自動駕駛車輛用電子換擋系統設計研究

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設計研究

季明微，常耀紅，呂孟理

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

智能化是未來汽車制造業的大方向，針對有條件的自動駕駛車輛，要求整車底盤執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，傳動系統應具備停車后自動掛P檔并鎖止變速箱的功能，即電子換擋系統的應用。

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，現在的人們，更愿意關注的是觸控大屏、車聯網、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，傳動系統應具備停車后自動掛P檔并鎖止變速箱的功能，即電子換擋系統的應用。

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結構、硬件開發及控制策略。

1 電子換擋系統總體設計

電子換擋系統包括電子換擋器、換擋執行器、執行器控制器三部分組成，電子換擋器為換擋操縱機構，可將駕駛員的換擋意圖通過CAN總線傳輸給其他控制單元。換擋執行器與變速器換擋搖臂相連，通過執行器內部的電機來驅動變速器實現擋位切換，執行器控制器是電子換擋系統的核心控制單元，它通過換擋器反饋的駕駛員意圖與整車行駛狀態結合進行相應的邏輯判斷，最終發送目標擋位給TCU（變速器控制單元），最終實現擋位的切換。

圖1 電子換擋系統示意圖

不同于傳統的機械式換擋器有P/R/N/D等可停留的穩態位，電子換擋器僅有兩個穩態位O及M，每換一次擋位換擋桿自動回到穩態位，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前擋位進行處理的。下圖為電子換擋系統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 電子換擋系統控制策略

整車上電后，電子駐車執行器內部的位置傳感器首先進行自檢，確認當前電機所處位置是否是P擋，若不是電子換擋器會發出指令將電機驅動至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，發出換擋請求。換擋桿在轉動過程中帶動固定在上面的電磁鐵與換擋器內部電路板上的霍爾傳感器相互感應，根據感應的不同角度輸出對應的駕駛員意圖信號。執行器控制器通過從CAN總線上讀取整車車速、制動踏板等相關信號，再結合變速器當前擋位信號向換擋執行器發送目標擋位信號，換擋執行器根據目標擋位驅動電機轉動，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的換擋策略，同時需要考慮車門、EPB等系統的協同控制。

圖5 電子換擋系統框圖

2.1 進P擋策略

表1

2.2 進R擋策略

表2

2.3 進N擋策略

表3

2.4 進D擋策略

表4

2.5 進M擋策略

表5

除了正常掛入擋位的控制策略還制定了關于駕駛員誤操作的控制策略。

3 電子換擋系統硬件設計

電子換擋系統硬件設計系統框圖。

圖6 硬件設計框圖

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、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位，短路、反接、過溫、過載保護功能。電路基本功能，車身電源9-16V轉換為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標準；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 臺架試驗及標定

將本文所述電子換擋系統與自動變速器相連進行模擬測試及標定，測試結果顯示執行電機換擋響應快，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 臺架試驗及標定

圖11 標定曲線

5 結論

針對自動駕駛車輛，本文提出了一種電子換擋系統，以實現停車后自動掛P檔并鎖止變速箱的功能，通過結構及軟硬件匹配設計，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換擋控制器開發[J].機電工程,2018,1.

[2] 李景富,許少華.電子換擋技術解析[J].技術論壇,2016,4.

[3] 彭江,馬翔,夏超,劉雪珂,葉明,李鑫.搭載機電控制CVT的電子換擋系統設計[J].重慶理工大學學報（自然科學）,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股份有限公司技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.010