CN105952889B - 挡位开关信号采集装置及其方法、汽车换挡***及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挡位开关信号采集装置及其方法、汽车换挡***及汽车，所述装置包括：设在换挡器的每个挡位处的切换型的挡位开关，换挡控制器；挡位开关的A、B两路信号输出端输出互斥状态的A、B两路信号；包括A接通或断开的开关信号，B接通或断开的开关信号；挡位处于开启状态时，A信号输出端输出A接通开关信号且B信号输出端输出B断开开关信号，挡位处于关闭状态时，A信号输出端输出A断开开关信号且B信号输出端输出B接通开关信号；所述换挡控制器同时接收挡位开关A、B两路信号输出端输出的A、B两路信号，根据所述A、B两路信号获取挡位信号输出至挡位信号接收模块。本发明的方案，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

Description

挡位开关信号采集装置及其方法、汽车换挡***及汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种挡位开关信号采集方法及其软件实现方式、汽车换挡***及汽车。

背景技术

换挡器作为现代汽车中关键性零部件，安全性等级要求较高。在实际换挡过程中，换挡器通过安装于其内部的触发开关、霍尔开关阵列、旋转霍尔传感器等进行挡位信号的收集，并结合相关控制逻辑，再通过相应的单片机控制***处理，实现相应挡位信号的输出。

目前，换挡器是挡位开关信号采集方案主要有以下三种：

(1)通过机械触发开关来实现信号触发，当换挡手柄处于某种位置，通过相应机械触碰按压实现相应的挡位信号触发，此种方案为接触型；

(2)通过霍尔开关传感器，当换挡手柄处于某种位置，通过手柄上的电磁铁与相应霍尔开关传感器感应，实现相应的挡位信号触发即实现当前挡位触发，此种方案为非接触型；

(3)旋转霍尔传感器方式实现，通过安装于换挡手柄底部，或者旋钮开关底部的电磁铁旋转运动，旋转传感器将检测到不同的旋转角度，并以不同的角度值来判定当前挡位信息，此种方案为非接触式。

根据以上所提到的三种技术方案，均存在明显的缺陷：

(1)通过机械触发开关来实现信号触发，此种方案一般只采用单机械触发，通过单片机一个I/O口来采集开关信号，如果该路开关出现故障，将采集不到相应的信号，安全冗余度低，影响挡位判断。而且失效后，需要拆开换挡器总成，更换失效开关，往往需要送到指定维修点，或者寄回原厂，维修成本高。

(2)霍尔开关传感器类型，汽车级霍尔开关传感器主要是依靠一个单触发型感器输出信号到单片机I/O中进行信号处理，与单机械触发开关类似，如果该路开关出现故障，将采集不到相应的信号，安全冗余度低，维修成本高。

(3)旋转霍尔传感器，由于基本上为多引脚芯片，因而如果PCB制造工艺没有达到要求，容易造成虚焊，导致使用过程中，易出现问题，同时此种方案控制起来复杂，且需要电磁铁与旋转霍尔传感器之间要有良好***匹配，这就导致***高稳定性方面比较难以保证。假设出现失效形式，将采集不到相应的信号，安全冗余度低，维修成本高。同时霍尔型传感器受电磁干扰影响比较大，因而实际应用设计中需要多考虑电磁兼容性问题，硬件成本比较高。

综上所述，现有的换挡器信号采集技术，存在着信号安全冗余度不足的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述安全冗余度不足的问题，提供一种新型的挡位开关信号采集方法并结合现代电子控制技术，在低成本基础上，提高了汽车挡位***的安全冗余度。

一种挡位开关信号采集装置，其特征在于，包括：设在换挡器的每个挡位处的切换型的挡位开关，换挡控制器；

所述挡位开关具有A、B两路信号输出端，分别输出互斥状态的A、B两路信号；

其中，所述A路信号包括A端接通或断开的开关信号，所述B路信号包括B端接通或断开的开关信号；挡位处于开启状态时，A路信号输出端输出A端接通的开关信号且B路信号输出端输出B端断开的开关信号，挡位处于关闭状态时，A路信号输出端输出A端断开的开关信号且B信号输出端输出B端接通的开关信号；

所述换挡控制器同时接收挡位开关输出的A、B两路信号，根据所述A、B两路信号获取挡位信号输出至挡位信号接收模块。

上述挡位开关信号采集装置，以较低的硬件成本，在换挡器的每个挡位处的设置切换型的挡位开关，输出互斥状态的两路开关信号，两路开关信号互为对比，实现信号输出冗余，换挡控制器同时接收挡位开关的两路开关信号并获取挡位信号，在触发挡位开关而进行开关信号采集过程中，当挡位开关的某一路开关信号失效后，可以由另一路开关信号确保安全，无需重新更换挡位开关，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

一种挡位开关信号采集方法，基于上述的挡位开关信号采集装置，所述方法包括：

读取挡位开关的A、B两路信号输出端输出的A、B两路信号；

若A、B两路信号满足互斥条件，则选择A路信号设为挡位信号；

若A、B两路信号不满足互斥条件，则进一步判断A路信号故障或B路信号故障；

若所述挡位开关的A路信号故障且B路信号正常，则选择B路信号作为挡位信号判定依据；

若所述挡位开关的A、B两路信号同时故障，判定挡位开关损坏。

上述挡位开关信号采集方法，通过对挡位开关的两路开关信号进行互斥条件的判断，如果满足互斥条件选择其中一路开关信号设为挡位信号，如该该路开关信号不满足互斥条件，其中一路开关信号是否故障而另一路开关信号正常，则可以用另一路开关信号进行替换，此时无需更换挡位开关，实现挡位判断的信号的冗余功能。

一种汽车换挡***，包括：换挡器，挡位开关信号采集装置以及挡位信号接收模块。

上述汽车换挡***，通过上述挡位开关信号采集，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

一种汽车，包括上述的汽车换挡***。

上述汽车，通过上述汽车换挡***，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

附图说明

图1为本发明的挡位开关信号采集装置示意图；

图2为挡位开关结构示意图；

图3是基于挡位开关信号采集方法实施例的算法流程图；

图4是汽车换挡***的结构示意图；

图5为开关组合模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图阐述本发明的挡位开关信号采集装置及其方法、汽车换挡***及汽车的实施例。

参考图1所示，图1为本发明的挡位开关信号采集装置结构示意图，本发明提供的挡位开关信号采集装置，主要包括：设在换挡器的每个挡位处的切换型的挡位开关，换挡控制器(可以采用单片机)；

所述挡位开关具有A、B两路信号输出端，分别输出互斥状态的A、B两路信号；

其中，所述A路信号包括A端接通或断开的开关信号，所述B路信号包括B端接通或断开的开关信号；挡位处于开启状态时，A路信号输出端输出A端接通的开关信号且B路信号输出端输出B端断开的开关信号，挡位处于关闭状态时，A路信号输出端输出A端断开的开关信号且B信号输出端输出B端接通的开关信号；

所述换挡控制器同时接收挡位开关A、B两路信号输出端输出的A、B两路信号，根据所述A、B两路信号获取挡位信号输出至挡位信号接收模块。

如图1，换挡器有i(一般情况下，i≥3)个挡位开关S1～Si，每个挡位有一个的挡位开关，换挡器触发挡位开关，输出A、B两路信号至换挡控制器，换挡控制器再输出挡位信号输出至挡位信号接收模块，实现挡位开关信号采集。

上述实施例的挡位开关信号采集装置，切换型的挡位开关，可以实现较低的硬件成本，在换挡器的每个挡位处的设置切换型的挡位开关S1～Si，输出互斥状态的A、B两路开关信号，两路开关信号互为冗余，换挡控制器同时接收挡位开关的两路开关信号并获取挡位信号，在换挡器触发挡位开关S1～Si而进行开关信号采集过程中，当挡位开关的A路开关信号失效后，可以由B路开关信号确保安全，无需重新更换挡位开关，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

对于挡位开关的设计，可以根据换挡器总成的设计方式或者控制策略不同而进行设计。例如，当换挡器本体机构满足一定条件下，可以通过挡位信号开关组合模块的形式结合相应的软件算法实现挡位开关的功能，从而减少开关按钮的数量实现一样多的挡位，进一步降低成本。或者只单独采用挡位开关模块的一个位置来触发一个挡位信号，每一路开关都为切换型开关，每一个开关都有两路信号输出。

对于挡位信号接收模块，可以是换挡执行器(用于线控换挡技术)、TCU(自动变速器控制器)，或者发送给整车CAN总线网络中，有需要采集该信号的节点控制器将接收到此信息，如新能源汽车的GMC(机电耦合控制器)等。

作为一个实施例，参考图2所示，图2为挡位开关开关结构示意图，所述挡位开关可以采用单刀双掷型开关，所述A、B两路信号输出端分别对应为单刀双掷型开关的两个不动端；其中，所述A、B两路信号输出端分别连接所述换挡控制器的I/O口。

进一步地，如图2所示，对于所述单刀双掷型开关，可以将A、B两路信号输出端接上拉高电平，同时输入到相应的I/O口再下拉到低电平；其中，挡位处于开启状态时，A信号输出端输出高电平信号且B信号输出端输出低电平信号，挡位处于关闭状态时，A信号输出端输出低电平信号且B信号输出端输出高电平信号。

由图2可以看出，以Si挡位开关为例，当换挡器触发Si挡位开关时，A信号输出端接高电平信号，输出高电平信号至换挡控制器的I/O口；同时，B信号输出端接低电平信号，输出低电平信号至换挡控制器的I/O口。

上述实施例的技术方案，采用单刀双掷型开关，硬件成本与单触发机械开关成本相差不大，单刀双掷型开关可以输出高低电平两路互斥信号，换挡控制器通过I/O口非常易于识别高低电平信号，便于换挡控制器内部算法实现。

本发明提供基于上述的挡位开关信号采集装置的挡位开关信号采集方法，该所述方法主要包括如下步骤：

(1)读取挡位开关的A、B两路信号输出端输出的A、B两路信号；

(2)若A、B两路信号满足互斥条件，则选择A路信号设为挡位信号；

(3)若A、B两路信号不满足互斥条件，则进一步判断A路信号故障或B路信号是否存在故障；若所述挡位开关的A路信号故障且B路信号正常，则选择B路信号设为挡位信号；若所述挡位开关的A、B两路信号同时故障，判定挡位开关损坏。

在一个实施例中，所述判断A路信号故障或B路信号是否存在故障的步骤，可以包括如下：

通过挡位开关的触发过程，检测A路信号是否有信号变化，若有变化，判定A路信号正常；若无变化，判定A路信号故障，进一步判断B路信号是否有信号变化，若有变化，判定B路信号正常；否则判定B路信号故障。

进一步地，在选择B路信号设为挡位信号后，还对B路信号进行取反，设为挡位信号；在此，对B路信号取反，是由于换挡控制器内部算法是针对于A路信号设置的，而B路信号与A路信号是互斥的，因此，将B路信号取反后就可以等效于对A路信号的信号处理，降低了换挡控制器算法实现的代码复杂度。

参考图3所示，图3是基于挡位开关信号采集方法实施例的算法流程图，该算法是换挡控制器的软件流程，以某一挡位开关Si为例进行说明。

软件流程实施步骤如下：

s301，当换挡控制器上电，检测Si挡位开关的电平信号SiA与SiB；

s302，对SiA与SiB进行滤波去抖动处理；

s303，判断挡位开关Si中的SiA与SiB的相应的I/O口的电平信号是否一致；若是，说明Si挡位开关存在故障；执行s304，若否，说明满足互斥条件，Si挡位开关状态正常，否则执行s306；

s304，在触发开关Si的过程中分别扫描SiA与SiB两路电平信号的变化状态；

s305，判断SiA电平信号是否发生变化；若是，说明SiA路电平信号正常，执行s306，否则执行s308；

s306，以SiA路电平信号作为挡位信号的判定依据；

s307，将Si挡位开关的电平信号输出至挡位信号接收模块；

s308，判断SiB电平信号是否发生变化；若是，说明SiB路电平信号正常，执行s309，否则执行s311；

s309，以SiB路电平信号作为挡位信号的判定依据；

s310，对SiB电平信号进行取反，等效于SiA电平信号，转去执行s307；

s311，判定挡位开关Si损坏，提醒换件。

参考图4所示，图4是汽车换挡***示意图，包括：换挡器，挡位开关信号采集装置以及挡位信号接收模块。

其中，换挡器的挡位可以包括：P挡位、R挡位、N挡位、D挡位、S挡位、L挡、1挡、2挡、D+/-挡和M+/-挡等；

对应地，挡位开关可以包括：P挡开关、R挡开关、N挡开关、D挡开关、S挡开关、L挡、1挡、2挡、D+/-挡开关和M+/-挡开关；对应输出P_Switich_A信号、P_Switich_B信号、R_Switich_A信号、R_Switich_B信号、N_Switich_A信号、N_Switich_B信号、D_Switich_A信号、D_Switich_B信号、S_Switich_A信号、S_Switich_B信号、D+/-_Switich_A信号、D+/-_Switich_B信号、M+/-_Switich_A信号、M+/-_Switich_B信号。图4中只示出了部分开关的示意图，其他更多挡位和开关原理一致。

上述汽车换挡***，通过上述挡位开关信号采集装置，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

在实际应用中，对于挡位开关，也可以采用开关组合模块模式，此种模式为一个开关多个挡位，或者多个开关一个挡位，由于同一时刻换挡器只有一个挡位有效，可以依据换挡器的挡位处于不同状态时开关的组合判断，实现开关硬件的复用。例如，基于目前主流的电子换挡器(线控换挡技术)，为挡位开关与挡位对应逻辑表，在满足一定的换挡条件前提下，依据逻辑表的控制方式可以实现多种挡位判定控制策略组合。

参考图5所示，图5为开关组合模块示意图，其中，图5(a)为一个示例的挡位开关与挡位对应逻辑表，在满足一定的换挡条件前提下，可以实现多种挡位判定控制策略组合，图中给出了挡位开关S1～S5的例子。图5(b)一个示例的换挡设计中的换挡器总成内部挡位开关示意布置形式，虚线Line1为手柄底部运动轨迹线，Line2为手柄自然位置线。图5(c)为实际换挡设计某种挡位槽，。需要说明的是，上述示意图只给出了一种实施方式的示意图，在实际产品设计中，挡位开关数量及其逻辑表和挡位开关形式可以根据使用者实际需求而定。

本发明还提供一种汽车，包括上述实施例的汽车换挡***；通过上述汽车换挡***，提高挡位开关信号采集的安全性，达到跛行设计的效果。

综合上述实施例的技术方案，针对换挡器的挡位信号采集中存在着信号安全冗余度不足的缺陷，在低成本基础上，通过采用切换型开关(如硬件成本与单触发机械开关相近的单刀双掷型开关)，此切换型开关能在同一时刻输出两路互斥信号，因此在实际工作中，总有一路信号接通，另外一路信号断开，将这两路信号同时输入换挡控制器(单片机)的两路I/O口，通过换挡控制器内编辑软件算法，实现当其中某一路出问题，另外一路还能实现信号触发，无需维修换挡器总成而继续使用，保持挡位信号的判别功能，从而提高了***的安全冗余度，实现跛行设计。不仅提高换挡器总成安全等级，保证人生安全，延长了换挡器总成的寿命，还节约了维修过程的时间成本和人力成本，提高企业效益和提升顾客使用价值，最终提升产品市场竞争力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种挡位开关信号采集装置，其特征在于，包括：设在换挡器的每个挡位处的切换型的挡位开关，换挡控制器；

所述挡位开关具有A、B两路信号输出端，分别输出互斥状态的A、B两路信号；

其中，所述A路信号包括A端接通或断开的开关信号，所述B路信号包括B端接通或断开的开关信号；挡位处于开启状态时，A路信号输出端输出A端接通的开关信号且B路信号输出端输出B端断开的开关信号，挡位处于关闭状态时，A路信号输出端输出A端断开的开关信号且B信号输出端输出B端接通的开关信号；

所述换挡控制器同时接收挡位开关输出的A、B两路信号，根据所述A、B两路信号获取挡位信号输出至挡位信号接收模块。

2.根据权利要求1所述的挡位开关信号采集装置，其特征在于，所述挡位开关为单刀双掷型开关，所述A、B两路信号输出端分别为单刀双掷型开关的两个不动端。

3.根据权利要求2所述的挡位开关信号采集装置，其特征在于，所述A、B两路信号输出端分别连接所述换挡控制器的I/O口。

4.根据权利要求3所述的挡位开关信号采集装置，其特征在于，所述单刀双掷型开关的动端接地，A、B两路信号输出端接上拉高电平，同时输入到相应的I/O口再下拉到低电平；其中，挡位处于开启状态时，A路信号输出高电平信号且B路信号输出低电平信号，挡位处于关闭状态时，A路信号输出低电平信号且B路信号输出高电平信号。

5.一种挡位开关信号采集方法，其特征在于，基于权利要求1至4任一项所述的挡位开关信号采集装置，所述方法包括：

读取挡位开关的A、B两路信号输出端输出的A、B两路信号；

若A、B两路信号满足互斥条件，则选择A路信号设为挡位信号；

若A、B两路信号不满足互斥条件，则进一步判断A路信号故障或B路信号故障；

若所述挡位开关的A路信号故障且B路信号正常，则选择B路信号作为挡位信号判定依据；

若所述挡位开关的A、B两路信号同时故障，判定挡位开关损坏。

6.根据权利要求5所述的挡位开关信号采集方法，其特征在于，所述判断A路信号故障或B路信号是否存在故障的步骤包括：

通过挡位开关的触发过程，检测A路信号是否有信号变化，若有变化，判定A路信号正常；

若无变化，判定A路信号故障，进一步判断B路信号是否有信号变化，若有变化，判定B路信号正常；否则判定B路信号故障。

7.根据权利要求5所述的挡位开关信号采集方法，其特征在于，若选择B路信号作为挡位信号判定依据，则对B路信号进行取反，设为挡位信号。

8.一种汽车换挡***，其特征在于，包括：换挡器，权利要求1至4任一项所述的挡位开关信号采集装置以及挡位信号接收模块。

9.根据权利要求8所述的汽车换挡***，其特征在于，换挡器的挡位包括：P挡位、R挡位、N挡位、D挡位、S挡位、L挡、1挡、2挡、D+/-挡和M+/-挡；

所述挡位开关包括：P挡开关、R挡开关、N挡开关、D挡开关、S挡开关、L挡、1挡、2挡、D+/-挡开关和M+/-挡开关。

10.一种汽车，其特征在于，包括：权利要求8或9所述的汽车换挡***。