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CN108252837A - 起动发动机的系统 - Google Patents

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CN108252837A
CN108252837A CN201611233462.3A CN201611233462A CN108252837A CN 108252837 A CN108252837 A CN 108252837A CN 201611233462 A CN201611233462 A CN 201611233462A CN 108252837 A CN108252837 A CN 108252837A
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angle sensor
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Valeo Japan Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种使发动机能够被安全起动的系统，该系统包括：单个起动继电器，所述起动继电器用于在其被致动时使发动机能够被起动；非接触角度传感器，所述非接触角度传感器用于探测与所述发动机相连接的变速器的挡位状态；以及控制器，所述控制器被构造成：检查由所述非接触角度传感器探测的变速器的挡位状态；以及在所述变速器的挡位状态在空挡或停车挡位状态时允许所述起动继电器被致动。在本发明中，通过利用单个非接触角度传感器取代传统电动机械抑制器开关，整个解决方案的结构保持不变，整个系统的体积变得紧凑，且可靠性得以提高。

Description

起动发动机的系统
技术领域
本发明涉及一种安全起动自动变速器或自动机械变速器车辆的发动机的系统。
背景技术
目前，很多车辆配备有被动起动功能和/或起停发动机管理系统：
在被动起动功能中，在用户的身份已经被验证并且在满足安全起动发动机的条件时，发动机可以根据用户要求(例如，按下按钮)而起动。在起停发动机管理系统的情况下，发动机起动的决定留给发动机ECU来作出，以达到节省燃料的目的。对于被动起动功能，该起动应该仅在保险性和安全性被满足的情况下发生。
从安全的角度出发，为了防止车辆在起动的同时意外运动(不安全事件)，应该确保变速器挡位状态在停车(P)或空挡(N)状态。根据标准ISO26262的规定，这个条件应该满足ASIL B水平。
在现有技术中，以电动机械开关为特征的系统满足ISO 26262的要求。
参照图1，其中，图1示出了现有技术系统的示意图。该系统包括ECU控制器30，如PEPS或EMS ECU；起动继电器10，该起动继电器使得发动机能够被起动；以及抑制器开关20。所述抑制器开关20也可以称为空挡或停车开关(简称PN开关)。在这种情况下，抑制器开关20是一种电动机械开关，其直接组装在变速器上并有时组装在变速器内部。抑制器开关对变速器挡位状态机械编码，使得当变速器处于空挡或停车挡状态下时它处于闭合位置。
如图1所示，抑制器开关20的一侧连接到起动继电器的致动线圈的一个终端并连接到ECU控制器30的一个端子(例如，反馈输入端子(FB))，以允许ECU控制器探测抑制器开关20的状态；
抑制器开关20的另一侧连接到地；以及
起动继电器10的致动线圈的另一终端连接到ECU控制器30的另一端子(例如，高电平侧开关端子(High Side Switch))，以使得ECU控制器30能够控制该起动继电器10。
下面，将描述现有技术的系统的操作方式。
当变速器处于空挡状态或停车挡状态时，抑制器开关20被闭合，将ECU控制器30的反馈输入端子和起动继电器的致动线圈10拉低到地电平，并且使得起动继电器10能够电致动。一旦需要车辆起动，ECU控制器30检查抑制器开关20的状态，并且在探测到抑制器开关20处于闭合(表示处于空挡或停车挡)，则致动高电平侧开关端子，给起动继电器10的致动线圈供能，最终导致继电器闭合，进而导致车辆发动机被起动。
在上述系统中，为了起动发动机必须满足以下三个条件，即：
1.抑制器开关20应该被闭合，表示变速器处于空挡或停车挡状态；
2.控制器30应该通过反馈端子确认抑制器开关的状态；以及
3.当具有起动发动机的要求时，控制器应该通过高电平侧开关端子致动起动继电器。
要指出的是，一旦任一个条件没有满足，起动继电器20不能够被电致动。这种构造实现了逻辑“与”要求，满足了ISO 26262ASILB要求的水平。
也要指出的是，利用该电动机械抑制器开关，也可以通过反向连接，即，抑制器开关连接在电源和起动继电器10的致动线圈的终端之间，并且利用ECU控制器30的低电平侧开关端子来致动该继电器，可以达到相同的安全性。这种构造也满足ISO 26262ASIL B的安全性要求。
但是，这种电动机械抑制器开关会经历机械磨损，并且在一些极端的情况下，这种机械磨损会导致功能性故障，例如，丧失起动能力。
为了防止这种情况，提出了一种新型的非接触式传感器。这种类型的非接触传感器大部分使用霍尔传感器，该霍尔传感器测量角度并且将该角度输出，而非输出变速箱状态。于是，不能直接用这种非接触式传感器替换传统的电动机械开关。
另外，传统的霍尔传感器容易出现故障，因此，已经提出了若干方案，例如，在EP1471290B1中，提供了一种用于旋转角度探测传感器的故障探测装置。其他技术方案提出将利用外部硬件/软件方案将角度值转变成挡位状态。
但是，这些方案涉及到更多的硬件，使得它们实现起来成本高，例如，需要两个独立的ECU、两个串联的继电器来实现ASIL安全水平。它们也要求对车辆系统进行修改以适应这些新类型的传感器以及它们的输出信号的特性。
发明内容
本发明旨在提供一种角度传感器构造，该角度传感器能够嵌入到符合为电动机械开关定义的ISO 26262ASIL B标准的现有结构中，并且本发明的目的在于构建一种紧凑、可靠、小体积和成本高效的用于起动车辆中的发动机的系统。
根据本发明的一个方面，提出了一种用于使发动机能够安全起动的系统，该系统包括：
单个起动继电器，该单个起动继电器在被致动时使发动机能够被起动；
非接触角度传感器，该非接触角度传感器用于探测与所述发动机相连接的变速器的挡位状态；以及
控制器，其中，所述控制器被构造成检查通过所述非接触角度传感器探测的变速器的挡位状态，并且在所述变速器的挡位状态处于空挡或停车挡位状态时允许所述起动继电器被致动。
利用本发明，解决了将非接触传感器整合在现有架构中的问题。通过使用非接触角度传感器来取代传统电动机械抑制器开关，整个方案的结构保持没有变化、整个系统的体积能够变得紧凑，并且可靠性被提高。
附图说明
从下面参照附图对本发明示例性实施方式的详细描述中，本发明的这些和其他方面将对本领域技术人员而言变得更清楚，图中：
图1是示出现有技术中的起动发动机的系统的电路图；
图2是示出根据本发明的第一实施方式的起动发动机的系统的电路图；
图3是示出用于图2所示的系统中的非接触角度传感器的结构的电路图；
图4是示出根据本发明的第一实施方式的变型的电路图；以及
图5是示出根据本发明的第二实施方式的起动发动机的系统的电路图。
具体实施方式
下面，将参照附图描述根据本发明的优选实施方式。要指出的是，遍及附图，相同或相似的附图标记用于表示相同或类似的部件或零件。
第一实施方式
参照图2，将描述本发明的第一实施方式，图2是示出根据本发明的第一实施方式的起动发动机的系统的结构的电路图。
如图2所示，系统包括用于使发动机能够被起动的单个起动继电器10、探测挡位状态并输出表示该挡位状态的数据信号的非接触角度传感器20、以及捕捉该角度传感器信号并控制所述起动继电器10的ECU控制器30。ECU控制器30可以是EMS或者PEPS ECU，但是也可以使用单独的控制器或车辆内另一个现有的ECU。
如图2所示，起动继电器10的输出被用于通过将通向电源的继电器回路闭合来起动发动机。
所述非接触角度传感器20具有第一输出端子201和第二输出端子202，所述第一输出端子201连接于所述起动继电器10的控制线圈的其中一个端子上，并也连接到ECU控制器的端子(例如，反馈端子(FB))上，并且所述第二输出端子202连接到地(GND)。所述起动继电器10的的控制线圈的另一端子连接到ECU控制器30的另一端子，例如高电平侧开关端子上。
如图3所示，非接触角度传感器20是单芯片的传感器，其包括两个感测单元27和逻辑输出开关26。所述两个感测单元27是角度感测单元，例如通过霍尔效应以非接触方式感测角度的磁性感测单元。显然，本发明并不局限于：
霍尔效应传感器，这是因为也可以使用其他类型的用于感测角度的感测单元；以及
单芯片传感器，由于两个感测单元的任何组合都可以满足ISO 26262ASIL B要求。
两个感测单元27捕捉变速器轴的旋转角度位置，并且以该方式获得其挡位状态。
每个感测单元27输出承载角度信息的数字或模拟信号。在本实施方式中，感测单元中的一个输出模拟信号，而另一个输出PWM类型的信号。以这种方式，为了满足安全要求，例如，ISO 26262ASIL B，仅在两个独立输出的信号都一致时，即，从两个感测单元输出的信号都表示变速器挡位状态是空挡或停车挡时，逻辑输出开关26才可以被触发，即逻辑输出开关26被闭合。
在图3中示出在上面的示例中的运算逻辑。从第一感测单元输出的模拟信号被传输到两个比较器21和22，以将该模拟信号与对应于空挡或停车挡位状态角度范围的上限和下限相比较。
具体地说，如果模拟信号低于所述上限，第一比较器21将输出逻辑“1”，且如果模拟信号高于所述下限，则第二比较器22将输出逻辑“1”，也就是说，如果模拟信号在所述上限和所述下限之间的范围内时，所述比较结果为逻辑“1”，意味着轴角度位置在与空挡或停车挡位状态相对应的预定旋转角度范围内。
类似地，从第二感测单元输出的经低通滤波的PWM信号通过利用比较器23和24与上限和下限相比较。如果经低通滤波的PWM信号低于上限并高于所述下限，则输出逻辑“1”。
来自四个比较器的所有比较结果被传送到逻辑门25以进行逻辑“与”运算。因此，仅在所有比较结果都是逻辑“1”时，逻辑门25才输出逻辑“1”，以致动逻辑输出开关26。
在逻辑输出开关26被致动的同时，它将ECU控制器30的FB端子下拉到GND(地)电位，并在同时，它将起动继电器10的控制线圈连接到GND，并由此使得其致动。
逻辑输出开关26可以通过晶体管、例如功率晶体管来实现。
一旦出现起动要求并且一旦ECU控制器的FB端子探测到地电平，则ECU控制器30将控制其高电平侧开关端子(High Side Switch)的输出，给起动继电器线圈供能。通过非接触角度传感器的逻辑输出开关使得起动继电器线圈致动，使得起动继电器被切换到“闭合”，导致发动机能够起动。
利用本发明，可以用根据图3中所示的硬件结构构造的非接触角度传感器来替代传统的电动机械开关。由于该非接触角度传感器整合有两个独立的感测单元以及计算与空挡或停车挡位状态相对应的逻辑状态输出所需的硬件，因此几乎不需要改变用于连接抑制器开关的传统系统结构。于是降低了从传统电动机械抑制器开关向非接触方案的迁移成本，且在非接触角度传感器外侧没有额外的硬件。利用本发明的非接触角度传感器(抑制器开关)，实现了与传统电动机械抑制器开关相同的功能，并且以相同方式满足ISO26262ASIL的需求。
另外，本发明的角度传感器利用硬件实现，使得它在其要工作的高温环境下坚固并可靠。如果需要的话，两个感测单元和相关的运算硬件可以集成在单个芯片中。本发明的硬件属性避免了与将软件方案嵌入高温环境中相关的问题。
第一实施方式的变型
参照图4，将描述第一实施方式的变型。在上面描述的第一实施方式中，非接触角度传感器20连接在起动继电器10和地之间。但是，也有可能利用反向逻辑将非接触角度传感器20连接在电源和起动继电器10之间。如图4所示，非接触角度传感器20连接在电源和起动继电器线圈的一个端子之间。在这种情况下，当非接触角度传感器20的逻辑输出开关被闭合时，ECU控制器30将探测到高电平而非地电平，并且响应于ECU控制器30的FB端子探测到高电平，ECU控制器将通过低电平侧开关端子(Low Side Switch)致动继电器10。该变型的剩余部分与第一实施方式中的相同，在此不再详细描述。
第二实施方式
下面，将参照图5描述根据本发明的第二实施方式。第二实施方式与上面描述的第一实施方式不同之处主要在于从非接触角度传感器20的第三端子203额外输出角度输出信号，并且该角度输出信号由ECU控制器30接收。第二实施方式的剩余部分与第一实施方式中的相同，因此，不再进一步详细描述这些相同部分。
如图5所示，除了逻辑输出开关26的输出外，非接触角度传感器20还包括第三输出端子203，以输出表示变速器轴的角度位置的信号。结合图3参照图5，该额外的信号可以是从两个感测单元输出的信号中的一个，并且在本实施方式中例如是PWM输出信号。控制器30将从第三输出端子203接收PWM输出信号，并且从该PWM输出信号中确定变速器挡位状态。同时，控制器30也将获取逻辑输出开关26的状态，并且仅在PWM输出信号和逻辑输出开关26的输出都表示变速器处于空挡或停车挡位状态时，ECU控制器30的高电平侧开关端子(HighSide Switch)才被致动。如上面参照图2所描述的，起动继电器10的致动线圈被供能，闭合起动继电器10，并最终导致发动机被起动。在这个构造中，ECU控制器30实现了抑制器开关输出的信号之间的另外的比较，在角度值完整性方面实现了更高程度的可靠性。这是因为它提供了额外的方式来诊断逻辑输出开关26。
第二实施方式的变型
作为第二实施方式的变型，ECU控制器30可以仅从角度传感器20接收PWM输出信号，并不必额外地捕捉逻辑输出开关26的状态，并且基于PWM输出信号来做出变速器处于正确挡位状态的决定。利用这个变型，可以同样实现所需的安全性水平。
上面，参照本发明的特定示例性实施方式描述了本发明，但是，明显地是在不背离如所附权利要求书中限定的本发明的更广泛精髓和范围的前提下，可以对本发明做出各种修改和变化。于是，说明书及其附图被认为是说明性的而非限制性的，本发明的范围仅由所附的权利要求及其等价物限定。

Claims (11)

1.一种使发动机能够安全起动的系统，包括：
单个起动继电器，所述起动继电器用于在其被致动时使发动机能够被起动；
非接触角度传感器，所述非接触角度传感器用于探测与所述发动机相连接的变速器的挡位状态；以及
控制器，所述控制器被构造成：
检查由所述非接触角度传感器探测的变速器的挡位状态；以及
在所述变速器的挡位状态在空挡或停车挡位状态时允许所述起动继电器被致动。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述非接触角度传感器被用于探测所述变速器的轴的旋转角度，以确定所述变速器的挡位状态。
3.如权利要求2所述的系统，其中，所述非接触角度传感器是磁性角度传感器。
4.如权利要求3所述的系统，其中，逻辑输出开关被集成到所述非接触角度传感器中，以输出与所述空挡或停车挡位状态相对应的逻辑状态。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述非接触角度传感器还包括两个感测单元，所述两个感测单元用于独立感测所述旋转角度，并且所述逻辑输出开关输出从来自所述两个感测单元的两个独立角度数据计算的逻辑状态。
6.如权利要求5所述的系统，其中，所述逻辑输出开关的一侧连接到所述起动继电器的线圈的一个端子以及所述控制器，且所述逻辑输出开关的另一侧连接到地，使得所述控制器检车所述角度传感器的逻辑状态，并且所述起动继电器的线圈的另一端子连接到所述控制器，使得所述起动继电器能够被所述控制器致动。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述非接触角度传感器具有与所述控制器相连接的角度输出。
8.如权利要求7所述的系统，其中，所述控制器被构造成检查所述逻辑输出开关的状态并接收所述角度传感器的角度输出，并且仅在所述逻辑输出开关的状态和所述角度输出都表示所述变速器处于空挡或停车挡位状态时，所述起动继电器才被致动。
9.如权利要求5所述的系统，其中，所述逻辑输出开关的一侧与电源相连接，且其另一侧与所述起动继电器的线圈的一个端子以及所述控制器相连接，使得所述控制器检查所述非接触角度传感器的逻辑输出状态，并且所述起动继电器的线圈的另一端子连接到所述控制器，使得所述起动继电器能够由所述控制器致动。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述非接触角度传感器具有与所述控制器相连接的角度输出。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述控制器被构造成检查所述逻辑输出开关的状态并接收所述角度传感器的角度输出，并且仅在所述逻辑输出开关的状态和所述角度输出都表示所述变速器处于空挡或停车挡位状态时，所述起动继电器才被致动。
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