專利名稱：拖拉機動力換擋變速箱電控單元的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于拖拉機電子控制領域，涉及一種拖拉機動力換擋變速箱電控單元。
(二)
背景技術：
傳動系是拖拉機的主要組成部分，其變速換擋裝置由傳統(tǒng)手動換擋發(fā)展到了動力 換擋以及液力無級變速。目前在大功率拖拉機上越來越多的采用機電液一體化控制的動力 換擋、動力換向變速箱，有效地提高了拖拉機的作業(yè)效率，降低了駕駛員的操作強度。 電控單元是拖拉機傳動系電子控制系統(tǒng)的核心部件，外部傳感器信號輸入電控單 元，處理器運行程序，輸出相應的控制信號驅(qū)動外部執(zhí)行器，完成變速箱的換擋操作。輸入 的信號包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機負荷、變速箱各軸轉(zhuǎn)速等拖拉機運行工況；包括換擋按鈕、 換向手柄、離合器踏板、制動踏板等駕駛員操作信息；還包括油壓、油溫等安全相關的信息。 處理器根據(jù)輸入電路采集的輸入信號計算當前變速箱狀態(tài)以及駕駛員意圖，運行控制策略 算法計算相關執(zhí)行器(比例電磁閥)的動作狀態(tài)，并將其轉(zhuǎn)換為電量信號送入驅(qū)動電路驅(qū) 動執(zhí)行器，使變速箱及時準確完成駕駛員意圖。 電控單元的CAN總線接入車輛的CAN總線系統(tǒng)，用于接受操縱指令、發(fā)送變速箱狀 態(tài)，并用于執(zhí)行電控單元的標定、診斷等功能。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種高集成度、高可靠性、低成本、功能全面的拖拉機動 力換擋變速箱電控單元，用于拖拉機動力換擋變速箱的控制。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型 提供如下技術方案一種用于拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，包括處理器電路1 ;同 所述處理器電路1進行信號連接的電源電路2、傳感器供電電路3、模擬傳感器信號處理電 路4、開關傳感器信號處理電路5、速度傳感器信號處理電路6、比例電磁閥驅(qū)動電路7、 CAN 總線驅(qū)動電路8。 其中，所述的電源中路2包含電源極性反接保護電路。 其中，所述的電源極性反接保護電路包含一個二極管和一個場效應管，二極管的 正極連接場效應管的漏極及電控單元外部供電引腳，二極管的負極連接場效應管的源極及 電源電路中電源轉(zhuǎn)換電路的輸入端，場效應管的門極經(jīng)電平變換電路連接處理器電路1。二 極管和場效應管是一個帶有源_漏二極管的獨立封裝的場效應管。 其中，所述的傳感器供電電路3包括由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構 成的油溫傳感器供電電路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的油壓傳感器供電 電路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的潤滑油壓傳感器供電電路；由低差壓 電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的離合器踏板位置傳感器供電電路；由低差壓電壓跟蹤 調(diào)整器及自恢復保險構成的駕駛踏板位置傳感器供電電路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自 恢復保險構成的速度傳感器供電電路。[0009] 其中，所述的模擬傳感器信號處理電路4包括由上拉電阻、TI型濾波電路及電阻
分壓器構成的油溫傳感器信號處理電路；由n型濾波電路及電阻分壓器構成的油壓傳感器 信號處理電路；由上拉電阻、n型濾波電路及電阻分壓器構成的潤滑油壓傳感器信號處理 電路；由n型濾波電路及電阻分壓器構成的離合器踏板位置傳感器信號處理電路；由n型 濾波電路及電阻分壓器構成的駕駛踏板位置傳感器信號處理電路。 其中，所述的開關傳感器信號處理電路5包括由電阻分壓器、反相器及窗口鑒別 器構成的離合器踏板開關信號處理電路。 其中，所述的速度傳感器信號處理電路6包括由上拉電阻、放大器、電阻分壓器 及反相器構成的變速箱輸入軸速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓器 及反相器構成的變速箱動力換擋速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓 器及反相器構成的變速箱動力換向輸入速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電 阻分壓器及反相器構成的變速箱動力換向輸出傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、 電阻分壓器及反相器構成的變速箱輸出軸速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、 電阻分壓器及反相器構成的動力輸出軸速度傳感器信號處理電路；。 其中，所述的比例電磁閥驅(qū)動電路7，包括P麗控制器9、高邊開關10、低邊開關 13和驅(qū)動電流采樣電阻12。 其中，所述的P麗控制器9通過SPI總線連接到處理器電路1。 其中，所述的高邊開關10和低邊開關13為智能型電子開關。 其中，所述的CAN總線驅(qū)動電路8，包含用于處理器電路和CAN總線之間的信號轉(zhuǎn) 換芯片。 其中，所述的信號轉(zhuǎn)換芯片為TLE6251，其引腳CANL及引腳CANH各自連接一個電
感；所述TLE6251的引腳RxD連接個驅(qū)動器的輸入端。 利用本實用新型的動力換擋變速箱電控單元的優(yōu)點是 降低了電源極性反接保護電路功耗，有利于傳感器的故障診斷和故障處理，有利 于執(zhí)行器的故障診斷和故障處理，電控單元能夠更好的實現(xiàn)動力換擋變速箱的控制。

圖1是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元電路結構示意圖。 圖2是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元的電源極性反接保護電路示意圖。 圖3是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元的傳感器供電電路及模擬傳 感器信號處理電路示意圖。 圖4是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元的開關傳感器信號處理電路 示意圖。 圖5是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元的速度傳感器信號處理電路 示意圖。 圖6是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元的比例電磁閥驅(qū)動電路示意 圖。 圖7是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元的CAN總線驅(qū)動電路示意圖。
具體實施方式
以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。
圖1是本實用新型拖拉機動力換擋變速箱電控單元電路結構示意圖。動力換擋變 速箱電控單元包括處理器電路1 ;同所述處理器電路1進行信號連接的電源電路2、傳感 器供電電路3、模擬傳感器信號處理電路4、開關傳感器信號處理電路5、速度傳感器信號處 理電路6 、比例電磁閥驅(qū)動電路7 、 CAN總線驅(qū)動電路8 。 圖2是本實用新型實施例的一種電源極性反接保護電路。車輛電源由T30輸入， 經(jīng)T101內(nèi)部的二極管到+UBAT，向電控單元內(nèi)部電路供電。當發(fā)生誤操作或故障等導致的 外部電源反接時，這個二極管截止，保護電控單元內(nèi)部電路。在正常工作的情況下，電控單 元工作需要全部電流都流經(jīng)這個二極管，由于二極管有1V左右的正向壓降，會產(chǎn)生不必要 的功率消耗并產(chǎn)生熱量，不利于電控單元正常工作。為了消除這些不利因素，處理器向FPWR 端提供一個高電平信號，使T101中的M0FET導通，旁路T101中的二極管，MOSFET的導通電 阻很小，因而極大降低了電路的功耗。D101為穩(wěn)壓二極管，用于限制MOSFET的門極-源極 電壓，防止MOSFET損壞。 圖3是本實用新型實施例的一種傳感器供電電路及一種模擬傳感器信號處理電 路。其中油溫傳感器、油壓傳感器、潤滑油壓傳感器、離合器踏板位置傳感器、駕駛踏板 位置傳感器的電源及信號特性相似，因此供電電路及信號處理電路相同，現(xiàn)以油溫傳感 器的供電電路和信號處理電路為例進行說明。供電電路使用U601電壓跟蹤調(diào)整器芯片 TLE4254GS， REF端連接5V電源，OUT引腳輸出即傳感器供電端AS1的電壓同REF引腳電壓 一致，也為5V，供給傳感器的電源。U601的ST端指示芯片輸出端的故障，由R607上拉后 送給處理器用于故障檢測。傳感器負極連接到傳感器接地端AG1，通過自恢復保險F601連 接電控單元內(nèi)部地，當外部故障引起傳感器過電流時F601電阻值變大，保護傳感器供電電 路。傳感器信號為0-5V的電壓信號，由All輸入，經(jīng)C607、R611、C608組成的TI型濾波電路 去除高頻干擾，經(jīng)R611及R614組成的電阻分壓器后變換為滿足處理器輸入電壓范圍要求 的信號AS-A1連接到處理器的A/D引腳。 圖4是本實用新型實施例的一種開關傳感器信號處理電路。離合器踏板開關信號 由DI15端輸入，經(jīng)R450及R451組成的電阻分壓器及反相器U403F后變換為滿足處理器輸 入電壓范圍要求的信號SS-D15連接到處理器的數(shù)字輸入引腳。由U404、 U405組成窗口鑒 別器，R456、R464、R466組成的分壓器發(fā)定了窗口鑒別器的窗口電壓范圍為0. 3V-4. 7V。窗 口鑒別器的輸出信號SS-ERR連接到處理器的數(shù)字輸入引腳用于離合器踏板開關的故障檢 測。當DI15電壓在0. 3V-4. 7V之間，SS-ERR為高電平，指示離合器踏板開關信號正確；當 DI15電壓在0. 3V-4. 7V以外，SS-ERR為低電平，指示離合器踏板開關信號異常，有故障發(fā) 生。 圖5是本實用新型實施例的一種速度傳感器信號處理電路。變速箱輸入軸速度傳 感器、變速箱動力換擋速度傳感器、變速箱動力換向輸入速度傳感器、變速箱動力換向輸出 傳感器、變速箱輸出軸速度傳感器、動力輸出軸速度傳感器的信號特性相同，因此它們的信 號處理電路完全一致，現(xiàn)以變速箱輸入軸速度傳感器信號處理電路為例進行說明。速度傳 感器輸出脈沖信號，其輸出電路為集電極開路并且串/并聯(lián)電阻，實際輸出值為電阻值，輸出三極管導通時輸出電阻值為l千歐，輸出三極管截至時輸出電阻值為18千歐。速度傳感 器輸出端連接到FI3，其輸出電阻同R545、R551構成分壓電路，此分壓電路的輸出連接到運 算放大器U506、R543、R547、R553、R561、C531、C539構成的放大器及R557和R561構成的分 壓器，對應1千歐和17千歐的傳感器輸出值，分壓器的輸出為2. 1-2. 4V和0. 3-0. 6V。分 壓器的輸出經(jīng)過反相器U503C后變換為信號FS-D3連接到處理器的輸入引腳用于計算信號 頻率；另路經(jīng)限流電阻R573后變換為信號FS-A3連接到處理器的A/D輸入引腳用于故障檢 測，當信號FS-A3的電壓值在0. 3V到2. 4V之間，指示速度傳感器信號正常，當信號FS-A3 的電壓值小于0. 3V或者大于2. 4V，指示速度傳感器信號異常，有故障發(fā)生。 圖6是本實用新型實施例的一種比例電磁閥驅(qū)動電路。處理器電路1根據(jù)換擋過 程的需要計算比例電磁閥11的電流，通過SPI總線將此電流值寫入P麗(脈沖寬度調(diào)制) 控制器9，P麗控制器9輸出相應的P麗信號驅(qū)動低邊開關13使比例電磁閥11獲得相應的 電流。采樣電阻12反饋的電流信號用于P麗控制器9的精確電流控制。當相關部件出現(xiàn) 故障時，比如電磁閥線圈11短路，處理器電路1通過P麗控制器9關斷低邊開關13以避免 更大的損害。高邊開關10由處理器電路1控制其通斷，這可以在低邊開關13損壞時提供 一個冗余的安全保護。 圖7是本實用新型實施例的一種CAN總線驅(qū)動電路。TLE6251芯片為CAN總線 收發(fā)器，其引腳TxD連接處理器電路的CAN控制器發(fā)送信號CI-TXCANO，該發(fā)送信號經(jīng)過 TLE6251轉(zhuǎn)換為CAN總線插分信號，由芯片的引腳CANL和引腳CANH輸出，引腳CANL和引 腳CANH接收到的CAN總線差分信號經(jīng)過TLE6251轉(zhuǎn)換為串行信號經(jīng)過驅(qū)動器U301A連接 到處理器電路的CAN控制器信號接收引腳。電感LB301和LB302用于濾除總線干擾。
權利要求一種用于拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，包括處理器電路(1)、電源電路(2)、傳感器供電電路(3)、模擬傳感器信號處理電路(4)、開關傳感器信號處理電路(5)、速度傳感器信號處理電路(6)、比例電磁閥驅(qū)動電路(7)、CAN總線驅(qū)動電路(8)；其特征在于處理器電路(1)分別同電源電路(2)、傳感器供電電路(3)、模擬傳感器信號處理電路(4)、開關傳感器信號處理電路(5)、速度傳感器信號處理電路(6)、比例電磁閥驅(qū)動電路(7)、CAN總線驅(qū)動電路(8)進行信號連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于電源電路 (2)包含電源極性反接保護電路，電源極性反接保護電路包含一個二極管和一個場效應管， 二極管的正極連接場效應管的漏極及電控單元外部供電引腳，二極管的負極連接場效應管 的源極及電源電路(2)中電源轉(zhuǎn)換電路的輸入端，場效應管的門極經(jīng)電平變換電路連接處 理器電路(1) ， 二極管和場效應管是一個帶有源_漏二極管的獨立封裝的場效應管。
3. 根據(jù)權利要求1所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于所述的傳 感器供電電路(3)包含由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的油溫傳感器供電電 路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的油壓傳感器供電電路；由低差壓電壓跟 蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的潤滑油壓傳感器供電電路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢 復保險構成的離合器踏板位置傳感器供電電路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構 成的駕駛踏板位置傳感器供電電路；由低差壓電壓跟蹤調(diào)整器及自恢復保險構成的速度傳 感器供電電路。
4. 根據(jù)權利要求1所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于所述的模擬傳感器信號處理電路(4)包含由上拉電阻、n型濾波電路及電阻分壓器構成的油溫傳感器信號處理電路；由n型濾波電路及電阻分壓器構成的油壓傳感器信號處理電路；由上拉電阻、n型濾波電路及電阻分壓器構成的潤滑油壓傳感器信號處理電路；由n型濾波電路 及電阻分壓器構成的離合器踏板位置傳感器信號處理電路；由n型濾波電路及電阻分壓器 構成的駕駛踏板位置傳感器信號處理電路。
5. 根據(jù)權利要求1所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于所述的開 關傳感器信號處理電路(5)包含由電阻分壓器、反相器及窗口鑒別器構成的離合器踏板開 關信號處理電路。
6. 根據(jù)權利要求1所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于所述的速 度傳感器信號處理電路(6)包含由上拉電阻、放大器、電阻分壓器及反相器構成的變速箱 輸入軸速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓器及反相器構成的變速箱 動力換擋速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓器及反相器構成的變速 箱動力換向輸入速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓器及反相器構成 的變速箱動力換向輸出傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓器及反相器構 成的變速箱輸出軸速度傳感器信號處理電路；由上拉電阻、放大器、電阻分壓器及反相器構 成的動力輸出軸速度傳感器信號處理電路。
7. 根據(jù)權利要求1所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于所述的比 例電磁閥驅(qū)動電路(7)，包含P麗控制器(9)、高邊開關(10)、低邊開關(13)和驅(qū)動電流采 樣電阻(12)， P麗控制器(9)通過SPI總線連接到處理器電路(l)，高邊開關(10)和低邊 開關(13)為智能型電子開關。
8.根據(jù)權利要求l所述的拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，其特征在于所述的CAN 總線驅(qū)動電路(8)，包含用于處理器電路(1)和CAN總線之間的信號轉(zhuǎn)換芯片TLE6251， TLE6251的引腳CANL及引腳CANH各自連接一個電感，TLE6251的引腳RxD連接一個驅(qū)動器 的輸入端。
專利摘要拖拉機動力換擋變速箱的電控單元，包括處理器電路和同處理器電路進行信號連接的電源電路、傳感器供電電路、模擬傳感器信號處理電路、開關傳感器信號處理電路、速度傳感器信號處理電路、比例電磁閥驅(qū)動電路、CAN總線驅(qū)動電路。電控單元帶有低功耗的電源極性反接保護電路，具有傳感器電源故障保護及檢測電路和傳感器信號異常檢測電路，具有比例電磁閥恒流驅(qū)動控制及比例電磁閥故障檢測和故障保護電路，具有CAN總線驅(qū)動電路，為電控單元實現(xiàn)故障檢測和故障保護功能以及總線通訊功能提供了更好的硬件支持。
文檔編號B60R16/02GK201457064SQ20092009206
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月30日 優(yōu)先權日2009年7月30日
發(fā)明者付田志, 吳利謙, 唐衛(wèi)平, 姜斌, 王峰, 王站興, 王貢獻, 董仲鋒, 陳松 申請人:中國一拖集團有限公司