一种对于液压传动自动换档机构的控制装置及方法 【技术领域】
本发明涉及液压传动车辆的自动换档机构的控制方法，主要是一种基于CAN总线通信的对于液压传动自动换档机构的控制装置及方法。
背景技术
传统换档技术需要驾驶员控制离合器踏板和换档杆，容易造成驾驶疲劳，且驾驶员的误操作会造成行驶危险。近年来自动换档机构发展迅速，从变速原理看，主要分为无级变速和齿轮箱变速两种。无级变速技术连续改变传动比，消除了“换档”概念，但是目前无级变速系统在扭矩承受极限上，仍不如齿轮变速箱，限制了其在汽车上的应用。且无级变速机构构造与齿轮变速箱完全不同，而目前大部分车辆生产线为齿轮变速结构，无改装升级可行性，因此，重点仍在于为齿轮变速箱加装自动换档机构。该机构应具有以下基本性能：一、控制实时，能迅速根据行驶参数作出换档控制。二、控制安全，系统稳定可靠，为错误信号或操作提供保护。三、控制智能化，采取有效的控制算法，保证换档平稳，减小换档“真空期”以减少对相关器件的冲击。四、控制通用性，能与其它电控机构如发动机，ABS防抱死系统进行有效通信，并具有可扩展性。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述不足，而提供一种面向齿轮变速箱的安全，可靠，高效的对于液压传动自动换档机构的控制装置及方法。
本发明解决技术问题所用地技术方案：这种对于液压传动自动换档机构的控制装置，主要包括
一主控模块，作为发动机控制单元ECU的下位机，用于执行ECU的控制指令；
一电磁阀控制模块，与主控模块电连接，用于执行主控模块发出的控制信号，控制电磁阀的开关；
一换档拨杆位置检测电路，与主控模块电连接，用于监测换档拨杆的状态，并反馈给主控模块；
一CAN通信模块，与主控模块电连接，用于与发动机控制单元ECU交换数据；
一数据采集模块，包括一自动/手动档信号采集电路，用于采集自动/手动档的开关控制信号；一换档信号采集电路，用于采集换档手柄的挂档信号；其中，
主控模块通过CAN收发电路与ECU通信，执行ECU发出的换档控制命令，同时检测电磁阀、换档拨杆的动作，控制算法模块参照ECU的控制信号，以及当前电磁阀与换档杆的状态，根据控制算法进行运算，产生控制输出。
这种对于液压传动自动换档机构的控制方法，具体控制步骤如下：
①系统初始化；
②采集手动/自动开关量信号并进行判断。若为自动，则执行第3步，若为手动，则执行第5步；
③自动模式，等待接收ECU的CAN包；
④ECU的CAN包到达，程序分离出其中的换档控制信号，对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；
⑤手动模式，采集换档手柄的控制信号，并转换成数字量。对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；
⑥根据控制信号，用电磁阀操纵换档拨杆进行换档；
⑦采集电磁阀检测电路的反馈信号，判断换档是否成功执行；
⑧若换档执行成功，则跳转到第2步，开始继续等待新的换档信号；若换档不成功，则跳转到第6步重新执行。
本发明的有益效果是：实现对换档机构的有效控制。保证行驶过程中换档的安全和及时有效。完善车载控制一体化中的变速控制部分，保证了与其它电控系统的有效通信，并具有良好的可扩展性。有效降低了自动换档的改造成本，可适用于各种齿轮变速箱的换档机构，应用范围广。
【附图说明】
图1是本发明的系统总体设计；
图2是本发明的整体电路图；
图3是本发明的换档机构示意图；
图4是本发明的电磁阀控制电路图；
图5是本发明的电磁阀监测电路图；
图6是本发明的开关信号检测电路图；
图7是本发明的其它信号检测电路图；
图8是本发明的CAN总线收发电路图；
图9是本发明的控制算法流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
对照汽车控制模型，本发明的总体系统结构图如附图1所示，这种对于液压传动自动换档机构的控制装置主要由五个模块组成：电磁阀控制模块，数据采集模块，CAN通信模块，主控模块，控制算法模块。其中控制算法模块为软件模块，其余四个模块为实际电路模块。软件模块在主控模块中得到实现，并通过其余三个电路模块与外部电路相连接，构成一个整体。具体地说，本系统包括一主控模块，作为发动机控制单元ECU的下位机，用于执行ECU的控制指令；一电磁阀控制模块(图4)，与主控模块电连接，用于执行主控模块发出的控制信号，控制电磁阀的开关；一换档拨杆位置检测电路，与主控模块电连接，用于监测换档拨杆的状态，并反馈给主控模块；一CAN通信模块(图8)，与主控模块电连接，用于与发动机控制单元ECU交换数据；一数据采集模块(图6，7所示)包括一自动/手动档信号采集电路，用于采集自动/手动档的开关控制信号；一换档信号采集电路，用于采集换档手柄的挂档信号；其中，主控模块通过CAN收发电路与ECU通信，执行ECU发出的换档控制命令，同时检测电磁阀、换档拨杆的动作，控制算法模块参照ECU的控制信号，以及当前电磁阀与换档杆的状态，根据控制算法进行运算，产生控制输出。
电磁阀控制模块负责对电磁阀的控制。具体控制原理如图3，过程如下：
①通常情况下，换档拨杆保持在3档和4档之间的空档位置。换挡拨杆在换挡以后由锁止机构锁止。
②从空档换成1档：主控模块输出PWM波控制电磁阀EV3的打开，将换档拨杆横向移动到1档和2档之间，然后再输出PWM波控制电磁阀EV1的打开，将换档拨杆啮合到1档位置，完成空档到1档的切换。电磁阀EV2和EV4则保持关闭状态。
③从1档换成2档：主控模块输出PWM波控制电磁阀EV3的打开，将换档拨杆横向移动到1档和2档之间，然后再输出PWM波控制电磁阀EV2的打开，将换档拨杆脱离1档位置，然后啮合到2档位置，完成1档到2档的切换。电磁阀EV1和EV4则保持关闭状态。
④从2档换成3档：主控模块输出PWM波控制电磁阀EV1打开，使换档拨杆脱开2档，EV1仍然打开直到将换挡拨杆啮合到3档位置，完成2档到3档的切换。电磁阀EV2，EV3和EV4则保持关闭状态。
⑤从3档换成4档：主控模块输出PWM波控制电磁阀EV2的打开，将换档拨杆脱离3档，然后啮合到4档位置，完成3档到4档的切换。电磁阀EV1，EV3和EV4则保持关闭状态。
⑥从4档换成5档：主控模块输出PWM波控制电磁阀EV1打开，使换档拨杆脱离4档，然后EV4打开将换档拨杆横向移动到5档和R档之间，EV1仍然打开直到将换挡拨杆啮合到5档位置。电磁阀EV1，EV2和EV3则保持关闭状态。
⑦从N档换成R档(倒档)：主控模块输出PWM波控制电磁阀EV4打开，将换档拨杆横向移动到5档和R档之间，EV2仍然打开直到将换挡拨杆啮合到R档位置。电磁阀EV1和EV3则保持关闭状态。
五路电磁阀控制电路的工作原理相似，现以EV0为例，其工作原理为：HCS12的8号引脚作输出口，连接74LS00的1，2引脚，通过74LS00反向驱动，提高驱动能力；74LS00的3号引脚作为反向输出，接光藕隔离器TLP250的3号引脚，同时TLP250的2号引脚接地，当HCS12输出为低电平时，光藕导通，6号引脚输出15V高电平。光藕的6号引脚接三极管的基极，此时达到开启电压，三极管导通，发射极输出12V电压，驱动电磁阀进行动作。
采集模块包括电磁阀监测电路(图5)和其它信号采集电路(图6，7)。电磁阀监测电路的工作原理为：输入线路分别外连电磁阀的GPS(啮合传感器)，SPS(选择传感器)，OPS(油压传感器)和CPS(离合器传感器)，经过电阻电容进行RC滤波，连接到主控芯片HCS12的AD输入口(51～54号管脚)，通过该4只引脚的输入来确定换档拨杆位置。其它信号采集电路包括开关信号采集电路和换档杆动作采集电路。换档杆动作采集电路的输入只在手动/自动切换键状态为手动时有效；在自动状态时，换档动作信号由发动机控制单元ECU发出。开关信号采集电路的原理为：输入或输入的分压信号(最大输入电压超过三极管击穿电压)接三极管基极，当达到开启电压时，三极管导通，HCS12的5～7号引脚平时接高电平，此时的输入状态由高电平变为低电平，HCS12接收到此信号并作出处理。换档手柄动作采集电路的工作原理为：采集端串连一个定值电阻后接参考电压(5V)，采集端与定值电阻之间接HCS12的AD输入口(1～4号引脚)。根据基尔霍夫定律，换档手柄内部所串连电阻值与定值电阻之比，等于AD输入电压与AD输入电压和参考电压之差的比。由此可求得换档杆状态。
CAN通信模块包括CAN收发电路(图8)用于主控模块与ECU之间的通信。CAN收发电路采用TJA1050专用收发芯片。其TXD和RXD端口分别与HCS12的74和75号端口相连。HCS12的74和75端口分别作输出输入口，通过TJA1050进行数据接收和发送。
主控模块为HCS12芯片，对各输入输出口进行处理，承载并实现控制算法。
下面介绍本发明的对于液压传动自动换档机构的控制方法，算法流程如图8所示，具体控制步骤如下：
①系统初始化；
②采集手动/自动开关量信号并进行判断。若为自动，则执行第3步，若为手动，则执行第5步；
③自动模式，等待接收ECU的CAN包；
④ECU的CAN包到达，程序分离出其中的换档控制信号，对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；
⑤手动模式，采集换档手柄的控制信号，并转换成数字量。对电磁阀发出相应的控制信号。执行第6步；
⑥根据控制信号，用电磁阀操纵换档拨杆进行换档；
⑦采集电磁阀检测电路的反馈信号，判断换档是否成功执行；
⑧若换档执行成功，则跳转到第2步，开始继续等待新的换档信号；若换档不成功，则跳转到第6步重新执行。