一种挡位信号采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种挡位信号采集装置。


背景技术：

2.汽车在生产和生活中使用广泛，汽运成为人们出行和物流运输等方面的主要运输方式之一。
3.对于大多数汽车都配置有自动挡变速箱，驾驶员根据汽车的驾驶需要，控制变速箱排挡杆或拍档旋钮等，控制汽车的行驶挡位。每个挡位对应一路车辆挡位信号传输线路，挡位信号为数字信号，输出至变速箱控制器，以控制变速箱切换至对应的挡位。
4.然而，不同品牌的自动挡汽车，挡位信号的电平高低定义存在不同。部分自动挡汽车将高电平定义为有效电平，而部分自动挡汽车将低电平定义为有效电平。那么，针对不同的厂商，就需要设计不同的信号采集电路，这样对于挡位信号采集装置的通用性和一致性得不到保证，而且应用两套信号采集电路其成本也会大大增加。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种挡位信号采集装置，以实现针对不同厂商的车辆，采用通用和简便的方案采集到对应的挡位信号。
6.本实用新型实施例提供了一种挡位信号采集装置，包括：含有预设数量的采集支路的挡位信号采集模块、含有预设数量的切换支路的挡位信号切换模块和挡位信号控制模块；其中，所述预设数量为车辆挡位信号输出端的数量；
7.每条所述采集支路，其输入端与对应的车辆挡位信号输出端连接，其输出端与对应的所述挡位信号控制模块的输入端连接，其设置为根据原始挡位信号的挡位有效电平配置电路结构，以使将获取到的原始挡位信号转换为对应的采集挡位信号输出；
8.每条所述切换支路，其第一输入端与对应的所述车辆挡位信号输出端连接，其第二输入端与对应的所述挡位信号控制模块的第一输出端连接，其输出端与变速箱控制器的输入端连接，其控制端与对应的所述挡位信号控制模块的第二输出端连接，设置为根据从所述挡位信号控制模块的第二输出端接收到的驱动信号，控制其第一输入端或其第二输入端获取的信号经输出端输出；
9.所述挡位信号控制模块，设置为根据获取到的所述采集挡位信号生成对应的控制挡位信号从其对应的第一输出端输出。
10.本实用新型实施例提供的一种挡位信号采集装置，挡位信号采集模块根据挡位有效电平配置电路结构，适配不同挡位有效电平的自动挡汽车，解决了挡位信号采集装置的通用性和一致性不佳的问题，实现了针对不同厂商的车辆，采用通用和简便的方案采集到对应的挡位信号的效果。
附图说明
11.图1为本实用新型实施例一提供的一种挡位信号采集装置的结构示意图；
12.图2a为本实用新型实施例二提供的一种挡位信号采集模块的采集支路的电路图；
13.图2b为本实用新型实施例二提供的另一种挡位信号采集模块的采集支路的电路图；
14.图3a为本实用新型实施例三提供的一种挡位信号采集装置的结构示意图；
15.图3b为本实用新型实施例三提供的挡位信号输出支路的电路图；
16.图4为本实用新型实施例四提供的挡位信号切换模块的切换支路的结构示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
18.实施例一
19.图1为本实用新型实施例一提供的一种挡位信号采集装置的结构示意图，本实施例可适用于对车辆挡位信号进行采集和传输的情况，该装置一般可以集成在汽车中，该装置具体包括：含有预设数量的采集支路111的挡位信号采集模块11、含有预设数量的切换支路121的挡位信号切换模块12和挡位信号控制模块13；其中，所述预设数量为车辆挡位信号输出端21的数量；
20.每条所述采集支路111，其输入端与对应的车辆挡位信号输出端21连接，其输出端与对应的所述挡位信号控制模块13的输入端连接，其设置为根据原始挡位信号的挡位有效电平配置电路结构，以使将获取到的原始挡位信号转换为对应的采集挡位信号输出；
21.每条所述切换支路121，其第一输入端与对应的所述车辆挡位信号输出端21连接，其第二输入端与对应的所述挡位信号控制模块13的第一输出端连接，其输出端与变速箱控制器3的输入端连接，其控制端与对应的所述挡位信号控制模块13的第二输出端连接，设置为根据从所述挡位信号控制模块13的第二输出端接收到的驱动信号，控制其第一输入端或其第二输入端获取的信号经输出端输出；
22.所述挡位信号控制模块13，设置为根据获取到的所述采集挡位信号生成对应的控制挡位信号从其对应的第一输出端输出。
23.其中，自动挡车辆配置有排挡装置2，如排挡杆或者挡位旋钮，驾驶员可以通过排挡装置2选择变速箱挡位，排挡装置2会根据汽车厂家需要配置预设数量的预设挡位，例如，前进挡、倒退挡、驻车挡和空挡等。对应每个预设挡位，排挡装置2上配置有车辆挡位信号输出端21，当排挡装置2被置于某一挡位下，该挡位对应的车辆挡位信号输出端21会输出电平值为有效电平的原始挡位信号。根据预设挡位的数量，需要配置相同数量的采集支路111和相同数量的切换支路121。挡位信号采集模块11中含有的采集支路111的数量、挡位信号切换模块12中含有的切换支路121的数量和排挡装置的车辆挡位信号输出端21的数量相同。并且，每个车辆挡位信号输出端21输出的原始挡位信号分别输出至对应的采集支路111和对应的切换支路121，由此，采集支路111和切换支路121也具备一一对应关系；所述挡位信号控制模块13的输入端也具备预设数量的输入端子，并和采集支路111一一对应连接，从而
挡位信号控制模块13的输入端的输入端子和切换支路121也具备一一对应关系；挡位信号控制模块13的第一输出端的输出端子和其输入端的输入端子一一对应，从而挡位信号控制模块13的第一输出端的输出端子和切换支路121也具备一一对应关系；而挡位信号控制模块13的第二输出端的输出端子和其第一输出端的输出端子一一对应，挡位信号控制模块13的第一输出端的输出端子输出控制挡位信号至对应的切换支路121的第二输入端，而对应的挡位信号控制模块13的第二输出端的输出端子输出驱动信号至同一切换支路121的控制端。这样，原始挡位信号、采集挡位信号、控制挡位信号和驱动信号也具备一一对应关系。每条切换支路121对应连接变速箱控制器3的输入端的输入端子，变速箱控制器3就可以接收到与当前挡位对应的挡位信号，该挡位信号根据需要可以是原始挡位信号，或者是与该原始挡位信号对应的控制挡位信号。图1中，以两个采集支路111分别对应连接两个车辆挡位信号输出端21和两个切换支路121分别对应连接两个车辆挡位信号输出端21为例，示出挡位信号采集装置的结构及与相关装置的连接关系，但图1中所示结构不对挡位信号采集装置进行限制。另外，图1中切换支路121和挡位信号控制模块13之间的连接线用于表示每条切换支路121和挡位信号控制模块13的对应连接关系，该对应连接关系包含挡位信号控制模块13的第一输出端与切换支路121的连接和挡位信号控制模块13的第二输出端与切换支路121的连接。
24.排挡装置由车辆挡位信号输出端21输出的原始挡位信号为数字信号，可能是高电平有效，即高电平的信号表示对应挡位有效，也可能是低电平有效，即低电平的信号表示对应挡位有效。那么，为了适配不同的有效电平，根据原始挡位信号的有效电平，挡位采集模块11中的每条采集支路111需要配置电路结构，这样在采集支路111获取到的原始挡位信号为有效电平的信号时，能够输出同样是有效电平的采集挡位信号，而在采集支路111未获取到数字信号，或者，获取到的原始挡位信号为非有效电平的信号时，能够输出非有效电平的采集挡位信号。对于低电平为有效电平的情况，如果无输入信号或输入的原始挡位信号为高电平，可以将采集电路111的输入端和输出端电平全部由外部直流电源通过上拉电阻上拉，这样输出的采集挡位信号也是高电平，即非有效电平。如果输入的原始挡位信号为低电平，可以通过采集支路111中的上拉电阻分压，输出的采集挡位信号为低电平，即有效电平。对于高电平为有效电平的情况，可以在低电平为有效电平的电路结构基础上，于上拉电阻和地之间增加分压电阻，如果无输入信号或输入的原始挡位信号为低电平，由于分压电阻与上拉电阻分压，这样输出的采集挡位信号为低电平，即非有效电平。如果输入的原始挡位信号为高电平，可以由分压电平远地一端输出高电平的采集挡位信号，即有效电平。采集支路的电路结构可以根据有效电平，选择是否在对应的电路板上焊接分压电阻，或者设置接线端子，通过接线帽接入或断开分压电阻，再或者，与分压电阻串联开关控制接入或断开该分压电阻。如此，根据原始挡位信号的有效电平，选择是否接入分压电阻，即可由一套电路结构适配高/低电平两种有效电平，相对于分别设计信号采集电路节省了成本，提高了挡位信号采集装置的通用性和一致性。
25.挡位信号控制模块13根据挡位有效电平，在接收到挡位信号采集模块11中的采集支路111提供的采集挡位信号之后，从其第一输出端的输出控制挡位信号至对应的切换支路121，并根据对挡位控制的需要，生成驱动信号由第二输出端输出至同一切换支路121，控制切换支路121将其接收到的原始挡位信号或控制挡位信号传输给变速箱控制器3。例如，
默认将原始挡位信号传输给变速箱控制器3，当需要控制挡位时将控制挡位信号传输给变速箱控制器3。这样可以有更加灵活的挡位控制方式，在挡位信号采集装置不上电或者不需要控制挡位时，可以将原车的原始挡位信号直接给到变速箱控制器端，根据控制需求，可在原始挡位信号及控制挡位信号之间随时切换，不影响驾驶员驾驶汽车。挡位信号控制模块13还可以根据对车辆驾驶的需要生成主控挡位信号由第一输出端输出至对应的切换支路121，并生成驱动信号由第二输出端输出至同一切换支路121，控制该切换支路121将主控挡位信号输出至变速箱控制器3。例如应汽车自动驾驶的需要，生成主控挡位信号，这时不再根据接收到的采集挡位信号生成对应的控制挡位信号，而是将主控挡位信号发送给对应的切换支路121，以使变速箱控制器3接收到对应的挡位信号，控制车辆变速箱挂入对应挡位。示例的，现阶段的智能驾驶领域中，如路遇突发状况时，已经可以通过车载电子制动控制系统（electronically controlled brake system，ebs）实现在紧急情况下的制动，但是系统紧急制动结束后，仍然需要驾驶员手动的将挡位置于空档或驻车档，才能完整实现制动刹车的全部流程，ebs完成制动后，此时很可能受到道路坡度、轮胎磨损等外界情况，出现滑车的现象，进而导致刹车距离变长，容易造成碰撞。但是在实际中紧急的情况下，驾驶员往往不能主动完成去手动完成挂挡，由此导致存在较大的安全隐患。而通过挡位信号控制模块13，生成主控挡位信号，可以在ebs紧急制动后无需驾驶员手动切换挡位到空档或驻车档，车辆控制系统闭环性更加完整，可靠性更高。甚至在自动驾驶应用中，该挡位信号采集装置可以配合自动驾驶系统控制挡位，无需人工切换挡位。
26.本实施例的技术方案，挡位信号采集模块根据挡位有效电平配置电路结构，适配不同挡位有效电平的自动挡汽车，解决了挡位信号采集装置的通用性和一致性不佳的问题，实现了针对不同厂商的车辆，采用通用和简便的方案采集到对应的挡位信号的效果。
27.实施例二
28.本实施例在上述技术方案的基础上进一步细化，可以是对挡位信号采集模块11结构的细化说明，图2a为挡位信号采集模块11中采集支路111的电路图，图2a所示的是在所述原始挡位信号的挡位有效电平为低电平的情况下，采集支路111包括：
29.第一电阻r1，其第一端连接对应的所述车辆挡位信号输出端21，其第二端连接第一二极管d1的阴极；
30.所述第一二极管d1，其阳极连接第二电阻r2的第一端；
31.所述第二电阻r2，其第二端连接对应的所述挡位信号控制模块13的输入端；
32.第一电容c1，其第一端连接所述第一电阻r1的第一端，其第二端接地；
33.第二二极管d2，其阴极连接预设直流稳压电源，其阳极连接所述第一二极管d1的阳极；
34.第三电阻r3，与所述第二二极管d2并联。
35.其中，当适配的原始挡位信号是低电平有效时，第一电阻r1的第一端作为采集支路111的输入端，第二电阻的第二端作为采集支路111的输出端，预设直流稳压电源可以为+5v直流电源。采集支路111的输入端悬空时，预设直流稳压电源将输入端和输出端的电平全部上拉，此时挡位信号控制模块13接收到的采集挡位信号为非有效电平的状态，而输入端的电平为高电平时，挡位信号控制模块13接收到的采集挡位信号同样为非有效电平的状态；当输入端的电平为低电平时，此时预设直流稳压电源上拉电平经过第三电阻r3和第一
电阻r1分压，第三电阻r3的阻值大于第一电阻r1的阻值，例如第三电阻r3的阻值为第一电阻r1的阻值的100倍，本设计使用的为第一电阻r1=1kω，第三电阻r3=100kω，通过第三电阻r3消耗更多的电压，并通过第二电阻r2限流，例如本设计中使用的第二电阻r2=100ω，挡位信号控制模块13接收到的采集挡位信号为低电平，此时挡位信号有效。
36.采集支路111，在原始挡位信号的挡位有效电平为高电平的情况下，以原始挡位信号的挡位有效电平为低电平的采集支路基础上，还包括第四电阻r4，也就是在图2a所示电路的基础上增加第四电阻r4，如图2b所示：
37.第四电阻r4，其第一端连接所述第一电阻r1的第二端，其第二端接地。
38.其中，当适配的原始挡位信号是高电平有效时，当输入端为悬空时，预设直流稳压电源上拉电平通过第三电阻r3和第四电阻r4分压，第四电阻r4的阻值，可以小于所述第三电阻r3的阻值，且大于所述第一电阻r1的阻值。例如，第三电阻r3的阻值为第四电阻r4的阻值的10倍，本设计中使用的第四电阻r4=10kω，并通过第二电阻r2限流，此时输出端给到挡位信号控制模块13的是低电平；输入端为低电平时，预设直流稳压电源通过第三电阻r3、第四电阻r4、第一电阻r1分压，以及第二电阻r2限流，输出端的电平依然为低电平；当输入端为高电平时，输入端的电平经过第一电阻r1和第四电阻r4分压，此时挡位信号控制模块13接收到的采集挡位信号被预设直流稳压电源拉高，输出的采集挡位信号有效。
39.本实施例的技术方案，通过接入第四电阻或不接入第四电阻，适配不同有效电平的原始挡位信号，采集支路的电路结构没有针对不同的有效电平重新设计，保持了基本的电路结构。
40.实施例三
41.图3a为本实用新型实施例三提供的一种挡位信号采集装置的结构示意图，本实施例在上述技术方案的基础上进一步细化，可以是对挡位信号控制模块13结构的细化说明，所述挡位信号控制模块13，包括：
42.预设数量的挡位信号输出支路131，及微控制单元（microcontroller unit，mcu）132；
43.每条所述挡位信号输出支路131，其输入端连接所述mcu132的第一输出端，其输出端连接对应的所述切换支路121的第二输入端，设置为根据从所述mcu132获取到的输出控制信号输出对应的所述控制挡位信号；其中，每条挡位信号输出支路131的输出端为挡位信号控制模块13的第一输出端的输出端子。
44.所述mcu132，其输入端作为所述挡位信号控制模块13的输入端，其第二输出端作为所述挡位信号控制模块13的第二输出端，设置为根据获取到的所述采集挡位信号生成对应的所述输出控制信号从其对应的第一输出端输出，还设置为生成所述驱动信号从其第二输出端输出。
45.其中，每条挡位信号输出支路131的输入端连接mcu132的第一输出端对应的输出端子，接收对应的输出控制信号，并输出控制挡位信号。
46.如图3b所示，挡位信号输出支路131，包括：
47.第五电阻r5，其第一端连接所述mcu132的第一输出端，其第二端连接n型金属
‑
氧化物
‑
半导体场效应晶体管（metal
‑
oxide
‑
semiconductor field
‑
effect transistor，mosfet）q1的栅极；
48.第六电阻r6，其第一端连接所述第五电阻r5的第二端，其第二端接地；
49.所述nmosfetq1，其漏极连接第七电阻r7的第一端，其源极接地；
50.所述第七电阻r7，其第一端连接对应的所述切换支路121的第二输入端，其第二端连接车载电池的正极。
51.其中，图3b中以24v的蓄电池为例，但不对本实施例技术方案构成限定。第七电阻r7的第一端作为挡位信号输出支路131的输出端，nmosfetq1的漏极通过第七电阻r7连接24v上拉，第七电阻r7的阻值可取100kω。在应用中上一级mcu132中获取到输入的采集挡位信号经过处理，通过gpio口将需要输出的输出控制信号给到nmosfetq1，使其输出装置需要的控制挡位信号。
52.在高电平为有效电平的情况下，mcu132获取到的高电平的采集挡位信号有效，其余低电平采集挡位信号为无效，此时无效的采集挡位信号对应的nmosfet打开，电平被拉低，有效的采集挡位信号对应的nmosfet不打开，此时输出被24v上拉，保持高电平。在低电平为有效电平的情况下，mcu132获取到的低电平的采集挡位信号有效，将其对应那一路的挡位信号输出支路nmosfet打开，将输出信号拉低，其余无效的采集挡位信号对应的挡位信号输出支路nmosfet关闭，输出信号被24v拉高，不管对应哪种有效电平，本实施例的挡位信号控制模块的电路，都能使输出的控制挡位信号是装置所需要的，且与采集到的采集挡位信号相对应，通用性强。
53.实施例四
54.图4为本实用新型实施例四提供的一种挡位信号切换模块的切换支路的结构示意图，本实施例在上述技术方案的基础上进一步细化，可以是对挡位信号切换模块12的细化说明，其中切换支路121包括：
55.三极管q2，其基极通过第八电阻r8连接所述挡位信号控制模块13的第二输出端，其发射极接地，其集电极连接继电器121的线圈负端；
56.第九电阻r9，其第一端连接所述三极管q2的基极，其第二端连接所述三极管q2的发射极；
57.所述继电器121，其线圈正端连接车载电池的正极，其公共端连接所述变速箱控制器3的输入端，其常开端连接对应的所述挡位信号控制模块13的第一输出端，其常闭端连接对应的所述车辆挡位信号输出端21。其中，图4中所示继电器121为24v继电器。
58.可选的，挡位信号采集装置，还包括电源管理模块，设置为以车载电池为输入电源，输出预设直流电压，作为预设直流稳压电源为所述挡位信号采集模块和所述挡位信号控制模块供电。
59.可选的，挡位信号采集装置，还包括控制器局域网络can收发模块，分别与所述挡位信号控制模块的数字通信端口和can总线连接。
60.本实施例的技术方案，通过继电器控制输出至变速箱控制器，实现挡位信号的转换。
61.虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。