专利名称：汽车的换档系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车的换档系统，更具体地说，本发明涉及这样的换档系统，该系统可通过换档杆和变速器之间的电信号而不是其间的机械连接来进行换档操作。
背景技术：
近年来，汽车的用导线传输(by-wire)的系统已经得到广泛的开发。这种用导线传输的系统通过导线来传输电信号，以进行特定操作，替代了采用机械系统来直接传递机械驱动能量。
这种用导线传输的系统包括用导线制动系统、用导线转向系统等类似系统。
近年来，已经开发出通过电信号进行齿轮换档的用导线换档系统。在该用导线换档系统中，用于连接换档杆和变速器的各种换档联接已经被可传输电信号的导线代替，从而对车厢更有效利用成为可能，汽车的重量可明显地降低。
现有的用导线换档系统省略了自动变速器的换档联接，如杆、抑制器开关和手动阀的，并利用电磁阀来进行齿轮换档。
这样，现有的用导线换档系统具有的缺点是，变速器的整个结构必须变化。
另外，现有的用导线换档被动地应对系统故障，即，它只提供故障保险功能(如，在换档错误期间限制换档杆的位置)。也就是说，现有的用导线换档系统几乎没有应对系统故障的策略。
本发明背景部分披露的信息只用来增强对本发明背景的理解，并不作为一种确认或任何形式的建议，即该信息构成本领域技术人员已经公知的现有技术。
发明内容
本发明提供了这样的一种用导线换档系统，该系统具有简单的结构并可有效地应对各种差错。
在本发明的优选实施例中，换档系统包括一个变速器、一个司机接口模块和抑制器开关驱动模块。变速器配置成接收旋转力并实现预定的换档比，并具有一个抑制器开关。司机接口模块发出对应于司机选择的换档范围的目标换档范围信号。抑制器开关驱动模块通过实时通信总线连接到司机接口模块，抑制器开关驱动模块根据当前抑制器开关位置和来自司机接口模块的目标换档范围信号输入而驱动抑制器开关。
最好是，抑制器开关驱动模块包括至少一个用于驱动抑制器开关的致动器。
最好是，致动器为电机。
最好是，司机接口模块包括一个换档范围选择元件、多个换档范围传感器和第一容错(fault-tolerant)单元；换档范围选择元件用于接纳被选择的换档范围；该多个换档范围传感器用于探测通过换档范围选择元件选择的换档范围，并用于发出表示探测到的换档范围的探测换档范围信号；第一容错单元包括至少一个故障禁止(fail-silent)单元，该单元用来基于来自换档范围传感器的探测到的换档范围信号输入而发出目标换档范围信号；以及其中抑制器开关致动模块包括多个抑制器开关位置传感器、第二容错单元和至少一个致动器；该多个抑制器开关位置传感器探测抑制器开关的当前位置，并发出相应的抑制器开关位置信号；第二容错单元包括至少一个故障禁止单元，基于来自第一容错单元的目标换档范围信号输入和来自抑制器开关位置传感器的抑制器开关位置信号输入，该单元用于发出抑制器开关致动信号；该至少一个致动器根据来自第二容错单元的抑制器开关致动信号输入来致动抑制器开关。
同样最好是，第一容错单元包括第一主故障禁止(fail-silent)单元和第一冗余故障禁止单元，并且第二容错单元包括第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元，其中第一主故障禁止单元、第一冗余故障禁止单元、第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元通过至少一条实时通信总线彼此连接。
同样最好是，第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元每个均包括多个微控制器和一个通信控制器；该多个微控制器基于来自多个换档范围传感器的多个探测到的换档范围信号输入来发出目标换档范围信号，并输出该信号；该通信控制器控制从微控制器到第二容错单元的目标换档范围信号的传输。
最好是，其中如果由微控制器组产生的目标换档范围信号彼此不同，则第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元均不输出其信号。
最好是，第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元每个均包括通信控制器和多个微控制器。该通信控制器控制来自第一容错单元的信号传输。基于来自抑制器开关位置传感器组的抑制器开关位置信号输入和来自第一容错单元的目标换档范围信号输入，该多个微控制器发出抑制器开关致动信号。
最好是，如果由微控制器组产生的抑制器开关致动信号彼此不同，则第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元均不输出抑制器开关致动信号。
最好是，第一容错单元设计成这样，如果第一主故障禁止单元不输出目标换档范围信号，则第一冗余故障禁止单元发出目标换档范围信号并输出该信号。
同样最好是，第二容错单元设计成这样，如果第二主故障禁止单元不输出抑制器开关致动信号，则第二冗余故障禁止单元发出抑制器开关致动信号并输出该信号。
最好是，多个换档范围传感器为三个，同时当来自换档范围传感器的三个信号输入中多数相同时，则第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元每个均发出目标换档范围信号。
最好是，多个抑制器开关位置传感器为三个，同时当来自抑制器开关位置传感器的三个信号中多数相同时，则第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元每个均发出抑制器开关致动信号。
下面的附图包含在并构成了说明书的一部分，这些附图示出了本发明的实施例，同时这些附图与描述一起用来解释发明的原理，其中图1为本发明的一个优选实施例的换档系统的示意图。
具体实施例方式
在这里，将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。
如图1所示，本发明的优选实施例的换档系统包括一个自动变速器11。
该自动变速器11通过连接轴15连接到动力源13上，该动力源13产生驱动汽车的电能，同时该自动变速器11设计成通过连接轴15把转速输入变化成目标输出速度。
动力源13可以是任何能用在汽车上的装置。例如，动力源13可以是内燃机或电动机。
自动变速器11可以是现有的自动变速器，包括一个抑制器开关17，该抑制器开关17可相应于由操作换档杆而选择的换档范围(例如，停车挡P、倒车挡R、空挡N、向前驱动挡D、第三挡3、第二挡2和低挡L)来进行操作。
当操作抑制器开关17时，则驱动自动变速器11的液压回路的手控阀。根据对手控阀的操作来控制液压，从而自动变速器11的摩擦部件可选择地啮合，以实现需要的档位。
抑制器开关17可以是现有技术的抑制器开关。在现有的变速器中，抑制器开关机械连接到换档杆上，从而可以应对换档杆的操纵而操作。另一方面，本发明优选实施例的换档系统的抑制器开关17由致动器19a和19b来驱动。
本发明优选实施例的换档系统包括一个司机接口模块21和一个抑制器开关致动模块23。
司机接口模块21设计成可接收由司机选择的需要的换档范围信号，同时发出对应于输入换档范围信号的目标换档范围信号。
司机接口模块21包括一个换档范围选择元件25、换档范围传感器27a、27b和27c中的至少一个和一个第一容错单元29。
换档范围选择元件25可以是为司机提供的、用来选择需要换档范围的工具的任何装置，例如开关。也就是说，换档范围选择元件25以任意司机接口的形式来实现，该接口能提供由司机来选择需要的换档范围的工具。
换档范围传感器27a、27b和27c设计成检测通过换档范围选择元件25来选择的换档范围，并产生相应的信号(探测到的换档范围信号)。
由于本发明的换档系统带有三个换档范围传感器27a、27b和27c，因此是容错的。换档范围传感器的数量不限于三个。
第一容错单元29从换档范围传感器27a、27b和27c接收探测到的换档范围信号，并发出操作抑制器开关17的信号(目标换档范围信号)，以定位于对应于探测到的换档范围的位置。
第一容错单元29包括分别连接到每个换档范围传感器27a、27b和27c的多个故障禁止单元31和33。在本实施例中，第一容错单元29包括两个故障禁止单元。
如图所示，第一主故障禁止单元31和第一冗余故障禁止单元33分别与三个换档范围传感器27a、27b和27c中每个连接。
第一主故障禁止单元31包括两个微控制器35a和35b和一个通信控制器37。
另外，第一主故障禁止单元31包括一个输入接口、一个输出接口、一个存储器和相关的硬件和软件，程序设计成进行如下面要解释的信号处理方法。
每个微控制器35a、35b连接到三个换档范围传感器27a、27b和27c，从而每个微控制器35a和35b可接收来自所有三个换档范围传感器27a、27b和27C的信号。
而且，微控制器35a和35b彼此连接，从而每个微控制器35a和35b可识别由另外微处理器发出的信号。
每个微控制器35a和35b从三个换档范围传感器27a、27b和27c中接收探测到的换档范围信号，并基于接收到的三个探测到的换档范围信号来发出目标换档范围信号。
此时，每个微控制器35a和35b确定该三个接收信号是否包括两个或三个相同信号，并只有当确定是肯定时把相应的信号作为正确信号。例如，如果接收到的三个信号中的两个是表示向前驱动挡D的信号，而另一个是表示倒车挡R的信号，则微控制器35a和35b均确定选择的换档范围为向前驱动挡D，因此发出相应的目标换档范围信号，该信号把向前驱动挡D作为目标换档范围。如果三个接收的信号是相同的，则微控制器35a和35b确定选择由接收信号表示的换档范围，并发出相应的目标换档信号。然而，如果由三个接收换档信号表示的换档范围彼此不同，则微控制器35a和35b确定有错误，同时不发出目标换档范围信号。
此外，每个微控制器35a和35b设计成把其目标换档范围信号与另外微控制器发出的目标换档范围信号进行比较。如果确定两个目标换档范围信号相同，则该目标换档范围信号输出到通信控制器37。另一方面，如果确定了两个目标换档范围信号彼此不同，则微控制器35a和35b不把目标换档范围信号输出到通信控制器37(故障禁止)。
如上所述，第一主故障禁止单元31以故障禁止方式发出信号。
第一冗余故障禁止单元33与第一主故障禁止单元31具有相同的内部结构，并以相同方式发出目标换档范围信号。
第一冗余故障禁止单元33监测目标换档范围信号是否从第一主故障禁止单元31中输出。如果确定了目标换档范围信号不是从第一主故障禁止单元31中输出，则第一冗余故障禁止单元33发出其目标换档范围信号并将该信号输出(容错)。
也就是说，如果第一主故障禁止单元31正常操作，则第一主故障禁止单元31输出目标换档范围信号。另一方面，如果第一主故障禁止单元31不正常操作，则第一冗余故障禁止单元33输出目标换档范围信号。这样，即使第一主故障禁止单元31出现故障时，第一容错单元29也可正常操作(容错)。
基于来自司机接口模块21的目标换档范围信号输入和表示抑制器开关17当前位置的信号，抑制器开关致动模块23发出抑制器开关驱动信号。
也就是说，抑制器开关致动模块23把抑制器开关17的当前位置和对应于目标换档范围信号的抑制器开关17的目标位置进行比较，并根据该比较结果，发出抑制器开关驱动信号，用来驱动抑制器开关17，从而定位在目标位置。
抑制器开关致动模块23包括抑制器开关位置传感器39a、39b和39c、一个第二容错单元41和至少一个致动器19a和19b。
在本实施例中，抑制器开关致动模块23包括两个用来驱动抑制器开关17的致动器19a和19b，以应付其中一个致动器出现故障的情况。也可能的是，抑制器开关致动模块23包括两个以上的致动器。例如，致动器19a和19b可以是电机。
最好是，如果两个致动器19a和19b均正常操作，则每个致动器19a和19b控制成产生驱动抑制器开关17所需的总电能的50％，并且如果致动器19a和19b中之一不正常操作，则另一个控制成产生所有能量。
抑制器开关位置传感器39a、39b和39c设计成探测抑制器开关17的当前位置，并发出表示抑制器开关17当前位置的信号(抑制器开关位置信号)。
在本实施例中，为了使系统的操作更加稳定，提供三个抑制器开关位置传感器39a、39b和39c。然而，抑制器开关位置传感器的数量不限于三个。
第二容错单元41接收来自第一容错单元29的目标换档范围信号输入和来自抑制器开关位置传感器39a、39b和39c的抑制器开关位置信号输入，并基于目标换档范围信号和抑制器开关位置信号发出驱动致动器19a和19b的信号(抑制器开关驱动信号)。致动器19a和19b把抑制器开关17驱动到对应于由目标换档范围信号表示的换档范围的位置。
第二容错单元41包括多个故障禁止单元45和47，该故障禁止单元45和47分别连接到抑制器开关位置传感器39a、39b和39c中的每一个。在本实施例中，设置两个故障禁止单元。
如图所示，第二主故障禁止单元45和第二冗余故障禁止单元47分别连接到每个抑制器开关位置传感器39a、39b和39c。
此外，如图中所示，第一主故障禁止单元31和第一冗余故障禁止单元33以及第二主故障禁止单元45和第二冗余故障禁止单元47通过实时通信总线49a和49b彼此连接以传输信号。此时，由于这些单元通过两条总线连接，因此系统即使一条总线出现故障时也可正常操作。
第二主故障禁止单元45包括两个微控制器51a和51b以及通信控制器53。
另外，第二主故障禁止单元45包括一个输入接口、一个输出接口、一个存储器和相关的硬件和软件，程序设计成进行如下面要解释的信号处理过程。
每个微控制器51a、51b通过通信控制器53连接到实时通信总线49a和49b，从而微控制器51a和51b通过实时通信设备接收来自第一容错单元29的目标换档范围信号。
每个微控制器51a和51b连接到三个抑制器开关位置传感器39a、39b和39c，从而微控制器51a和51b接收抑制器开关位置信号。
每个微控制器51a和51b基于抑制器开关位置信号和目标换档范围信号发出抑制器开关驱动信号。
此时，每个微控制器51a和51b确定该三个接收的抑制器开关位置信号是否包括两个或三个相同信号，并只有当确定是肯定时把相应的信号作为正确信号。基于确定的正确抑制器开关位置信号，微控制器51a和51b发出抑制器驱动信号。也就是说，微控制器51a和51b以与第一容错单元29的微控制器35a和35b类似方式操作。
当基于抑制器位置信号和目标换档范围信号发出抑制器开关驱动信号后，每个微控制器51a和51b确定其抑制器开关驱动信号是否与其他微控制器的信号相同。如果确定两个抑制器开关驱动信号是相同的，则该抑制器开关驱动信号输出到致动器19a和19b。另一方面，如果确定两个抑制器开关驱动信号彼此不同，则微控制器51a和51b不把抑制器开关驱动信号输出到致动器19a和19b(故障禁止)。
如上所述，第二主故障禁止单元45以故障禁止方式发出信号。
第二冗余故障禁止单元47与第二主故障禁止单元45具有相同的内部结构，并以相同方式发出抑制器开关驱动信号。
第二冗余故障禁止单元47监测抑制器开关驱动信号是否从第二主故障禁止单元45中输出。如果确定了抑制器开关驱动信号不是从第二主故障禁止单元45中输出，则第二冗余故障禁止单元47发出其抑制器开关驱动信号并把该信号输出(容错)。
也就是说，如果第二主故障禁止单元45正常操作，则输出抑制器开关驱动信号。另一方面，如果第二主故障禁止单元45不正常操作，则第二冗余故障禁止单元47输出其抑制器开关驱动信号。这样，即使第二主故障禁止单元45出现故障时，第二容错单元41也可正常操作(容错)。
如上所述，第一容错单元29和第二容错单元41通过实时通信总线49a和49b进行实时数据通信。此时，通信协议最好是时间触发协议，如TTP/C(时间触发协议C级)和FlexRay。
而且，如图所示，第一容错单元29和第二容错单元41通过CAN总线(控制器区域网络总线)55连接到发动机控制单元(ECU)57和变速器控制单元(TCU)59，以传输需要的信号。
虽然在上面详细描述了本发明的优选实施例，但可以清楚地知道的是，对于本领域的技术人员来说，这里提出的基本发明概念的许多变化和/或者改型仍然属于由附加的权利要求限定的本发明的精神和范围内。
如上所述，本发明的换档系统为用导线换档系统，其中抑制器开关通过实时通信来驱动。
另外，该换档系统包括容错单元，从而即使系统具有某些错误时，该系统仍可正常操作。
另外，容错单元以故障禁止方式设置，从而该系统可应付故障。
此外，本发明优选实施例的换档系统保留了抑制器开关，从而变速器的整个结构不需改变。
权利要求
1.一种换档系统，包括变速器，其用于接纳转动力，并实现预定的换档比，该变速器具有抑制器开关；司机接口模块，其用于产生与由司机选择的换档范围相对应的目标换档范围信号；以及抑制器开关驱动模块，其通过实时通信总线连接到司机接口模块，抑制器开关驱动模块根据当前抑制器开关位置和来自司机接口模块的目标换档范围信号输入而驱动抑制器开关。
2.根据权利要求1所述的换档系统，其中该抑制器开关驱动模块包括至少一个用于驱动抑制器开关的致动器。
3.根据权利要求2所述的换档系统，其中该致动器为电机。
4.根据权利要求1所述的换档系统，其中司机接口模块包括换档范围选择元件，其用于接纳被选择的换档范围；多个换档范围传感器，其用于探测来自换档范围选择元件的被选择的换档范围，并用于发出表示探测到的换档范围的被探测的换档范围信号；以及第一容错单元，包括至少一个故障禁止单元，该单元用来基于来自换档范围传感器的探测到的换档范围信号输入而发出目标换档范围信号；并且其中该抑制器开关致动模块包括多个抑制器开关位置传感器，其探测抑制器开关的当前位置，并发出相应的抑制器开关位置信号；第二容错单元，包括至少一个故障禁止单元，基于来自第一容错单元的目标换档范围信号输入和来自抑制器开关位置传感器的抑制器开关位置信号输入，该单元用于发出抑制器开关致动信号；以及至少一个致动器，根据来自第二容错单元的抑制器开关致动信号输入来致动抑制器开关。
5.根据权利要求4所述的换档系统，其中第一容错单元包括第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元，并且第二容错单元包括第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元，其中第一主故障禁止单元、第一冗余故障禁止单元、第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元通过至少一条实时通信总线彼此连接。
6.根据权利要求5所述的换档系统，其中第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元每个均包括多个微控制器，该微控制器基于来自多个换档范围传感器的多个探测到的换档范围信号输入来发出目标换档范围信号，并输出该信号；以及通信控制器，其控制从微控制器到第二容错单元的目标换档范围信号的传输。
7.根据权利要求6所述的换档系统，其中如果由多个微控制器产生的目标换档范围信号彼此不同，则第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元不输出其信号。
8.根据权利要求5所述的换档系统，其中第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元每个均包括通信控制器，控制来自第一容错单元的信号传输；以及多个微控制器，基于来自多个抑制器开关位置传感器的抑制器开关位置信号输入和来自第一容错单元的目标换档范围信号输入，该多个微控制器发出抑制器开关致动信号。
9.根据权利要求8所述的换档系统，其中如果由多个微控制器产生的抑制器开关致动信号彼此不同，则第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元均不输出抑制器开关致动信号。
10.根据权利要求5所述的换档系统，其中第一容错单元设计成这样，如果第一主故障禁止单元不输出目标换档范围信号，则第一冗余故障禁止单元产生目标换档范围信号并输出该信号。
11.根据权利要求5所述的换档系统，其中第二容错单元设计成这样，如果第二主故障禁止单元不输出抑制器开关致动信号，则第二冗余故障禁止单元产生抑制器开关致动信号并输出该信号。
12.根据权利要求6所述的换档系统，其中换档范围传感器的数量为三个，并且其中当来自换档范围传感器的三个信号中多数相同时，则第一主故障禁止单元和第一冗余故障禁止单元每个均发出目标换档范围信号。
13.根据权利要求8所述的换档系统，其中抑制器开关位置传感器的数量为三个，并且其中当来自抑制器开关位置传感器的三个信号中多数相同时，则第二主故障禁止单元和第二冗余故障禁止单元每个均产生抑制器开关致动信号。
全文摘要
本发明提供的换档系统包括变速器、司机接口和抑制器开关致动模块。该变速器用于接纳转动力并识别预定换档比，并具有抑制器开关。司机接口模块发出目标换档范围信号，该信号对应于由司机选择的换档范围。该抑制器开关致动模块通过实时通信总线连接到司机接口模块，并基于当前的抑制器开关位置和来自司机接口模块的目标换档范围信号输入来致动抑制器开关。
文档编号F16H59/02GK1572570SQ20031011513
公开日2005年2月2日 申请日期2003年11月20日 优先权日2003年6月5日
发明者金胜勳 申请人:现代自动车株式会社