季明微，常耀紅，呂孟理

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自動(dòng)駕駛車輛用電子換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

季明微，常耀紅，呂孟理

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

智能化是未來汽車制造業(yè)的大方向，針對(duì)有條件的自動(dòng)駕駛車輛，要求整車底盤執(zhí)行模塊需支持高速公路場(chǎng)景下自動(dòng)駕駛功能和特定停車場(chǎng)場(chǎng)景下自主泊車功能，傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備停車后自動(dòng)掛P檔并鎖止變速箱的功能，即電子換擋系統(tǒng)的應(yīng)用。

自動(dòng)駕駛；電子換擋； 變速器

緒論

智能化是未來汽車制造業(yè)的大方向，在燃油車上聊油耗、聊動(dòng)力、聊引擎轟鳴聲的時(shí)代早已過去，現(xiàn)在的人們，更愿意關(guān)注的是觸控大屏、車聯(lián)網(wǎng)、電子換擋以及——自動(dòng)駕駛。針對(duì)有條件的自動(dòng)駕駛車輛，要求整車底盤執(zhí)行模塊需支持高速公路場(chǎng)景下自動(dòng)駕駛功能和特定停車場(chǎng)場(chǎng)景下自主泊車功能，傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備停車后自動(dòng)掛P檔并鎖止變速箱的功能，即電子換擋系統(tǒng)的應(yīng)用。

本文針對(duì)某SUV車型自動(dòng)駕駛車輛介紹電子換擋控制器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件開發(fā)及控制策略。

1 電子換擋系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電子換擋系統(tǒng)包括電子換擋器、換擋執(zhí)行器、執(zhí)行器控制器三部分組成，電子換擋器為換擋操縱機(jī)構(gòu)，可將駕駛員的換擋意圖通過CAN總線傳輸給其他控制單元。換擋執(zhí)行器與變速器換擋搖臂相連，通過執(zhí)行器內(nèi)部的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)變速器實(shí)現(xiàn)擋位切換，執(zhí)行器控制器是電子換擋系統(tǒng)的核心控制單元，它通過換擋器反饋的駕駛員意圖與整車行駛狀態(tài)結(jié)合進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判斷，最終發(fā)送目標(biāo)擋位給TCU（變速器控制單元），最終實(shí)現(xiàn)擋位的切換。

圖1 電子換擋系統(tǒng)示意圖

不同于傳統(tǒng)的機(jī)械式換擋器有P/R/N/D等可停留的穩(wěn)態(tài)位，電子換擋器僅有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)位O及M，每換一次擋位換擋桿自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)位，電子換擋器沒有確定的擋位，駕駛員的每一次動(dòng)作都是相對(duì)于車輛當(dāng)前擋位進(jìn)行處理的。下圖為電子換擋系統(tǒng)擋位布置及換擋邏輯圖。

圖2 擋位布置圖

圖3 換擋邏輯圖

2 電子換擋系統(tǒng)控制策略

整車上電后，電子駐車執(zhí)行器內(nèi)部的位置傳感器首先進(jìn)行自檢，確認(rèn)當(dāng)前電機(jī)所處位置是否是P擋，若不是電子換擋器會(huì)發(fā)出指令將電機(jī)驅(qū)動(dòng)至P擋位置。然后駕駛員踩下制動(dòng)踏板按下解鎖按鍵，撥動(dòng)換擋桿，發(fā)出換擋請(qǐng)求。換擋桿在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中帶動(dòng)固定在上面的電磁鐵與換擋器內(nèi)部電路板上的霍爾傳感器相互感應(yīng)，根據(jù)感應(yīng)的不同角度輸出對(duì)應(yīng)的駕駛員意圖信號(hào)。執(zhí)行器控制器通過從CAN總線上讀取整車車速、制動(dòng)踏板等相關(guān)信號(hào)，再結(jié)合變速器當(dāng)前擋位信號(hào)向換擋執(zhí)行器發(fā)送目標(biāo)擋位信號(hào)，換擋執(zhí)行器根據(jù)目標(biāo)擋位驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使變速器退出P擋切換至其他擋位。

圖4 換擋流程圖

由于電子換擋器的擋位無鎖止，可隨意切換，因此在換擋過程中需要制定詳細(xì)的換擋策略，同時(shí)需要考慮車門、EPB等系統(tǒng)的協(xié)同控制。

圖5 電子換擋系統(tǒng)框圖

2.1 進(jìn)P擋策略

表1

2.2 進(jìn)R擋策略

表2

2.3 進(jìn)N擋策略

表3

2.4 進(jìn)D擋策略

表4

2.5 進(jìn)M擋策略

表5

除了正常掛入擋位的控制策略還制定了關(guān)于駕駛員誤操作的控制策略。

3 電子換擋系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電子換擋系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖。

圖6 硬件設(shè)計(jì)框圖

3.1 主芯片電路

選取飛思卡爾MC9S12G128系列作為主控芯片，16位處理器。電路基本功能，供電電源5V，MCU引腳增加排阻，滿足ESD試驗(yàn)要求，5V電源口增加∏型濾波，滿足GB18655 CLASS 3試驗(yàn)要求，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、低功耗。

圖7 主芯片電路

3.2 電源模塊電路

電源模塊的芯片選取TLE4275：輸出電壓范圍5V±2%，精度高、低電流損耗，上電和低電壓自動(dòng)復(fù)位，短路、反接、過溫、過載保護(hù)功能。電路基本功能，車身電源9-16V轉(zhuǎn)換為5V，滿足ISO7637試驗(yàn)要求，滿足GB18655 CLASS 3試驗(yàn)要求。

圖8 電源模塊電路

3.3 CAN通訊電路

CAN通訊模塊的芯片選取TJA1040，完全兼容ISO11898標(biāo)準(zhǔn)；高速通訊最大到1MBaud，采用單點(diǎn)采樣方式；采樣點(diǎn)位置：80±5%，重同步跳轉(zhuǎn)寬度：10～20%，低電磁輻射。電路基本功能，TJA1040的TXD和RXD口與MCU的CAN模塊接口TXCAN和RXCAN相連，用于接發(fā)信號(hào)，滿足CAN信號(hào)線對(duì)電源、地線短路測(cè)試，芯片輸出口增加共模電感、防靜電二極管、濾波電容滿足BCI、RI、ESD試驗(yàn)要求。

圖9 CAN通訊電路

4 臺(tái)架試驗(yàn)及標(biāo)定

將本文所述電子換擋系統(tǒng)與自動(dòng)變速器相連進(jìn)行模擬測(cè)試及標(biāo)定，測(cè)試結(jié)果顯示執(zhí)行電機(jī)換擋響應(yīng)快，時(shí)間＜250ms，可滿足車輛停止后自動(dòng)掛P檔并鎖止變速箱需求。

圖10 臺(tái)架試驗(yàn)及標(biāo)定

圖11 標(biāo)定曲線

5 結(jié)論

針對(duì)自動(dòng)駕駛車輛，本文提出了一種電子換擋系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)停車后自動(dòng)掛P檔并鎖止變速箱的功能，通過結(jié)構(gòu)及軟硬件匹配設(shè)計(jì)，可滿足自動(dòng)駕駛車輛需求。

[1] 陳振文,何曉妮,范漢茂,譚火南,劉志剛.基于自動(dòng)變速器的線控?fù)Q擋控制器開發(fā)[J].機(jī)電工程,2018,1.

[2] 李景富,許少華.電子換擋技術(shù)解析[J].技術(shù)論壇,2016,4.

[3] 彭江,馬翔,夏超,劉雪珂,葉明,李鑫.搭載機(jī)電控制CVT的電子換擋系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)）,2015,11.

Design of electronic shift system for automatic driving vehicle

Ji Mingwei, Chang Yaohong, Lv Mengli

( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Intelligence is the main direction of automobile manufacturing industry in the future. In view of the conditional automobile, the chassis execution module should support the auto-parking function in specific parking scenes. The trans -mission system should have the function of auto-shifting P gear and locking transmission after parking, that is, electronic conversion. Application of block system.

automatic drive; electronic shift; transmission

A

1671-7988(2018)24-33-03

V323

A

1671-7988(2018)24-33-03

V323

季明微（1985-），女，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.010