CN111750089B - 一种基于tcu的车辆换挡控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于TCU的车辆换挡控制系统及控制方法，包括：基础软件层、运行环境和应用层，所述应用层包括：信号输入模块、信号输出模块、离合器控制模块、执行机构控制模块、自学习模块、取力器控制模块、换挡策略模块和状态识别模块；所述运行环境为应用层与应用层、底层和应用层提供通信；所述基础软件层为换挡控制单元提供基础服务；在本发明中驾驶员操作手柄但是车辆执行自动档的执行方式，使用传感器实时检测换挡手柄的位置，同时具有防止误操作和监控挡位不合理的功能，使用最佳的换挡策略，从而减轻驾驶员操纵强度和疲劳度，提高车辆舒适性、经济性和可靠性。

Description

一种基于TCU的车辆换挡控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于汽车换挡技术领域，具体涉及一种基于TCU的车辆换挡控制系统及控制方法。

背景技术

随着电子技术的快速发展，软件规模随之增长,汽车电子系统的复杂程度急剧增加。AUTOSAR(Automotive Open System Architecture)标准是汽车电子系统开发的一套新的准则。AUTOSAR标准使得汽车应用软件设计开发易于管理，软件系统不再受到基础平台的限制，易于移植，有利于汽车电子系统软件的交换与更新,使复杂的汽车电子应用软件易于管理，因此被广泛推广。

随着汽车领域的快速发展，自动换挡技术诞生，自动换挡技术不需要驾驶员操纵换挡手柄，可以减轻驾驶员工作强度，提高车辆舒适性和经济性等，但遇到路况复杂的地区，难以将驾驶员的真实意愿表现出来，降低车辆的经济性和可靠性等，性能表现较差。因此，一种既能实现驾驶员手动驾驶的乐趣又具有自动换挡技术的优势，同时可以降低驾驶员驾驶强度又能够解决自动换挡技术不足的新型电传式车辆换挡操纵系统应运而生，这是一种将手动换挡与自动换挡集成到一起的新型换挡模式—无忧换挡。无忧换挡系统使用手动换挡手柄代替自动换挡系统中的换挡操纵手柄单元，手动换挡手柄内增加两个角度传感器实时检测换挡手柄的位置，识别驾驶员操纵意图，通过自动换挡系统中的变速箱控制器来接收驾驶员的驾驶意图,具有防止误操作和监控挡位不合理的功能，能够实现最佳的换挡策略，提高车辆舒适性、经济性和可靠性。

综上所述，为了更好地研究新型无忧换挡系统，同时实现软件的“模块性”、“可移植性”和“复用性”等，本发明提出了采用AUTOSAR标准并适用于无忧换挡系统的一种基于TCU的车辆换挡控制系统及控制方法。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种基于TCU的车辆换挡控制系统及控制方法，以解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供一种基于TCU的车辆换挡控制系统，包括：基础软件层、运行环境和应用层，所述应用层包括：离合器控制模块、执行机构控制模块、自学习模块、取力器控制模块、换挡策略模块和状态识别模块；所述运行环境为所述应用层的模块之间的信息交互、应用层与基础软件层之间的信息交互提供支持；所述基础软件层为换挡控制单元提供基础服务。

进一步的，所述系统还包括：

所述离合器控制模块用于控制离合器的控制策略。

所述执行机构控制模块用于控制选换挡执行机构的动作执行、监控当前变速箱和换挡手柄的挡位位置、检测挡位是否到位；

所述自学习模块用于换挡手柄和变速箱进行挡位自学习；

所述换挡策略模块用于计算选换挡的最佳目标挡位以及判断驾驶员选择的手柄挡位是否合理；

所述状态识别模块用于识别车辆的行驶状态和驾驶员选择的换挡手柄的挡位状态。

进一步的，所述系统还包括：信号输入模块和信号输出模块，所述信号输入模块用于输入传感器信号、开关信号和CAN信号；所述信号输出模块用于输出电磁阀的促动信号和CAN信号。

第二方面，本发明提供一种基于TCU的车辆换挡控制系统控制方法，包括：

监控获取换挡手柄信号，根据换挡手柄位置信号判断换挡手柄挡位；

根据驾驶员操纵换挡手柄位置选择切换自动模式或者手动模式：

若驾驶员选择手动模式，则根据所述换挡手柄挡位进行换挡操作；

若驾驶员选择自动模式，则计算换挡目标挡位，并根据所述目标挡位进行换挡操作。

进一步的，在根据所述手动模式变速箱进行换挡操作之前，所述方法还包括：

判断手柄换挡挡位是否合理：若不合理，则发送报警信号。

进一步的，所述换挡操作，包括：

控制离合器分离；

选换挡执行机构执行换挡动作；

离合器进行结合；

检测选换挡执行机构是否执行到位：若到位，则进行下一步检测，若不到位重新进行换挡操作；

进一步的，所述方法还包括：

检测当前变速箱挡位与手柄挡位是否一致：若一致，则换挡成功；否则换挡失败并发送报警信号。

进一步的，所述方法还包括：

检测换挡手柄挡位位置是否推到位：若否，则电动马达振动发送手柄操作错误警告。

本发明的有益效果在于，

本发明提供的一种基于TCU的车辆换挡控制系统及控制方法，在本发明中驾驶员操作手柄但是车辆执行自动档的执行方式，使用传感器实时检测换挡手柄的位置，通过对驾驶员选择的挡位进行判别，很好的掌握驾驶员的意图，从而减轻驾驶员操纵强度和疲劳度，实现最佳的换挡策略；将换挡手柄的控制策略集成到TCU中，不必单独增加控制器来解析驾驶员换挡行为，降低了硬件开发成本；对驾驶员选择的挡位进行监控和保护的功能，同时具有防止误操作的功能，驾驶员换挡手柄推不到位或选择挡位不合理，则发送报警信号并拒绝驾驶员的挡位请求，提高驾驶安全；可进行各种变速箱和换挡手柄的自学习功能，识别变速箱类型，同时为车辆诊断功能提供支持；AUTOSAR系统使得软件模块可移植性能较好，可靠性较高，有利于软件系统后期的维护，便于管理，降低产品维护成本。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的系统的结构示意图。

图2是本发明一个实施例的方法的示意性流程框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面解释本发明出现的术语。

TCU：Transmission Control Unit，即自动变速箱控制单元，常用于AMT、AT、DCT、CVT等自动变速器，实现自动变速控制，使驾驶更简单。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

如图1所示本实施例提供一种基于TCU的车辆换挡控制系统，本系统设置在车辆的TCU里，且采用AUTOSAR标准进行模块化，本系统包括：基础软件层(BSW)、运行环境(RTE)和应用层(Application Layer)，所述应用层包括：信号输入模块、信号输出模块、离合器控制模块、执行机构控制模块、自学习模块、取力器控制模块、换挡策略模块和车辆状态识别模块；所述应用层的各个模块均设置成最小逻辑单元，且各模块均可通过RTE进行通讯，同时也可通过RTE与BSW进行通信。所述运行环境为应用层不同模块之间的信息交互、应用层与基础软件层之间的信息交互提供支持；所述基础软件层为换挡控制单元提供基础服务；

信号输入模块用于输入TCU需要的传感器信号、开关信号和CAN信号等；

信号输出模块用于输出TCU需要传递给其他控制单元的电磁阀的促动信号和CAN信号等；

离合器控制模块负责离合器控制策略，使用算法判断离合器分开和结合点，通过控制离合器助力缸电磁阀的开关来控制制离合器的分开与结合；

执行机构控制模块负责控制选换挡执行机构的位置判断和动作执行，对变速箱挡位位置进行实时监控。判断当前变速器所在挡位和位置，当执行完换挡动作后，检测变速箱挡位是否到位，挡位位置在自学习位置百分之五以内均认定为到位，其中，百分之五为可标定量。挡位不到位选换挡执行机构重新进行挂挡动作；

自学习模块负责换挡手柄和变速箱挡位自学习功能，车辆下线检测时换挡手柄和变速箱均需要进行自学习，以此来存储不同挡位位置信息。另外，车辆更换换挡手柄以及使用时间长久换挡手柄出现磨损时，换挡手柄各个挡位位置需要重新进行学习。车辆更换变速箱或使用时间长久时，变速箱各个挡位位置也需要重新进行学习。通过换挡手柄和变速箱自学习功能，均能对变速箱类型进行识别；

取力器模块负责取力器控制策略和取力器动作执行，控制取力器电磁阀的开关，取力器的分开与结合；

换挡策略模块负责选换挡控制策略，使用算法判定换挡点，判断驾驶员选择挡位是否合理，不合理拒绝驾驶员挡位请求，保持原挡位，负责选挡和换挡的控制策略；

状态识别模块用于识别整车的行使状态和驾驶员选择的换挡手柄的挡位状态，如起步、停车、滑行、正常行驶和手柄在空挡、非空挡等；

挡位识别模块负责对驾驶员选择的挡位进行识别，对换挡手柄挡位位置进行实时监控，当驾驶员操纵换挡手柄时，根据角度传感器信号对手柄当前位置进行判断，同时检测换挡手柄挡位是否到位，换挡手柄位置在各个挡位自学习位置百分之三十以内均认定为到位。其中，百分之三十为可标定量，具体范围取决于手柄。换挡手柄不到位或出现异常时，挡位识别模块及时发送报警信号，同时进行保护措施，拒绝驾驶员挡位请求。

本系统可以实现两种驾驶模式：自动模式和手动模式。其中，自动模式驾驶员不需要进行任何换挡动作，由系统自动接管离合器；手动模式由驾驶员进行操纵换挡手柄，根据驾驶员的驾驶意愿进行换挡，且驾驶员不需要踩离合器。在本实施例中，所述挡位识别模块只适用于手动模式，自动模式不需要此模块。其他模块为自动模式和手动模式共有模块，部分模块控制策略有所不同。

图1是本发明一个实施例的方法的示意性流程图。其中，图1执行主体可以为一种基于TCU的车辆换挡控制系统。

如图1所示，该方法100包括：

步骤110，监控获取手柄换挡信号，根据换挡信号判断换挡挡位；

步骤120，根据驾驶员选择切换自动模式或者手动模式：

若驾驶员选择手动模式，则根据所述换挡挡位进行换挡操作；

若驾驶员选择自动模式，则计算目标挡位，并根据所述目标挡位进行换挡操作。

可选地，作为本发明一个实施例，在根据所述手动模式换挡挡位进行换挡操作之前，所述方法还包括：

判断换挡挡位是否合理：若不合理，则发送报警信号。

可选地，作为本发明一个实施例，所述换挡操作，包括：

控制离合器分离；

选换挡执行机构执行换挡动作；

离合器进行结合；

检测选换挡执行机构是否执行到位：若到位，则进行下一步检测，若不到位重新进行换挡操作。

可选地，作为本发明一个实施例，所述方法还包括：

检测当前变速箱挡位与手柄挡位是否一致：若一致，换挡成功；否则换挡失败并发送报警信号。

可选地，作为本发明一个实施例，所述方法还包括：

检测换挡手柄挡位位置是否推到位：若否，则电动马达振动发送手柄操作错误警告。

为了便于对本发明的理解，下面以本发明一种基于AUTOSAR的车辆自动换挡控制方法的原理，结合实施例中对车辆换挡系统的过程，对本发明提供的车辆自动换挡控制系统做进一步的描述。

具体的，所述基于AUTOSAR的车辆自动换挡控制系统及控制方法包括：

S1、等待驾驶员操纵换挡手柄；

S2、实时检测换挡手柄位置，当检测到驾驶员请求新的挡位时，检测换挡手柄挡位位置是否推到位，若换挡位置到位则检测当前换挡手柄位置，进行车辆模式判断，不到位电动马达振动，驾驶员需要重新操纵换挡手柄；

S3、若驾驶者选择自动模式，则计算换挡的目标挡位，离合器开始分离，离合器分离完成后选换挡执行机构开始动作，选换挡执行机构动作完成后离合器进行结合，检测选换挡执行机构是否执行到位：若到位则换挡成功；否则换挡失败，需要重新请求换挡；

若驾驶者选择手动模式，则获取换挡挡位信号，并判断换挡挡位是否合理，若请求失败需重新请求换挡；驾驶员请求挡位若合理，离合器开始分离；请求挡位若不合理，车辆保持当前挡位，TCU发送报警信号，驾驶员需要重新选择操纵换挡手柄并且选择合适的挡位；离合器分离完成后选换挡执行机构开始动作，选换挡执行机构动作完成后离合器进行结合，而后TCU检测选换挡执行机构是否执行到位，若到位则判断驾驶员请求的手柄挡位与当前的变速箱挡位是否一致，若选换挡执行机构不到位，则需要离合器与选换挡机构重新执行挂挡动作；若驾驶员请求的手柄挡位与当前的变速箱挡位一致则换挡成功，换挡成功返回并发送换挡成功信息，否则换挡失败，则等待驾驶员重新请求换挡。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于TCU的车辆换挡控制系统，其特征在于，包括：基础软件层、运行环境和应用层，所述应用层包括：离合器控制模块、执行机构控制模块、自学习模块、取力器控制模块、换挡策略模块和状态识别模块；所述运行环境为所述应用层的模块之间的信息交互、应用层与基础软件层之间的信息交互提供支持；所述基础软件层为换挡控制单元提供基础服务；

所述自学习模块用于换挡手柄和变速箱进行挡位自学习；

换挡手柄和变速箱通过自学习存储不同挡位位置信息；

所述离合器控制模块用于控制离合器的控制策略；

所述执行机构控制模块用于控制选换挡执行机构的动作执行、监控当前变速箱和换挡手柄的挡位位置、检测挡位是否到位；

挡位位置在自学习位置百分之五以内均认定为到位；

换挡手柄位置在各个挡位自学习位置百分之三十以内均认定为到位

所述换挡策略模块用于计算选换挡的最佳目标挡位以及判断驾驶员选择的手柄挡位是否合理；

所述状态识别模块用于识别车辆的行驶状态和驾驶员选择的换挡手柄的挡位状态。

2.根据权利要求1所述的一种基于TCU的车辆换挡控制系统，其特征在于，所述系统还包括：信号输入模块和信号输出模块，所述信号输入模块用于输入传感器信号、开关信号和CAN信号；所述信号输出模块用于输出电磁阀的促动信号和CAN信号。

3.一种基于权利要求1或2所述的基于TCU的车辆换挡控制系统的基于TCU的车辆换挡控制方法，其特征在于，包括：

监控获取换挡手柄信号，根据换挡手柄位置信号判断换挡手柄挡位；

根据驾驶员操纵换挡手柄位置选择自动模式或者手动模式：

若驾驶员选择手动模式，则根据所述换挡手柄挡位进行换挡操作；

若驾驶员选择自动模式，则计算换挡目标挡位，并根据所述目标挡位进行换挡操作。

4.根据权利要求3所述的基于TCU的车辆换挡控制方法，其特征在于，在根据所述手动模式变速箱进行换挡操作之前，所述方法还包括：

判断手柄换挡挡位是否合理：若不合理，则发送报警信号。

5.根据权利要求3所述的基于TCU的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述换挡操作，包括：

控制离合器分离；

选换挡执行机构执行换挡动作；

离合器进行结合；

检测选换挡执行机构是否执行到位：若到位，则进行下一步检测，若不到位重新进行换挡操作；则换挡成功；否则换挡失败并发送报警信号。

6.根据权利要求3所述的基于TCU的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测当前变速箱挡位与手柄挡位是否一致：若一致，则换挡成功；否则换挡失败并发送报警信号。

7.根据权利要求3所述的基于TCU的车辆换挡控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

检测换挡手柄挡位位置是否推到位：若否，则电动马达振动发送手柄操作错误警告。

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