专利名称：载重汽车变速箱助力系统电控单元的制作方法
技术领域：
本实用新型属于汽车类电子产品，特别涉及载重汽车变速箱助力系统电控单元。
背景技术：
随着人们生活水平的提高，再生产的进一步扩大，为物流运输业带来了日新月异的变化。而汽车运输业伴随着高速公路网络化连通正发挥着越来越强势的作用。如何能使货物安全、快捷运到目的地，成为了汽车制造业的重要课题。日产柴生产的汽车变速箱助力系统电控单元(以下简称电控单元)，能使驾驶员在换档过程中获得助力，又能为不当操作发出警示。它既降低了劳动强度、减少疲劳，又能提高驾驶员的注意力、增强舒适性，从而有效地增强运输过程中的安全性。
汽车变速箱助力系统，它包括汽车变速箱状态开关和汽车变速箱齿轮旋转频率信号采集电路、电控单元、及高、低档换档、脱档监测及驱动电磁阀电路、稳压电路、警报器。电控单元含有变速箱超速防止电路、高低档切换电路、不能换档时警报电路、发动机超速防止电路、继电器；电控单元通过变速箱状态开关和汽车变速箱齿轮转速模拟变化信号，使用输入所连接的变速箱超速防止电路、高低档切换电路、不能换档时警报电路、发动机超速防止电路、变速箱低档防脱档电路，作出对应功能判定，分别驱动声光警报器或者经由继电器8驱动相应的电磁阀动作，为驾驶员提供帮助。
通过分析该电控单元存在两点不足1、电控单元所用芯片为国外公司定制产品(不再批量生产)，采购相当困难。同时该芯片为DIP封装，存在信号干扰隐患。且内部基准电位偏差大，离散性高，给批量生产带来不便。
2、重载时，汽车行进过程中发生脱档情形，安全隐患较大。
发明内容
本实用新型目的为克服以上现有技术存在的不足，选用SOP型表贴封装、内部自带稳压电路的通用频率电压转换芯片，抗干扰能力强，工作稳定；改进并将低档电磁阀供电时序调整，保证载重汽车行驶安全，提供载重汽车变速箱助力系统电控单元，并使其推广应用成为可能。
本实用新型提供的载重汽车变速箱助力系统电控单元，含有变速箱超速防止电路、高低档切换电路、不能换档时警报电路、发动机超速防止电路、脱档监测及驱动电磁阀电路、继电器；通过使用变速箱状态开关与变速箱齿轮转速模拟信号，输入所连接的变速箱超速防止电路、高低档切换电路、不能换档时警报电路及发动机超速防止电路作换档判定，分别连接及驱动声光警报器，并连接继电器及驱动相应档位的电磁阀动作；其特征是所述的变速箱超速防止电路含有将变速箱低速齿轮转速拾取为频率信号的整形电路，并将整形处理后信号输给连接的频率电压转换及判定电路，完成频率电压转换，判定转速是否超限并输入所连接的超速判断及执行电路(，输出高低电平，是或否驱动连接的防变档电磁阀。
所述的汽车变速箱状态开关有空档开关，高低档选择开关，低档区开关；空档开关、高低档选择开关分别连接到或非门IC5的脚1和脚2，IC5的脚3与低档区开关分别连接集成与门电路IC6的脚9和脚8，集成与门电路IC6的脚10作为对应继电器和电磁阀控制信号。
所述的频率电压转换及判定电路含有频率/电压转换芯片IC1、连接芯片IC1的输入电路、变比电路、由开启电压电路与关闭电压电路共同组成的比较器电路、及芯片IC1的输出电路；输入脉冲信号经电阻R19，并接电容C33整形后从芯片1脚输入，电容C33另一端接地形成输入电路。
所述的变比电路由电容C45、C14、C15、电阻R36组成；电容C45、C14并联后接芯片脚2，电阻R36与电容C15并联后接芯片脚3，C45、C14、C15、电阻R36的另一端接地；变比电路确定输出电压Vout＝K×Fin中的比例系数K。
5、根据权利要求3所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的比较器电路的开启电压电路从芯片脚7输入，脚7与地之间并接电位器VR1、电阻R67和滤波电容C44，电阻R68连接于芯片脚7和芯片内部电压脚6之间，比较器的关闭电压电路除了构成开启电压电路元器件以外，又增加了电阻R69、可调电阻VR2和二极管D24，其电阻R69与可调电阻VR2先并联后一端接芯片脚7，另一端接二极管D24正极，负极连接芯片脚5，开启电压电路和关闭电压电路共同组成比较器电路。
5、根据权利要求3所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的输出电路由电源VCC、电阻R31、电阻R32、电阻R60、芯片及NPN三极管TR11组成，芯片5脚通过电阻R60连接到电源VCC，同时5脚通过电阻R31连接到三极管TR11的基极，TR11发射极接地，集电极经电阻R32接供电电压VCC；TR11将5脚输出电平反相，作为信号判定，从集电极输出。
所述的脱档监测及驱动电磁阀电路含有低档区开关信号整形电路、档位选择开关信号整形电路、空档开关信号整形电路、延时电路、以及由或非门IC8构成的锁存及信号复位电路；空档开关信号整形电路经过延时电路、并由IC8或非门构成的锁存及信号复位电路驱动低档区电磁阀动作。
以上所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是a、所述的低档区开关信号整形电路由电阻R17的前端接电阻R13，后端同时并接稳压二极管ZD6和C22，电阻R13、稳压二极管ZD6和C22的另一端都接地构成；电阻R13接电阻R23并连接集成与门电路IC6C脚8；b、所述的档位选择开关信号整形电路由电阻R16的前端接电阻R12，后端同时并接稳压二极管ZD5和C21，电阻R12稳压二极管ZD5和C21的另一端接地构成；电阻R16接电阻R22并连接集成或非门电路IC5的2脚；c、所述的空档开关信号整形电路由电阻R15的前端接电阻R11，后端同时并接稳压二极管ZD4和C20，电阻R11、稳压二极管ZD4和C20的另一端接地构成；d、所述的IC8锁存及信号复位电路由空档开关信号整形电路中电阻R15的二极管D8、并串接电容C11及二极管D10后，连接三极管TR4的基极；电阻R27一端接电容C11前，电阻R30和电容C4一端接电容C11后，电阻R27、R30和二极管D10的另一端接地；三极管TR4的发射极接地，三极管TR4的集电极经电阻R34、R33接供电电压VCC，空档开关信号经由C11耦合于三极管TR4的集电极形成复位信号，连接到或非门电路IC8B的5脚和6脚，由IC8B反向，从4脚输出；IC8C和IC8D构成锁存电路，IC8B脚13接IC8D脚4，IC8B脚12接IC8C脚4，脚11脚8接IC8A脚1，IC8D脚3连接低档区电磁阀驱动电路；e、所述的延时电路由电阻R21、VR3、R39、D18、IC6A和电解电容C4组成，电解电容C4负极接地，正极和R21、VR3相连VR3另一端连接R40，R21另一端连接与门IC6的1、2脚，二极管D18与R21和VR3形成的串联电阻并接，IC8锁存电路输入端连接电阻R1、和R2、为任选一个电阻，当选用R1、时，将行进中的低档状态通过IC8锁存电路锁存，驱动低档区电磁阀，直到下一操作.当选用R2、时，意为低档行进时若变速箱控制器监测到脱档信号后，IC8锁存电路立刻锁存驱动低档区电磁阀打开，直到下一操作。
本实用新型提供的载重汽车变速箱助力系统电控单元与现有技术相比较，其显著改进和有益效果是1、将该电控单元中的变速箱超速防止电路进行改进。将该部分的信号拾取电路重新进行设计，即用通用频率电压转换芯片替换原有频率电压转换芯片(SOP型表贴封装、内部自带稳压电路的通用频率电压转换芯片型号)，并对外围电路进行相应修改。
2、在防止发生脱档情形时，本实用新型采用了两种方案方案1、汽车在低速行进时，将变速箱低档电磁阀设置为常开，阻止啮合齿轮分离；方案2、当变速箱控制器监测到脱档信号后(此时啮合齿轮并没完全分离)，立即将低档电磁阀打开，将啮合齿轮推进到位，并保持该电磁阀常开，阻止啮合齿轮再次分离；直到下一操作.
3、由于本实用新型采用了该通用频率电压转换芯片，使得改进后的齿轮旋转检测电路信号干扰小、基准电位偏差小、离散性低，生产调试方便。同时由于该通用频率电压转换芯片采购容易，给该电控单元生产带来极大便利，使载重汽车变速箱助力系统的普及成为可能。
4、本实用新型为啮合齿轮增加了轴向力，避免了齿轮轴向运动，起到防止脱档情形发生.方案2避免了方案1中低档电磁阀常开所带来的该电磁阀使用寿命缺陷，又防止脱档所引起安全易隐患.
图1是载重汽车变速箱助力系统电控单元及周边回路图；图2是载重汽车变速箱助力系统电控单元的超速防止电气原理图；图3是载重汽车变速箱助力系统电控单元的变速箱防脱档电气原理图；图4是载重汽车变速箱助力系统电控单元的频率电压转换及判定电路图；图5是载重汽车变速箱助力系统电控单元的脱档监测及执行电路图；图6是载重汽车变速箱助力系统电控单元的频率电压转换及判定流程框图；图7和图8分别是为载重汽车变速箱助力系统防脱档机理的两种工作方式流程框图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的具体实施方式
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图1所示，载重汽车变速箱助力系统电控单元及周边回路图。载重汽车变速箱助力系统电控单元包括汽车变速箱状态开关1；汽车变速箱齿轮旋转频率模拟信号2；脱档监测及驱动电磁阀电路7；稳压电路9；警报器10；变速箱超速防止电路3；高低档切换电路4；不能换档时警报电路5；发动机超速防止电路6；继电器8。电控单元通过将变速箱状态开关1和汽车变速箱齿轮转速模拟信号2，输入所连接的变速箱超速防止电路3、高低档动作电路4、不能换档时警报电路5、发动机超速防止电路6、脱档监测及驱动电磁阀电路7，作出对应功能判定，分别驱动声光警报器或者经由继电器8驱动相应的电磁阀动作，为驾驶员提供帮助。
图2所示，载重汽车变速箱助力系统电控单元的变速箱超速防止电气原理图；变速箱超速防止电路含有将变速箱低速齿轮转速拾取为频率信号的整形电路301、并将整型处理后信号输给连接频率电压转换及判定电路302，完成频率电压转换，判定转速是否超限，输入所连接的超速判断及执行电路303，输出高低电平，是或否驱动防变档电磁阀304工作，并且还有其它附属电路305。
图3所示，载重汽车变速箱助力系统电控单元的变速箱防脱档电气原理图；所涉汽车变速箱状态开关1同时有空档开关101，高档选择开关102，低档区开关103。
图4所示，载重汽车变速箱助力系统电控单元的频率电压转换及判定电路；它含有频率/电压转换芯片IC1、连接芯片IC1的输入电路、变比电路、由开启电压电路与关闭电压电路共同组成比较器电路、及芯片IC1的输出电路。
本实施方案所选频率/电压转换芯片IC1，型号为LM2917，输入脉冲信号经电阻R19，并电容C33整形后从连接芯片脚1输入，电容C33另一端接地形成输入电路。
由电容C45、C14、C15、电阻R36组成变比电路，电容C45、C14并联后接芯片脚2，电阻R36与电容C15并联后接芯片脚3；C45、C14、C15、电阻R36的另一端同时接地变比电路确定输出电压Vout＝K×Fin中的比例系数K。
比较器的开启电压电路由电位器VR1、R68、R67及IC1的基准电位组成，VR1一端接地，中间滑动点与另一端接芯片脚7，电阻R67及滤波电容C44与电阻R68并联形成；比较器的关闭电压电路由电位器VR1、VR2、R67、R68、R69二极管D24、及IC1的基准电位组成，VR1的一端接芯片脚7，另一端接芯片脚6的电阻R68、以及电阻R69与可调电阻VR2先并联后一端接芯片脚7，及经一个二极管D24连接芯片脚5，芯接片脚6与地之间并联一电解电容C3，供电电压高电位端VCC＝经电阻R70接芯片脚6形成；开启电压电路和关闭电压电路共同组成比较器电路；输出电路由电阻R31、R32、R70、三极管TR11组成，电阻R31连接芯片脚5并接三极管TR11的基极，三极管TR11的发射极接供电电压VCC-端(接地，即接芯片脚4脚，集电极经电阻R32接供电电压VCC；TR11将5脚输出电平反相，作为信号判定输出。
图5所示，载重汽车变速箱助力系统电控单元的脱档监测及执行电路。含有低档区开关信号整形电路、档位选择开关信号整形电路、空档开关信号整形电路、延时电路、IC8锁存及信号复位电路；空档开关信号整形电路经由C11耦合于三极管TR4的集电极形成复位信号，连接到集成或非门IC8构成锁存及信号复位电路的复位端，并由IC8锁存及信号复位电路驱动低档区电磁阀动作。
由电阻R17的一端接电阻R13，另一端同时并接稳压二极管ZD6负极和C22，电阻R13稳压二极管ZD6和C22的另一端接地构成低档区开关信号电路。电阻R13接电阻R23并连接集成与门电路IC6C脚8。
由电阻R16的一端接电阻R12，另一端同时并接稳压二极管ZD5负极和C21，电阻R12稳压二极管ZD5和C21的另一端接地，构成档位选择开关信号整形电路。电阻R16接电阻R22并连接集成或非门电路IC5脚2。
由电阻R15的一端接电阻R11，另一端同时并接稳压二极管ZD4负极和C20，电阻R11稳压二极管ZD4和C20的另一端接地构成空档开关信号整形电路。
IC8锁存及信号复位电路中的电阻R1`和R2`为任选一电阻，当选用R1`时，将行进中的低档状态通过IC8锁存电路锁存，驱动低档区电磁阀.当选用R2`时，意为低档行进时若变速箱控制器监测到脱档信号后，IC8锁存电路锁存驱动低档区电磁阀；将整形后的电压作为输入信号。
图6所示，载重汽车变速箱助力系统电控单元的频率电压转换及判定流程框图；变速箱超速防止机构工作机理换档杆由高档变低档时，正常情况下低档电磁阀动作，高档电磁阀不动作，如果此时低速齿轮转速超过某一给定值，电控单元接受相应控制信号驱动防止变档电磁阀打开，低档电磁阀不能动作，维持高档不变，阻止非常规操作，若驾驶员强行变档则发出警报，提示降低车速，驾驶员可以再行操作。
图7和图8分别为防脱档机理的两种工作方式图7、当汽车在低速行进时，将变速箱低档区电磁阀设置为常开，阻止啮合齿轮分离，直到下一变档操作。
图8、当变速箱控制器监测到脱档信号后(此时啮合齿轮并没完全分离)，立即将低档区电磁阀打开，将啮合齿轮推进到位，并保持电磁阀常开，阻止啮合齿轮再次分离，直到下一变档操作。
具体工作机理如下1、汽车在正常行驶状态，当变速箱由低档变高档时，电控单元接受相应控制信号，为变档过程提供气动助力。高档电磁阀控制信号在变档杆离开空档位一秒后解除；如果完成高档变低档动作，低档电磁阀驱动信号打开，此时有两种改进工作方式方式(1)低档电磁阀常通，阻止啮合齿轮分离，直到下一变档操作；方式(2)低档电磁阀控制信号在变档杆离开空档位一秒后解除，但当变速箱控制器监测到脱档信号后(此时啮合齿轮并没完全分离)，立即将低档区电磁阀打开，将啮合齿轮推进到位，并保持电磁阀常开，阻止啮合齿轮再次分离；直到下一操作。
2、换档杆由高档变低档时，正常情况下低档电磁阀动作，高档电磁阀不能动作，如果此时低速齿轮转速超过某一给定值，电控单元接受相应控制信号驱动防止变档电磁阀打开，低档电磁阀不能动作，维持高档不变，阻止非常规操作，若驾驶员强行变档则发出警报，提示降低车速，驾驶员可以再行操作。
3、当车的行驶速度超过发动机转速时，提示驾驶员应采取制动措施，回到安全行车范围.
4、汽车在空档状态，换档杆相应位置电磁阀工作，换档杆于高档位时，若无其它操作，10分钟后高档控制信号解除；换档杆于低位时，方式(1)低档常通。方式(2)10分钟后电磁阀关闭。
权利要求1.载重汽车变速箱助力系统电控单元，含有变速箱超速防止电路(3)、高低档切换电路(4)、不能换档时警报电路(5)、发动机超速防止电路(6)、脱档监测及驱动电磁阀电路(7)、继电器(8)；通过使用变速箱状态开关(1)与变速箱齿轮转速模拟信号(2)，输入所连接的变速箱超速防止电路(3)、高低档切换电路(4)、不能换档时警报电路(5)及发动机超速防止电路(6)作换档判定，分别连接及驱动声光警报器，并连接继电器(8)及驱动相应档位的电磁阀动作；其特征是所述的变速箱超速防止电路(3)含有将变速箱低速齿轮转速拾取为频率信号的整形电路(301)，并将整形处理后信号输给连接的频率电压转换及判定电路(302)，完成频率电压转换，判定转速是否超限并输入所连接的超速判断及执行电路(303)，输出高低电平，是或否驱动连接的防变档电磁阀(304)。
2.根据权利要求1所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的汽车变速箱状态开关(1)有空档开关(101)，高低档选择开关(102)，低档区开关(103)；空档开关、高低档选择开关分别连接到或非门IC5的脚1与2脚，IC5的脚3与低档区开关分别连接集成与门电路IC6的脚9与脚8，集成与门电路IC6的脚10作为对应继电器(7)和电磁阀(8)控制信号。
3.根据权利要求1所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的频率电压转换及判定电路含有频率/电压转换芯片IC1、连接芯片IC1的输入电路、变比电路、由开启电压电路与关闭电压电路共同组成的比较器电路、及芯片IC1的输出电路；输入脉冲信号经电阻R19，并接电容C33整形后从芯片1脚输入，电容C33另一端接地形成输入电路。
4.根据权利要求3所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的变比电路由电容C45、C14、C15、电阻R36组成；电容C45、C14并联后接芯片脚2，电阻R36与电容C15并联后接芯片脚3，C45、C14、C15、电阻R36的另一端接地；变比电路确定输出电压Vout＝K×Fin中的比例系数K。
5.根据权利要求3所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的比较器电路的开启电压电路从芯片脚7输入，脚7与地之间并接电位器VR1、电阻R67和滤波电容C44，电阻R68连接于芯片脚7和芯片内部电压脚6之间，比较器的关闭电压电路除了构成开启电压电路元器件以外，又增加了电阻R69、可调电阻VR2和二极管D24，其中电阻R69与可调电阻VR2先并联后一端接芯片脚7，另一端接二极管D24正极，负极连接芯片脚5，开启电压电路和关闭电压电路共同组成比较器电路。
5.根据权利要求3所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的输出电路由电源VCC、电阻R31、电阻R32、电阻R60、芯片及NPN三极管TR11组成，芯片5脚通过电阻R60连接到电源VCC，同时5脚通过电阻R31连接到三极管TR11的基极，TR11发射极接地，集电极经电阻R32接供电电压VCC；TR11将5脚输出电平反相，作为信号判定，从集电极输出。
6.根据权利要求1所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是所述的脱档监测及驱动电磁阀电路(7)含有低档区开关信号整形电路、档位选择开关信号整形电路、空档开关信号整形电路、延时电路、以及由或非门IC8构成的锁存及信号复位电路；空档开关信号整形电路经过延时电路、并由IC8或非门构成的锁存及信号复位电路驱动低档区电磁阀动作。
7.根据权利要求6所述的载重汽车变速箱助力系统电控单元，其特征是a、所述的低档区开关信号整形电路由电阻R17的前端接电阻R13，后端同时并接稳压二极管ZD6和C22，电阻R13、稳压二极管ZD6和C22的另一端都接地构成；电阻R13接电阻R23并连接集成与门电路IC6C脚8；b、所述的档位选择开关信号整形电路由电阻R16的前端接电阻R12，后端同时并接稳压二极管ZD5和C21，电阻R12稳压二极管ZD5和C21的另一端接地构成；电阻R16接电阻R22并连接集成或非门电路IC5的2脚；c、所述的空档开关信号整形电路由电阻R15的前端接电阻R11，后端同时并接稳压二极管ZD4和C20，电阻R11、稳压二极管ZD4和C20的另一端接地构成；d、所述的IC8锁存及信号复位电路由空档开关信号整形电路中电阻R15的二极管D8、并串接电容C11及二极管D10后，连接三极管TR4的基极；电阻R27一端接电容C11前，电阻R30和电容C4一端接电容C11后，电阻R27、R30和二极管D10的另一端接地；三极管TR4的发射极接地，三极管TR4的集电极经电阻R34、R33接供电电压VCC，空档开关信号经由C11耦合于三极管TR4的集电极形成复位信号，连接到或非门电路IC8B的5脚和6脚，由IC8B反向，从4脚输出；IC8C和IC8D构成锁存电路，IC8B脚13接IC8D脚4，IC8B脚12接IC8C脚4，脚11脚8接IC8A脚1，IC8D脚3连接低档区电磁阀驱动电路；e、所述的延时电路由电阻R21、VR3、R39、D18、IC6A和电解电容C4组成，电解电容C4负极接地，正极和R21、VR3相连VR3另一端连接R40，R21另一端连接与门IC6的1、2脚，二极管D18与R21和VR3形成的串联电阻并接，IC8锁存电路输入端连接电阻R1`和R2`为任选一个电阻，当选用R1`时，将行进中的低档状态通过IC8锁存电路锁存，驱动低档区电磁阀，直到下一操作.当选用R2`时，意为低档行进时若变速箱控制器监测到脱档信号后，IC8锁存电路立刻锁存驱动低档区电磁阀打开，直到下一操作。
专利摘要本实用新型涉及载重汽车变速箱助力系统电控单元，含有变速箱超速防止电路、高低档切换电路、不能换档时警报电路、发动机超速防止电路、脱档监测及驱动电磁阀电路、电磁阀动作电路及声光警报器电路，主要特点是变速箱超速防止电路含有将变速箱低速齿轮转速拾取为频率信号的整形电路、并将整型处理后信号输给频率电压转换及判定电路，完成频率电压转换，判定转速是否超限，输入所连接的超速判断及执行电路，输出高低电平，是或否驱动防变档电磁阀工作。频率电压转换芯片通用性能好，检测电路信号干扰小、基准电位偏差小、离散性低，生产调试方便。变速箱低档防脱档电路保证车辆在低速重载时不发生脱档现象，增加了行车安全性。
文档编号G05B9/00GK2931950SQ20062002505
公开日2007年8月8日 申请日期2006年7月21日 优先权日2006年7月21日
发明者邢红兵, 张德义, 胡瑞忠, 王建生 申请人:山西省电子工业科学研究院