汽車的換檔系統的製作方法
2023-06-10 07:20:01
專利名稱：汽車的換檔系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車的換檔系統，更具體地說，本發明涉及這樣的換檔系統，該系統可通過換檔杆和變速器之間的電信號而不是其間的機械連接來進行換檔操作。
背景技術：
近年來，汽車的用導線傳輸(by-wire)的系統已經得到廣泛的開發。這種用導線傳輸的系統通過導線來傳輸電信號，以進行特定操作，替代了採用機械系統來直接傳遞機械驅動能量。
這種用導線傳輸的系統包括用導線制動系統、用導線轉向系統等類似系統。
近年來，已經開發出通過電信號進行齒輪換檔的用導線換檔系統。在該用導線換檔系統中，用於連接換檔杆和變速器的各種換檔聯接已經被可傳輸電信號的導線代替，從而對車廂更有效利用成為可能，汽車的重量可明顯地降低。
現有的用導線換檔系統省略了自動變速器的換檔聯接，如杆、抑制器開關和手動閥的，並利用電磁閥來進行齒輪換檔。
這樣，現有的用導線換檔系統具有的缺點是，變速器的整個結構必須變化。
另外，現有的用導線換檔被動地應對系統故障，即，它只提供故障保險功能(如，在換檔錯誤期間限制換檔杆的位置)。也就是說，現有的用導線換檔系統幾乎沒有應對系統故障的策略。
本發明背景部分披露的信息只用來增強對本發明背景的理解，並不作為一種確認或任何形式的建議，即該信息構成本領域技術人員已經公知的現有技術。
發明內容
本發明提供了這樣的一種用導線換檔系統，該系統具有簡單的結構並可有效地應對各種差錯。
在本發明的優選實施例中，換檔系統包括一個變速器、一個司機接口模塊和抑制器開關驅動模塊。變速器配置成接收旋轉力並實現預定的換檔比，並具有一個抑制器開關。司機接口模塊發出對應於司機選擇的換檔範圍的目標換檔範圍信號。抑制器開關驅動模塊通過實時通信總線連接到司機接口模塊，抑制器開關驅動模塊根據當前抑制器開關位置和來自司機接口模塊的目標換檔範圍信號輸入而驅動抑制器開關。
最好是，抑制器開關驅動模塊包括至少一個用於驅動抑制器開關的致動器。
最好是，致動器為電機。
最好是，司機接口模塊包括一個換檔範圍選擇元件、多個換檔範圍傳感器和第一容錯(fault-tolerant)單元；換檔範圍選擇元件用於接納被選擇的換檔範圍；該多個換檔範圍傳感器用於探測通過換檔範圍選擇元件選擇的換檔範圍，並用於發出表示探測到的換檔範圍的探測換檔範圍信號；第一容錯單元包括至少一個故障禁止(fail-silent)單元，該單元用來基於來自換檔範圍傳感器的探測到的換檔範圍信號輸入而發出目標換檔範圍信號；以及其中抑制器開關致動模塊包括多個抑制器開關位置傳感器、第二容錯單元和至少一個致動器；該多個抑制器開關位置傳感器探測抑制器開關的當前位置，並發出相應的抑制器開關位置信號；第二容錯單元包括至少一個故障禁止單元，基於來自第一容錯單元的目標換檔範圍信號輸入和來自抑制器開關位置傳感器的抑制器開關位置信號輸入，該單元用於發出抑制器開關致動信號；該至少一個致動器根據來自第二容錯單元的抑制器開關致動信號輸入來致動抑制器開關。
同樣最好是，第一容錯單元包括第一主故障禁止(fail-silent)單元和第一冗餘故障禁止單元，並且第二容錯單元包括第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元，其中第一主故障禁止單元、第一冗餘故障禁止單元、第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元通過至少一條實時通信總線彼此連接。
同樣最好是，第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元每個均包括多個微控制器和一個通信控制器；該多個微控制器基於來自多個換檔範圍傳感器的多個探測到的換檔範圍信號輸入來發出目標換檔範圍信號，並輸出該信號；該通信控制器控制從微控制器到第二容錯單元的目標換檔範圍信號的傳輸。
最好是，其中如果由微控制器組產生的目標換檔範圍信號彼此不同，則第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元均不輸出其信號。
最好是，第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元每個均包括通信控制器和多個微控制器。該通信控制器控制來自第一容錯單元的信號傳輸。基於來自抑制器開關位置傳感器組的抑制器開關位置信號輸入和來自第一容錯單元的目標換檔範圍信號輸入，該多個微控制器發出抑制器開關致動信號。
最好是，如果由微控制器組產生的抑制器開關致動信號彼此不同，則第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元均不輸出抑制器開關致動信號。
最好是，第一容錯單元設計成這樣，如果第一主故障禁止單元不輸出目標換檔範圍信號，則第一冗餘故障禁止單元發出目標換檔範圍信號並輸出該信號。
同樣最好是，第二容錯單元設計成這樣，如果第二主故障禁止單元不輸出抑制器開關致動信號，則第二冗餘故障禁止單元發出抑制器開關致動信號並輸出該信號。
最好是，多個換檔範圍傳感器為三個，同時當來自換檔範圍傳感器的三個信號輸入中多數相同時，則第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元每個均發出目標換檔範圍信號。
最好是，多個抑制器開關位置傳感器為三個，同時當來自抑制器開關位置傳感器的三個信號中多數相同時，則第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元每個均發出抑制器開關致動信號。
下面的附圖包含在並構成了說明書的一部分，這些附圖示出了本發明的實施例，同時這些附圖與描述一起用來解釋發明的原理，其中圖1為本發明的一個優選實施例的換檔系統的示意圖。
具體實施例方式
在這裡，將參照附圖來詳細描述本發明的優選實施例。
如圖1所示，本發明的優選實施例的換檔系統包括一個自動變速器11。
該自動變速器11通過連接軸15連接到動力源13上，該動力源13產生驅動汽車的電能，同時該自動變速器11設計成通過連接軸15把轉速輸入變化成目標輸出速度。
動力源13可以是任何能用在汽車上的裝置。例如，動力源13可以是內燃機或電動機。
自動變速器11可以是現有的自動變速器，包括一個抑制器開關17，該抑制器開關17可相應於由操作換檔杆而選擇的換檔範圍(例如，停車擋P、倒車擋R、空擋N、向前驅動擋D、第三擋3、第二擋2和低擋L)來進行操作。
當操作抑制器開關17時，則驅動自動變速器11的液壓迴路的手控閥。根據對手控閥的操作來控制液壓，從而自動變速器11的摩擦部件可選擇地嚙合，以實現需要的檔位。
抑制器開關17可以是現有技術的抑制器開關。在現有的變速器中，抑制器開關機械連接到換檔杆上，從而可以應對換檔杆的操縱而操作。另一方面，本發明優選實施例的換檔系統的抑制器開關17由致動器19a和19b來驅動。
本發明優選實施例的換檔系統包括一個司機接口模塊21和一個抑制器開關致動模塊23。
司機接口模塊21設計成可接收由司機選擇的需要的換檔範圍信號，同時發出對應於輸入換檔範圍信號的目標換檔範圍信號。
司機接口模塊21包括一個換檔範圍選擇元件25、換檔範圍傳感器27a、27b和27c中的至少一個和一個第一容錯單元29。
換檔範圍選擇元件25可以是為司機提供的、用來選擇需要換檔範圍的工具的任何裝置，例如開關。也就是說，換檔範圍選擇元件25以任意司機接口的形式來實現，該接口能提供由司機來選擇需要的換檔範圍的工具。
換檔範圍傳感器27a、27b和27c設計成檢測通過換檔範圍選擇元件25來選擇的換檔範圍，並產生相應的信號(探測到的換檔範圍信號)。
由於本發明的換檔系統帶有三個換檔範圍傳感器27a、27b和27c，因此是容錯的。換檔範圍傳感器的數量不限於三個。
第一容錯單元29從換檔範圍傳感器27a、27b和27c接收探測到的換檔範圍信號，並發出操作抑制器開關17的信號(目標換檔範圍信號)，以定位於對應於探測到的換檔範圍的位置。
第一容錯單元29包括分別連接到每個換檔範圍傳感器27a、27b和27c的多個故障禁止單元31和33。在本實施例中，第一容錯單元29包括兩個故障禁止單元。
如圖所示，第一主故障禁止單元31和第一冗餘故障禁止單元33分別與三個換檔範圍傳感器27a、27b和27c中每個連接。
第一主故障禁止單元31包括兩個微控制器35a和35b和一個通信控制器37。
另外，第一主故障禁止單元31包括一個輸入接口、一個輸出接口、一個存儲器和相關的硬體和軟體，程序設計成進行如下面要解釋的信號處理方法。
每個微控制器35a、35b連接到三個換檔範圍傳感器27a、27b和27c，從而每個微控制器35a和35b可接收來自所有三個換檔範圍傳感器27a、27b和27C的信號。
而且，微控制器35a和35b彼此連接，從而每個微控制器35a和35b可識別由另外微處理器發出的信號。
每個微控制器35a和35b從三個換檔範圍傳感器27a、27b和27c中接收探測到的換檔範圍信號，並基於接收到的三個探測到的換檔範圍信號來發出目標換檔範圍信號。
此時，每個微控制器35a和35b確定該三個接收信號是否包括兩個或三個相同信號，並只有當確定是肯定時把相應的信號作為正確信號。例如，如果接收到的三個信號中的兩個是表示向前驅動擋D的信號，而另一個是表示倒車擋R的信號，則微控制器35a和35b均確定選擇的換檔範圍為向前驅動擋D，因此發出相應的目標換檔範圍信號，該信號把向前驅動擋D作為目標換檔範圍。如果三個接收的信號是相同的，則微控制器35a和35b確定選擇由接收信號表示的換檔範圍，並發出相應的目標換檔信號。然而，如果由三個接收換檔信號表示的換檔範圍彼此不同，則微控制器35a和35b確定有錯誤，同時不發出目標換檔範圍信號。
此外，每個微控制器35a和35b設計成把其目標換檔範圍信號與另外微控制器發出的目標換檔範圍信號進行比較。如果確定兩個目標換檔範圍信號相同，則該目標換檔範圍信號輸出到通信控制器37。另一方面，如果確定了兩個目標換檔範圍信號彼此不同，則微控制器35a和35b不把目標換檔範圍信號輸出到通信控制器37(故障禁止)。
如上所述，第一主故障禁止單元31以故障禁止方式發出信號。
第一冗餘故障禁止單元33與第一主故障禁止單元31具有相同的內部結構，並以相同方式發出目標換檔範圍信號。
第一冗餘故障禁止單元33監測目標換檔範圍信號是否從第一主故障禁止單元31中輸出。如果確定了目標換檔範圍信號不是從第一主故障禁止單元31中輸出，則第一冗餘故障禁止單元33發出其目標換檔範圍信號並將該信號輸出(容錯)。
也就是說，如果第一主故障禁止單元31正常操作，則第一主故障禁止單元31輸出目標換檔範圍信號。另一方面，如果第一主故障禁止單元31不正常操作，則第一冗餘故障禁止單元33輸出目標換檔範圍信號。這樣，即使第一主故障禁止單元31出現故障時，第一容錯單元29也可正常操作(容錯)。
基於來自司機接口模塊21的目標換檔範圍信號輸入和表示抑制器開關17當前位置的信號，抑制器開關致動模塊23發出抑制器開關驅動信號。
也就是說，抑制器開關致動模塊23把抑制器開關17的當前位置和對應於目標換檔範圍信號的抑制器開關17的目標位置進行比較，並根據該比較結果，發出抑制器開關驅動信號，用來驅動抑制器開關17，從而定位在目標位置。
抑制器開關致動模塊23包括抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c、一個第二容錯單元41和至少一個致動器19a和19b。
在本實施例中，抑制器開關致動模塊23包括兩個用來驅動抑制器開關17的致動器19a和19b，以應付其中一個致動器出現故障的情況。也可能的是，抑制器開關致動模塊23包括兩個以上的致動器。例如，致動器19a和19b可以是電機。
最好是，如果兩個致動器19a和19b均正常操作，則每個致動器19a和19b控制成產生驅動抑制器開關17所需的總電能的50％，並且如果致動器19a和19b中之一不正常操作，則另一個控制成產生所有能量。
抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c設計成探測抑制器開關17的當前位置，並發出表示抑制器開關17當前位置的信號(抑制器開關位置信號)。
在本實施例中，為了使系統的操作更加穩定，提供三個抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c。然而，抑制器開關位置傳感器的數量不限於三個。
第二容錯單元41接收來自第一容錯單元29的目標換檔範圍信號輸入和來自抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c的抑制器開關位置信號輸入，並基於目標換檔範圍信號和抑制器開關位置信號發出驅動致動器19a和19b的信號(抑制器開關驅動信號)。致動器19a和19b把抑制器開關17驅動到對應於由目標換檔範圍信號表示的換檔範圍的位置。
第二容錯單元41包括多個故障禁止單元45和47，該故障禁止單元45和47分別連接到抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c中的每一個。在本實施例中，設置兩個故障禁止單元。
如圖所示，第二主故障禁止單元45和第二冗餘故障禁止單元47分別連接到每個抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c。
此外，如圖中所示，第一主故障禁止單元31和第一冗餘故障禁止單元33以及第二主故障禁止單元45和第二冗餘故障禁止單元47通過實時通信總線49a和49b彼此連接以傳輸信號。此時，由於這些單元通過兩條總線連接，因此系統即使一條總線出現故障時也可正常操作。
第二主故障禁止單元45包括兩個微控制器51a和51b以及通信控制器53。
另外，第二主故障禁止單元45包括一個輸入接口、一個輸出接口、一個存儲器和相關的硬體和軟體，程序設計成進行如下面要解釋的信號處理過程。
每個微控制器51a、51b通過通信控制器53連接到實時通信總線49a和49b，從而微控制器51a和51b通過實時通信設備接收來自第一容錯單元29的目標換檔範圍信號。
每個微控制器51a和51b連接到三個抑制器開關位置傳感器39a、39b和39c，從而微控制器51a和51b接收抑制器開關位置信號。
每個微控制器51a和51b基於抑制器開關位置信號和目標換檔範圍信號發出抑制器開關驅動信號。
此時，每個微控制器51a和51b確定該三個接收的抑制器開關位置信號是否包括兩個或三個相同信號，並只有當確定是肯定時把相應的信號作為正確信號。基於確定的正確抑制器開關位置信號，微控制器51a和51b發出抑制器驅動信號。也就是說，微控制器51a和51b以與第一容錯單元29的微控制器35a和35b類似方式操作。
當基於抑制器位置信號和目標換檔範圍信號發出抑制器開關驅動信號後，每個微控制器51a和51b確定其抑制器開關驅動信號是否與其他微控制器的信號相同。如果確定兩個抑制器開關驅動信號是相同的，則該抑制器開關驅動信號輸出到致動器19a和19b。另一方面，如果確定兩個抑制器開關驅動信號彼此不同，則微控制器51a和51b不把抑制器開關驅動信號輸出到致動器19a和19b(故障禁止)。
如上所述，第二主故障禁止單元45以故障禁止方式發出信號。
第二冗餘故障禁止單元47與第二主故障禁止單元45具有相同的內部結構，並以相同方式發出抑制器開關驅動信號。
第二冗餘故障禁止單元47監測抑制器開關驅動信號是否從第二主故障禁止單元45中輸出。如果確定了抑制器開關驅動信號不是從第二主故障禁止單元45中輸出，則第二冗餘故障禁止單元47發出其抑制器開關驅動信號並把該信號輸出(容錯)。
也就是說，如果第二主故障禁止單元45正常操作，則輸出抑制器開關驅動信號。另一方面，如果第二主故障禁止單元45不正常操作，則第二冗餘故障禁止單元47輸出其抑制器開關驅動信號。這樣，即使第二主故障禁止單元45出現故障時，第二容錯單元41也可正常操作(容錯)。
如上所述，第一容錯單元29和第二容錯單元41通過實時通信總線49a和49b進行實時數據通信。此時，通信協議最好是時間觸發協議，如TTP/C(時間觸發協議C級)和FlexRay。
而且，如圖所示，第一容錯單元29和第二容錯單元41通過CAN總線(控制器區域網絡總線)55連接到發動機控制單元(ECU)57和變速器控制單元(TCU)59，以傳輸需要的信號。
雖然在上面詳細描述了本發明的優選實施例，但可以清楚地知道的是，對於本領域的技術人員來說，這裡提出的基本發明概念的許多變化和/或者改型仍然屬於由附加的權利要求限定的本發明的精神和範圍內。
如上所述，本發明的換檔系統為用導線換檔系統，其中抑制器開關通過實時通信來驅動。
另外，該換檔系統包括容錯單元，從而即使系統具有某些錯誤時，該系統仍可正常操作。
另外，容錯單元以故障禁止方式設置，從而該系統可應付故障。
此外，本發明優選實施例的換檔系統保留了抑制器開關，從而變速器的整個結構不需改變。
權利要求
1.一種換檔系統，包括變速器，其用於接納轉動力，並實現預定的換檔比，該變速器具有抑制器開關；司機接口模塊，其用於產生與由司機選擇的換檔範圍相對應的目標換檔範圍信號；以及抑制器開關驅動模塊，其通過實時通信總線連接到司機接口模塊，抑制器開關驅動模塊根據當前抑制器開關位置和來自司機接口模塊的目標換檔範圍信號輸入而驅動抑制器開關。
2.根據權利要求1所述的換檔系統，其中該抑制器開關驅動模塊包括至少一個用於驅動抑制器開關的致動器。
3.根據權利要求2所述的換檔系統，其中該致動器為電機。
4.根據權利要求1所述的換檔系統，其中司機接口模塊包括換檔範圍選擇元件，其用於接納被選擇的換檔範圍；多個換檔範圍傳感器，其用於探測來自換檔範圍選擇元件的被選擇的換檔範圍，並用於發出表示探測到的換檔範圍的被探測的換檔範圍信號；以及第一容錯單元，包括至少一個故障禁止單元，該單元用來基於來自換檔範圍傳感器的探測到的換檔範圍信號輸入而發出目標換檔範圍信號；並且其中該抑制器開關致動模塊包括多個抑制器開關位置傳感器，其探測抑制器開關的當前位置，並發出相應的抑制器開關位置信號；第二容錯單元，包括至少一個故障禁止單元，基於來自第一容錯單元的目標換檔範圍信號輸入和來自抑制器開關位置傳感器的抑制器開關位置信號輸入，該單元用於發出抑制器開關致動信號；以及至少一個致動器，根據來自第二容錯單元的抑制器開關致動信號輸入來致動抑制器開關。
5.根據權利要求4所述的換檔系統，其中第一容錯單元包括第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元，並且第二容錯單元包括第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元，其中第一主故障禁止單元、第一冗餘故障禁止單元、第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元通過至少一條實時通信總線彼此連接。
6.根據權利要求5所述的換檔系統，其中第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元每個均包括多個微控制器，該微控制器基於來自多個換檔範圍傳感器的多個探測到的換檔範圍信號輸入來發出目標換檔範圍信號，並輸出該信號；以及通信控制器，其控制從微控制器到第二容錯單元的目標換檔範圍信號的傳輸。
7.根據權利要求6所述的換檔系統，其中如果由多個微控制器產生的目標換檔範圍信號彼此不同，則第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元不輸出其信號。
8.根據權利要求5所述的換檔系統，其中第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元每個均包括通信控制器，控制來自第一容錯單元的信號傳輸；以及多個微控制器，基於來自多個抑制器開關位置傳感器的抑制器開關位置信號輸入和來自第一容錯單元的目標換檔範圍信號輸入，該多個微控制器發出抑制器開關致動信號。
9.根據權利要求8所述的換檔系統，其中如果由多個微控制器產生的抑制器開關致動信號彼此不同，則第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元均不輸出抑制器開關致動信號。
10.根據權利要求5所述的換檔系統，其中第一容錯單元設計成這樣，如果第一主故障禁止單元不輸出目標換檔範圍信號，則第一冗餘故障禁止單元產生目標換檔範圍信號並輸出該信號。
11.根據權利要求5所述的換檔系統，其中第二容錯單元設計成這樣，如果第二主故障禁止單元不輸出抑制器開關致動信號，則第二冗餘故障禁止單元產生抑制器開關致動信號並輸出該信號。
12.根據權利要求6所述的換檔系統，其中換檔範圍傳感器的數量為三個，並且其中當來自換檔範圍傳感器的三個信號中多數相同時，則第一主故障禁止單元和第一冗餘故障禁止單元每個均發出目標換檔範圍信號。
13.根據權利要求8所述的換檔系統，其中抑制器開關位置傳感器的數量為三個，並且其中當來自抑制器開關位置傳感器的三個信號中多數相同時，則第二主故障禁止單元和第二冗餘故障禁止單元每個均產生抑制器開關致動信號。
全文摘要
本發明提供的換檔系統包括變速器、司機接口和抑制器開關致動模塊。該變速器用於接納轉動力並識別預定換檔比，並具有抑制器開關。司機接口模塊發出目標換檔範圍信號，該信號對應於由司機選擇的換檔範圍。該抑制器開關致動模塊通過實時通信總線連接到司機接口模塊，並基於當前的抑制器開關位置和來自司機接口模塊的目標換檔範圍信號輸入來致動抑制器開關。
文檔編號F16H59/02GK1572570SQ20031011513
公開日2005年2月2日 申請日期2003年11月20日 優先權日2003年6月5日
發明者金勝勳 申請人:現代自動車株式會社