本發(fā)明涉及電動汽車變速控制領域，尤其是涉及一種純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器。

背景技術：

發(fā)展純電驅動汽車作為解決能源短缺和環(huán)境污染的重要途徑，而使用兩擋變速箱可以有效改善純電驅動汽車動力性指標并兼顧其能量經濟性。因此，兩擋變速箱的開發(fā)是未來純電驅動汽車變速技術的發(fā)展趨勢，故開發(fā)和研究純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器具有重要意義。

純電驅動汽車用兩擋變速箱換擋控制器需接收車速、加速踏板開度、制動踏板開度、換擋桿及擋位狀態(tài)信號，根據(jù)當前車輛狀態(tài)進行擋位決策，對電動換擋電機發(fā)出控制指令，控制其實現(xiàn)1擋和2擋之間的換擋，以及實現(xiàn)車輛停車時回空擋和起步時掛1擋的功能。此外，它要對出現(xiàn)的電動換擋電機故障以及換擋故障進行診斷和處理，而目前關于純電驅動汽車用兩擋變速箱換擋控制器技術尚未提出。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種高度集成、控制穩(wěn)定、安全可靠的純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器，該換擋控制器包括電動換擋邏輯控制單元和換擋電機驅動單元，所述的電動換擋邏輯控制單元通過can網絡分別與整車控制器和驅動電機控制器通信，并且與電動換擋電機和換擋撥叉連接，獲取電動換擋電機的電機位置、電流數(shù)據(jù)以及換擋撥叉的位移數(shù)據(jù)，所述的換擋電機驅動單元與電動換擋電機連接，用以驅動電動換擋電機，所述的電動換擋電機通過傳動機構與換擋撥叉連接；

電動換擋邏輯控制單元通過can網絡從整車控制器獲取車速、加速踏板開度和制動踏板信號，并發(fā)出換擋請求指令，經整車控制器確認換擋請求指令后，電動換擋邏輯控制單元接收換擋電機位置信號、母線電流信號、換擋撥叉位置信號以及通過can網絡獲取的車速和加速踏板信號，將換擋電機控制信號發(fā)送給換擋電機驅動單元，控制換擋電機作動，經傳動機構后帶動換擋撥叉動作，實現(xiàn)換擋撥叉位置的閉環(huán)控制。

所述的電動換擋邏輯控制單元為mc9s12xdp512芯片，所述的換擋電機驅動單元為tle7183f芯片，電動換擋邏輯控制單元與換擋電機驅動單元集成在同一塊pcb上。

該換擋控制器還包括分別與電動換擋邏輯控制單元和換擋電機驅動單元連接的故障診斷和保護單元，所述的故障診斷和保護單元包括電壓檢測電路和保護芯片，所述的電壓檢測電路由電壓比較器組成，所述的保護芯片為帶有輸出使能控制功能的74hc245d-q100芯片。

所述的電動換擋邏輯控制單元包括電源電路以及分別與電源電路連接的最小系統(tǒng)、信號處理電路和can通信電路，所述的can通信電路通過can網絡分別與整車控制器和驅動電機控制器通信，所述的信號處理電路分別與電動換擋電機和換擋撥叉連接。

所述的最小系統(tǒng)為16位處理器mc9s12xdp512，包括電源濾波電路、復位電路、晶振電路、cpu模式設置電路和調試下載電路。

所述的電源電路包括12v轉5v電路和傳感器供電電路。

所述的can網絡包含兩路can總線。

所述的換擋電機驅動單元包括驅動芯片和三相全橋驅動電路，所述的驅動芯片與故障診斷和保護單元連接，所述的三相全橋驅動電路與電動換擋電機。

所述的驅動芯片為具有驅動低電壓大電流電機、電流檢測、過壓保護和過流保護功能的tle7183f芯片。

所述的三相全橋驅動電路包括六個低端驅動的mosfet，通過六路輸入的pwm信號控制mosfet的通斷。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

一、高度集成、控制穩(wěn)定：本發(fā)明提出的純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器，具有擋位決策、電動換擋電機控制、故障診斷及保護等功能，將主控芯片mc9s12xdp512和電動換擋電機驅動芯片tle7183f高度集成在一塊pcb上，可降低控制器制造成本、提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性等。

二、安全可靠：本發(fā)明提出的純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器，包含由電壓比較器和具有輸出使能控制功能的芯片74hc245d-q100所組成的故障診斷和保護單元，可以實現(xiàn)電流檢測、短路保護和過流保護等功能，以提高控制器的安全性及可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構及控制示意圖。

圖2為輸入信號處理電路示意圖，其中，圖(2a)為換擋撥叉位置信號處理電路示意圖，圖(2b)為母線電流信號處理電路示意圖，圖(2c)為換擋電機位置信號處理電路示意圖。

圖3為can總線電路示意圖。

圖4為電源12v轉5v電路示意圖。

圖5為傳感器供電電路示意圖。

圖6為電動換擋電機驅動電路示意圖。

圖7為故障診斷電路示意圖。

圖8為保護電路示意圖。

其中，1、電動換擋邏輯控制單元，2、故障診斷和保護單元，3、換擋電機驅動單元，4、電動換擋電機，5、傳動機構，6、換擋撥叉，7、同步器，8、整車控制器，9、驅動電機控制器，10、最小系統(tǒng)，11、can通信電路，12、電源電路，13、信號處理電路，14、驅動芯片，15、三相全橋驅動電路。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行描述，顯然所述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1所示，一種純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器，分別連接整車控制器8、驅動電機控制器9和電動換擋電機4。驅動電機控制器9連接有驅動電機，電動換擋電機4與傳動機構5相連，純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器包括電動換擋邏輯控制單元1、換擋電機驅動單元3以及故障診斷和保護單元2，兩擋變速箱電動換擋邏輯控制單元1通過can網絡與整車控制器8和驅動電機控制器9相連；換擋電機驅動單元3連接電動換擋電機4；故障診斷和保護單元2分別連接電動換擋邏輯控制單元1和換擋電機驅動單元3。

兩擋變速箱電動換擋邏輯控制單元1通過can網絡從整車控制器8獲取車速、加速踏板開度和制動踏板信號，進行擋位決策，并發(fā)出換擋請求指令。經整車控制器8確認換擋請求指令后，兩擋變速箱電動換擋邏輯控制單元1接收換擋撥叉的位移信號，將換擋電機控制信號發(fā)送給換擋電機驅動單元3，使得換擋電機4作動，經傳動機構5帶動換擋撥叉6工作，從而推動同步器7工作，實現(xiàn)換擋撥叉6的閉環(huán)控制。同時監(jiān)測純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器是否出現(xiàn)過流、短路的故障，如有過流、短路的情況發(fā)生，故障診斷及保護電路2將禁止輸出電動換擋電機控制信號，保證純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器安全可靠地工作。

電動換擋邏輯控制單元1包括最小系統(tǒng)10、電源電路12、信號處理電路13和can通信電路11，電源電路12分別連接最小系統(tǒng)10、信號處理電路13和can通信電路11，can通信電路11通過can網絡與整車控制器8和驅動電機控制器9連接。最小系統(tǒng)10為16位處理器mc9s12xdp512，處理器包括電源濾波電路、復位電路、晶振電路、cpu模式設置電路和調試下載電路。電源電路12包括12v轉5v電路和傳感器供電電路。can通信電路11包含兩路can總線，can通信電路11的一路總線與高速can網絡連接，另一路總線用于程序下載、變量測量及參數(shù)標定。信號處理電路13的輸入信號包括換擋電機位置信號、母線電流信號、換擋撥叉的位置信號，以及通過can網絡獲取的車速和加速踏板信號。

換擋電機驅動3單元包括驅動芯片14和三相全橋驅動電路15，驅動芯片14連接故障診斷及保護單元2，三相全橋驅動電路15連接電動換擋電機4。驅動芯片14為具有驅動低電壓大電流電機、電流檢測、過壓保護和過流保護等功能的芯片tle7183f。三相全橋驅動電路15包括六個低端驅動的mosfet，六路pwm的輸入控制mosfet的通斷。

故障診斷及保護單元2包括電壓檢測電路和保護芯片，電壓檢測電路由電壓比較器組成，保護芯片為具有輸出使能控制的芯片74hc245d-q100。

如圖2所示為輸入信號處理電路，輸入信號包括換擋電機位置信號、母線電流信號、換擋撥叉的位置信號，以及通過can網絡獲取的車速、加速踏板開度和制動踏板信號。如圖(2a)所示換擋撥叉位置信號經過rc網絡和運放tlv2254aid實現(xiàn)分壓、高頻噪聲濾波以及電壓跟隨，最后進行二次濾波處理后送入到主控單元a/d口進行運算。如圖(2b)所示母線電流信號經電阻和運放tlv2254aid組成的差動放大電路實現(xiàn)高頻噪聲濾波以及電壓放大，同樣輸入到主控單元的a/d口進行運算。如圖(2c)所示換擋電機位置信號經過rc濾波得到規(guī)則的0～5v方波信號，輸入到主控單元的捕捉單元端口。

如圖3所示為can總線電路示意圖，can通信電路包含兩路can總線，其中一路與高速can網絡連接，另一路總線用于程序下載、變量測量及參數(shù)標定。can通信電路的can總線收發(fā)器為tja1042t。canh和canl上加上了共模電感acm2012-121-2p-t100，可以抑制共模干擾；同時在canh和canl與地之間并聯(lián)兩個大小為47pf的陶瓷電容c25和c26，可以濾除總線上的高頻共模噪聲。為防護總線瞬態(tài)高能量沖擊，在canh和canl之間接入雙向瞬態(tài)抑制二極管d1和d2，防止浪涌電壓干擾。

如圖4所示為電源12v轉5v電路，開關二極管d11為5v主電源的前端保護電路；鋁電解電容c70和陶瓷電容c69構成5v主電源電路的輸入級濾波和穩(wěn)壓電路；12轉5v的dc/dc開關電源芯片gm7130、肖特基二極管d7和大電流電感l(wèi)1為5v主電源電路的核心器件；而鉭電容c73、c71為5v主電源電路的輸出級濾波、去耦電路；穩(wěn)壓管w1為+5v輸出電壓提供了安全保護。該電源最大輸出電流達3a，完全滿足系統(tǒng)最大負載需求。

如圖5所示為傳感器供電電路，主芯片為tl431bqpk，內部集成了標準2.5v參考電壓，輸出電流從1ma到100ma之間可調，輸出電壓噪聲極低。通過調節(jié)電阻r100、r101的阻值實現(xiàn)5v電壓輸出，而通過調節(jié)電阻r99的阻值可以調節(jié)輸出電流的大小。傳感器供電電路既可以使芯片穩(wěn)定工作，又降低功耗，芯片前后分別配置了電容，用于濾波和去耦。

如圖6所示為電動換擋電機驅動電路示意圖，換擋電機驅動單元3包括驅動芯片14和三相全橋驅動電路15。驅動芯片14采用具有驅動低電壓大電流電機、電流檢測、過壓保護和過流保護等功能的芯片tle7183f。三相全橋驅動電路15包括六個低端驅動的mosfet，六路pwm的輸入控制mosfet的通斷。inh引腳為使能引腳，當輸入信號為低電平0時，關斷上、下橋臂的mosfet，不輸出電動換擋電機控制信號；當輸入信號為高電平1時，驅動芯片啟動。

如圖7所示為故障診斷電路示意圖，ad口與驅動芯片tle7183f中母線差分放大器輸出的電壓接口vo連接。ad口電壓信號與參考電壓經電壓比較器lm2903avqdr比較，將輸出結果傳入保護電路。如純電驅動汽車用兩擋變速箱電動換擋控制器出現(xiàn)過流、短路的故障，ad口的電壓將大于參考電壓，經電壓比較器lm2903avqdr比較，ctr置1。

如圖8所示為保護電路示意圖，采用具有輸出使能功能的芯片74hc245d-q100。當引腳ctr置0時，正常工作；當故障診斷電路檢測到過流、短路故障時，引腳ctr置1，不輸出電動換擋電機控制信號。

以上實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體詳細，但并不能因此理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。