的檔位信息0100，并定位第三個霍爾傳感器的故障信息。同時，中空軸編碼器也與接近開關進行P檔校驗，中央處理器對中空軸編碼器輸出的A，B相信息組合進行初始化(00)。
[0095]b.當前檔位為R檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為1000或是1010。當輸出為1000時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(10)進行校驗后輸出正確的檔位信息1010，同時定位第三個霍爾傳感器的故障信息；當輸出為1010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用。
[0096]c.當前檔位為N檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0101或是0111。當輸出為0101時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為0111時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(11)進行校驗后輸出正確的檔位信息0101，同時定位第三個霍爾傳感器的故障信息。
[0097]d.當前檔位為D檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0000或是0010。當輸出為0000時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(01)進行校驗后輸出正確的檔位信息0010，同時定位第三個霍爾傳感器的故障信息；當輸出為0010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用。
[0098]當第四個霍爾傳感器失效時:
[0099]a.當前檔位為P檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0100或是0101。當輸出為0100時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當為0101時，4個霍爾傳感器與接近開關輸出信息進行校驗后輸出正確的檔位信息0100，并定位第四個霍爾傳感器的故障信息。同時，中空軸編碼器也與接近開關進行P檔校驗，中央處理器對中空軸編碼器輸出的A，B相信息組合進行初始化(00)。
[0100]b.當前檔位為R檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為1010或是1011。當輸出為1010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為1011時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(10)進行校驗后輸出正確的檔位信息1010，同時定位第四個霍爾傳感器的故障信息。
[0101]C.當前檔位為N檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0100或是0101。當輸出為0100時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(11)進行校驗后輸出正確的檔位信息0101，同時定位第四個霍爾傳感器的故障信息；當輸出為0101時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用。
[0102]d.當前檔位為D檔時，4個霍爾傳感器輸出編碼可能為0010或是0011。當輸出為0010時，信號輸出正常，不影響換檔裝置正常使用；當輸出為0011時，4個霍爾傳感器與中空軸編碼器輸出信息(01)進行校驗后輸出正確的檔位信息0010，同時定位第四個霍爾傳感器的故障信息。
[0103]所以，當有一個傳感器失效時，可以通過與接近開關或中空軸編碼器的配合，及通過軟件算法處理，保證換檔裝置正常工作，同時可以定位故障點，方便故障診斷。
[0104]3、以編碼形式表示檔位信息
[0105]現有的以霍爾傳感器作為檔位檢測的換檔裝置中，大多采用一位或兩位編碼，當有一個傳感器失效時，整個換檔裝置就會失效，安全性極低。而本實用新型采用四位編碼，且小磁柱N極和S極交錯排列，由二者組合所包含的編碼的信息量遠大于任何以其他形式組合所包含的編碼的信息量。
[0106]所以，本實用新型采用的判斷檔位的方法，不是依賴于某一位信息來判斷檔位，而是通過多位編碼信息判斷檔位。
[0107]總而言之，本實用新型所述的換檔裝置具有的防失效功能主要體現三個方面:一是通過兩個行程開關實現的P檔到R檔的換檔意圖判斷功能;二是霍爾傳感器和編碼器在檢測和判斷檔位信息時的冗余及校驗功能;三是霍爾傳感器和永磁體獨特的布置方式及所包含的巨大的編碼信息量。上述防失效功能的具體實現使得換檔裝置就有較高的安全性，同時使得配備此換檔裝置的換檔器具有較高的安全性和可靠性。
【主權項】
1.一種汽車電子選檔裝置控制結構，包括用于實現汽車檔位信息采集的檔位信息采集元件，檔位信息采集元件用于和汽車電子控制單元連接，其特征在于，還包括中央處理器，所述檔位信息采集元件和中央處理器相連，中央處理器具有兩個信號輸出端和汽車電子控制單元相連。2.如權利要求1所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，所述兩個信號輸出端分別為PffM信號輸出端和CAN信號輸出端。3.如權利要求1所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，所述檔位信息采集元件，包括一組用于實現檔位信息采集的霍爾傳感器，還包括安裝在換檔動力輸入構件的轉軸上的編碼器以及設置在安裝座上能夠檢測換檔動力輸入構件起始檔位信號變化的起始檔位信號采集傳感器。4.如權利要求3所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，所述霍爾傳感器以及對應霍爾傳感器設置的用于提供檔位信息的永磁體數量各自至少為兩個，永磁體為S極正對霍爾傳感器的方向安裝。5.如權利要求4所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，所述霍爾傳感器數量和汽車檔位數量一致且布置位置和汽車檔位一一對應，所述永磁體對應霍爾傳感器設置為間隔一個霍爾傳感器對應設置一個永磁體的方式布置。6.如權利要求5所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，每相鄰兩個S極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體之間還設置有防止信號干涉的信號屏蔽構件。7.如權利要求6所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，所述信號屏蔽構件為N極正對霍爾傳感器的方向安裝的永磁體。8.如權利要求3所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，所述編碼器為機械觸點電刷式編碼器。9.如權利要求8所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，編碼器包括固定于轉軸的編碼器內圈部件，套設配合在編碼器內圈部外表面且和安裝座固定的編碼器外圈部件，還包括一個用于信號輸出轉接的編碼器插接件。10.如權利要求3所述的汽車電子選檔裝置控制結構，其特征在于，起始檔位信號采集傳感器為固定在安裝座上的一個起始檔位信號采集用行程開關，所述換檔動力輸入構件上具有對應的起始檔位信號感應用觸頭部且使得換檔動力輸入構件處于起始檔位時，起始檔位信號感應用觸頭部能夠對應觸碰到起始檔位信號采集用行程開關。
【文檔編號】F16H59/02GK205534181SQ201620392522
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月4日
【發明人】李鑫
【申請人】重慶艾億特汽車電子技術有限公司