自動駕駛車輛用電子換擋系統(tǒng)設(shè)計研究

季明微，常耀紅，呂孟理

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自動駕駛車輛用電子換擋系統(tǒng)設(shè)計研究

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，針對有條件的自動駕駛車輛，要求整車底盤執(zhí)行模塊需支持高速公路場景下自動駕駛功能和特定停車場場景下自主泊車功能，傳動系統(tǒng)應(yīng)具備停車后自動掛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、聊動力、聊引擎轟鳴聲的時代早已過去，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——自動駕駛。針對有條件的自動駕駛車輛，要求整車底盤執(zhí)行模塊需支持高速公路場景下自動駕駛功能和特定停車場場景下自主泊車功能，傳動系統(tǒng)應(yīng)具備停車后自動掛P檔并鎖止變速箱的功能，即電子換擋系統(tǒng)的應(yīng)用。

本文針對某SUV車型自動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

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)動變速器實現(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穩(wěn)態(tài)位O及M，每換一次擋位換擋桿自動回到穩(wěn)態(tài)位，電子換擋器沒有確定的擋位，駕駛員的每一次動作都是相對于車輛當(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發(fā)出指令將電機(jī)驅(qū)動至P擋位置。然后駕駛員踩下制動踏板按下解鎖按鍵，撥動換擋桿，發(fā)出換擋請求。換擋桿在轉(zhuǎn)動過程中帶動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)的不同角度輸出對應(yīng)的駕駛員意圖信號。執(zhí)行器控制器通過從CAN總線上讀取整車車速、制動踏板等相關(guān)信號，再結(jié)合變速器當(dāng)前擋位信號向換擋執(zhí)行器發(fā)送目標(biāo)擋位信號，換擋執(zhí)行器根據(jù)目標(biāo)擋位驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，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

電子換擋系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)框圖。

圖6 硬件設(shè)計框圖

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試驗要求，5V電源口增加∏型濾波，滿足GB18655 CLASS 3試驗要求，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試驗要求，滿足GB18655 CLASS 3試驗要求。

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，采用單點采樣方式；采樣點位置：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，滿足CAN信號線對電源、地線短路測試，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試驗要求。

圖9 CAN通訊電路

4 臺架試驗及標(biāo)定

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

圖10 臺架試驗及標(biāo)定

圖11 標(biāo)定曲線

5 結(jié)論

針對自動駕駛車輛，本文提出了一種電子換擋系統(tǒng)，以實現(xiàn)停車后自動掛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，可滿足自動駕駛車輛需求。

[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[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報（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