CN106763723B - 线控换挡器挡位自学习方法、系统以及线控换挡器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线控换挡器挡位自学习方法、系统以及线控换挡器系统，所述方法包括：驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；根据所述PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。本发明的技术便于实现线控换挡器的精确换挡。

Description

线控换挡器挡位自学习方法、系统以及线控换挡器系统

技术领域

本发明涉及汽车挡位技术领域，特别是涉及一种线控换挡器挡位自学习方法、系统以及线控换挡器系统。

背景技术

线控换挡器不同于常规换挡器，常规换挡器是通过拉索推动或拉动自动挡变速器摇臂实现换挡，而线控换挡器是采用电机直接推动或拉动自动挡变速器摇臂实现换挡，通过自动挡变速器的摇臂精确位移，从而实现精准换挡。为了实现上述目标，通常在自动变速器换挡轴上面加装旋转霍尔传感器(角度传感器)。旋转霍尔传感器与电机组成一个闭环控制系统，从而确保电机推动或拉动变速器摇臂精准换挡。

旋转霍尔传感器与电机组成的闭环系统，要求旋转霍尔传感器必须能精确反馈自动变速器的实际挡位，更具体的就是自动变速器摇臂的实际位移(即换挡轴旋转角度)。

旋转霍尔传感器装在自动变速器上，由于产品误差、机械工差、安装误差等原因，容易导致同一种挡位，不同线控换挡器产品对应的旋转霍尔传感器PWM波占空比值不同，因此不能采用旋转霍尔传感器PWM波占空比值与自动变速器挡位一一对应的固定值方式，难以实现线控换挡器的精确换挡。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种线控换挡器挡位自学习方法、系统以及线控换挡器系统，使电机与旋转霍尔传感器组成精密的闭环系统，实现线控换挡器的精确换挡。

一种线控换挡器挡位自学习方法，包括：

驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；

驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；

根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；

根据所述PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。

一种线控换挡器挡位自学习系统，包括：

第一检测模块，用于驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，读取变挡箱的挡位信号，挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；

第二检测模块，用于驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，读取变挡箱的挡位信号，挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；

计算模块，用于根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；

确定模块，用于根据所述PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。

一种线控换挡器系统，包括：SCM控制器、电机、TCU控制器、执行机构以及旋转霍尔传感器；其中，所述旋转霍尔传感器连接换挡轴；

所述SCM控制器通过电信号驱动电机，电机通过执行机构推动或拉动换挡轴，所述旋转霍尔传感器用于感知换挡轴的旋转角度；TCU控制器用于获取挡位信号，并发送至SCM控制器；所述SCM控制器还用于执行上述的线控换挡器挡位自学习方法。

上述线控换挡器挡位自学习方法、系统以及线控换挡器系统，通过驱动电机推动挡位的换挡轴角度变化，通过旋转霍尔传感器记录数据，学习出变速箱各个挡位对应的PWM波占空比，吸收旋转霍尔传感器的工差，获取换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位之间精确的对应关系，使系统控制器侧与挡位控制器侧判挡位置一致，便于实现线控换挡器的精确换挡。

附图说明

图1是本发明实施例的线控换挡器挡位自学习方法流程图；

图2是学习变速箱的挡位工差中间值的示例图；

图3是换挡轴旋转角度与挡位关系图；

图4是本发明实施例的线控换挡器挡位自学习系统结构示意图；

图5是一实施例的线控换挡器系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图阐述本发明的线控换挡器挡位自学习方法和系统的实施例。

为了便于说明，以下实施例中，是以挡位依次包括P、R、N、D、S挡的线控换挡器为例进行说明，可以理解的是，其他类型的线控换挡器原理相同。

参考图1，图1是本发明实施例的线控换挡器挡位自学习方法流程图，可以包括如下步骤：

S101，驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；

以P、R、N、D、S挡的线控换挡器为例，在旋转霍尔传感器角度最小时，可以驱动电机推动挡位向S挡方向运动，当挡位信号切换为R、N、D、S时，分别记录为R、N、D、S挡的初始位置，并分别记录R挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Ri)、N挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Ni)、D挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Di)、S挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Si)。

作为实施例，对于P挡的初始位置PWM波占空比Duty Ratio(Pi)，可以在挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动过程中进行检测，在挡位信号变为P挡后，增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变小时，确定该对应位置为P挡起始位置，将对应的旋转霍尔传感器PWM波占空比记为P挡的初始位置PWM波占空比DutyRatio(Pi)。

S102，驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；

以P、R、N、D、S挡的线控换挡器为例，在旋转霍尔传感器角度最大时，驱动电机推动挡位向P挡方向运动，当挡位信号切换为D、N、R、P时，分别记录为D、N、R、P挡的终点位置，并分别记录D挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(De)、N挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Ne)、R挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Re)、P挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Pe)。

作为实施例，对于S挡的终点位置PWM波占空比Duty Ratio(Se)，在挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增大的方向运动过程中进行检测，在挡位信号变为S挡后，增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变大时，确定该对应位置为S挡终点位置，将对应的旋转霍尔传感器PWM波占空比记为S挡的终点位置PWM波占空比Duty Ratio(Se)。

S103，根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；

在一个实施例中，所述PWM波占空比值可以去初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比的平均值，计算公式如下：

其中，Duty Ratio(P)、Duty Ratio(R)、Duty Ratio(N)、Duty Ratio(D)、DutyRatio(S)分别为P、R、N、D、S挡对应的PWM波占空比值；

Duty Ratio(Pi)、Duty Ratio(Ri)、Duty Ratio(Ni)、Duty Ratio(Di)、DutyRatio(Si)分别为P、R、N、D、S挡的初始位置对应的PWM波占空比；

Duty Ratio(Se)、Duty Ratio(De)、Duty Ratio(Ne)、Duty Ratio(Re)、DutyRatio(Pe)分别为S、D、N、R、P挡的终点位置对应的PWM波占空比。

另外，为了获得更高的精确度，可以进行多次检测，获取各个挡位多次记录的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比的平均值，并计算所述PWM波占空比值。

S104，根据所述PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。

上述步骤中，由于线控换挡中，PWM波占空比值与旋转霍尔传感器角度存在对应关系，因此，由PWM波占空比值即可确定霍尔传感器角度与挡位对应关系。

通过上述技术方案，能学习出各个变速箱P、R、N、D、S挡对应的旋转霍尔传感器角度值所对应表示的PWM波占空比，通过学习变速箱各挡位工差值的中间值，吸收旋转霍尔传感器的工差(如±2％)，使系统控制器侧与挡位控制器侧判挡位置一致，便于实现线控换挡器的精确换挡。

参考图2所示，图2是学习变速箱的挡位工差中间值的示例图；从图中可见，电机推动换挡轴运行，旋转霍尔传感器角度从小增加到最大角度，然后再从最大减小到最小角度，完成一次循环的检测；左侧箭头线是从角度最小开始，向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，其中，圆点标记的位置就是各个挡位的初始位置，方形点标记的位置是各个挡位的终点位置。通过上述方式，一个循环后得到各个挡位初始位置和终点位置的PWM波占空比。

参考图3所示，图3是换挡轴旋转角度与挡位关系图，结合表1，表1所示为变速箱挡位与换挡轴旋转角度关系。

表1

挡位	P	R	N	D	S
						角度值	0°	17.77°	27.6°	37.43°	47.56°
角度公差	-3°～2.2°	±2.2°	±2.2°	±2.2°	-2.2°～3°

从表1可看出，变速箱挡位与换挡轴旋转角度还存在工差范围，当换挡轴旋转角度进入某一挡的工差范围内时，变速箱会切换到该挡状态。

从图3中可以看出，变速箱在P挡时，换挡轴旋转到0°位置；变速箱在R挡时，换挡轴旋转到17.77°位置；变速箱在N挡时，换挡轴旋转到27.6°位置；变速箱D挡时，换挡轴旋转到37.43°位置；变速箱在S挡时，换挡轴旋转到47.56°位置。

在上述方案中，旋转霍尔传感器输出信号一般是固定频率的PWM波，不同的变速器挡位对应的旋转霍尔传感器PWM波占空比值不同，通过线控换挡器挡位自学习方法，可以使每个线控换挡器产品下线或更换后，能通过自学习获得旋转霍尔传感器PWM波占空比值与自动变速器挡位(即换挡轴旋转角度)的精确对应关系。

参考图4所示，图4是本发明实施例的线控换挡器挡位自学习系统结构示意图，包括：

第一检测模块101，用于驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，读取变挡箱的挡位信号，挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；

第二检测模块102，用于驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，读取变挡箱的挡位信号，挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；

计算模块103，用于根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；

确定模块104，用于根据所述PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。

本发明的线控换挡器挡位自学习系统与本发明的线控换挡器挡位自学习方法一一对应，在上述线控换挡器挡位自学习方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于线控换挡器挡位自学习系统的实施例中，特此声明。

下面结合附图阐述线控换挡器系统的实施例。

基于上述的线控换挡器挡位自学习方法，本发明实施例提供了一种实施该方法的线控换挡器系统方案。

参考图5所示，图5是一实施例的线控换挡器系统的结构框图；包括：SCM(SingleChip Microcomputer，单片微型计算机)控制器、电机、TCU(Transmission Control Unit，自动变速箱控制单元)控制器、执行机构以及旋转霍尔传感器；其中，所述旋转霍尔传感器连接换挡轴；

所述SCM控制器通过电信号驱动电机，电机通过执行机构推动或拉动换挡轴，所述旋转霍尔传感器用于感知换挡轴的旋转角度；TCU控制器用于获取挡位信号，并发送至SCM控制器；其特征在于，所述SCM控制器还用于执行本发明任一实施例的线控换挡器挡位自学习方法。

对于线控换挡器系统的结构，如图5，主要包括SCM控制器、电机、执行机构、换挡轴、旋转霍尔传感器、TCU控制器；其中，SCM控制器是线控换挡控制器，电机可以包括各种直流电机，执行机构可以包括换向装置、减速机构和摇臂等，旋转霍尔传感器是一种角度传感器，TCU控制器为变速箱控制器。

SCM控制器通过电信号驱动电机，电机通过执行机构推动或拉动换挡轴，实现变速器换挡功能；同时，SCM控制器通过旋转霍尔传感器感知换挡轴旋转角度(即变速箱挡位变化)；TCU控制器通过变速箱内部传感器感知变速箱挡位变化，并通过CAN总线，把变速箱当前挡位告知SCM控制器。SCM控制器为整个系统控制中心，所有的控制策略都通过SCM控制器进行逻辑判断后实施。SCM控制器通过电机驱动执行机构推动或拉动换挡轴，实现变速器换挡。SCM控制器通过旋转霍尔传感器采集换挡轴旋转角度，同时从CAN总线收集TCU控制器获得变速箱的挡位信息。

如图2左侧箭头，当摇臂推动换挡轴旋转到上止点(机械限位)时，TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于P挡状态。假定摇臂推动换挡轴从上止点(P挡顶端位置)往下止点(S挡底端位置)转动，TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于P挡状态，持续到R挡的工差上边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于R挡状态，从R挡的工差上边界持续到N挡的工差上边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于N挡状态，从N挡的工差上边界持续到D挡的工差上边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于D挡状态，从D挡的工差上边界持续到S挡的工差上边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于S挡状态，从S挡的工差上边界持续到S挡的工差下边界(机械下止点)。

如图2右侧箭头，当换挡轴处于S挡的工差下边界(机械下止点)位置，假定摇臂推动换挡轴从下止点(S挡底端位置)往上止点(P挡顶端位置)转动，TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于S挡状态，从S挡的工差下边界(机械下止点)持续到D挡的工差下边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于D挡状态，从D挡的工差下边界持续到N挡的工差下边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于N挡状态，从N挡的工差下边界持续到R挡的工差下边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于R挡状态，从R挡的工差下边界持续到P挡的工差下边界；TCU控制器通过CAN总线对外发送变速箱处于P挡状态，从P挡的工差下边界持续到P挡的工差上边界(机械上止点)；变速箱挡位的工差边界，一般是由变速箱下线或出厂时标定(固定角度值)。

自学习过程中，缓慢增加电机驱动PWM波占空比值，使电机驱动档位缓慢向P档方向移动；当TCU档位信号变为P档(SCM控制器通过CAN总线获知)，且增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变小，记该位置为初始P档位置，记录此时旋转霍尔传感器的PWM波占空比。

驱动电机缓慢推动档位向S档方向运动，直到TCU控制器的档位信号变为S档(SCM控制器通过CAN总线获知)，且增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变大，记该位置为终点S档位置，记录此时旋转霍尔传感器的PWM波占空比。通过CAN总线读取TCU控制器的档位信号，当切换为R、N、D、S时，记录初始R、N、D、S档位置的PWM波占空比。

驱动电机缓慢推动档位向P档方向运动，直到TCU控制器的档位信号变为P档，且增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变小，记该位置为初始P档。通过CAN总线读取TCU控制器的档位信号，当通过CAN读取TCU档位信号切换为R、N、D、S时，记录终点P、R、N、D档位置的PWM波占空比。

然后执行多次上述检测，取各位置平均值。用各位置平均值计算P、R、N、D、S档位的学习值(PWM波占空比值)。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，包括：

驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；

驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，当挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；

根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；

根据所述各个挡位的对应的PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。

2.根据权利要求1所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，所述挡位依次包括P、R、N、D、S挡。

3.根据权利要求2所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，在旋转霍尔传感器角度最小时，驱动电机推动挡位向S挡方向运动，当挡位信号切换为R、N、D、S时，分别记录为R、N、D、S挡的初始位置，并分别记录R挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Ri)、N挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Ni)、D挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Di)、S挡位初始位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Si)。

4.根据权利要求3所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，在挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动过程中，在挡位信号变为P挡后，增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变小时，确定该对应位置为P挡起始位置，将对应的旋转霍尔传感器PWM波占空比记为P挡的初始位置PWM波占空比Duty Ratio(Pi)。

5.根据权利要求2所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，在旋转霍尔传感器角度最大时，驱动电机推动挡位向P挡方向运动，当挡位信号切换为D、N、R、P时，分别记录为D、N、R、P挡的终点位置，并分别记录D挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(De)、N挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Ne)、R挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Re)、P挡位终点位置对应的PWM波占空比Duty Ratio(Pe)。

6.根据权利要求5所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，在挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增大的方向运动过程中，在挡位信号变为S挡后，增大电机驱动PWM波占空比值而不能使旋转霍尔传感器的PWM波变大时，确定该对应位置为S挡终点位置，将对应的旋转霍尔传感器PWM波占空比记为S挡的终点位置PWM波占空比Duty Ratio(Se)。

7.根据权利要求1所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，所述PWM波占空比值等于初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比的平均值。

8.根据权利要求7所述的线控换挡器挡位自学习方法，其特征在于，获取各个挡位多次记录的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比的平均值，并计算所述PWM波占空比值。

9.一种线控换挡器挡位自学习系统，其特征在于，包括：

第一检测模块，用于驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度增加的方向运动，读取变挡箱的挡位信号，挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的初始位置，并记录旋转霍尔传感器对应的初始位置PWM波占空比；

第二检测模块，用于驱动电机推动挡位向换挡轴的旋转霍尔传感器角度减小的方向运动，读取变挡箱的挡位信号，挡位信号切换为任一新的挡位时，记录该挡位的终点位置，并记录旋转霍尔传感器对应的终点位置PWM波占空比；

计算模块，用于根据各个挡位的初始位置PWM波占空比和终点位置PWM波占空比计算出各个挡位的对应的PWM波占空比值；

确定模块，用于根据所述各个挡位的对应的PWM波占空比值确定换挡轴的旋转霍尔传感器角度与挡位对应关系。

10.一种线控换挡器系统，包括：SCM控制器、电机、TCU控制器、执行机构以及旋转霍尔传感器；其中，所述旋转霍尔传感器连接换挡轴；

所述SCM控制器通过电信号驱动电机，电机通过执行机构推动或拉动换挡轴，所述旋转霍尔传感器用于感知换挡轴的旋转角度；TCU控制器用于获取挡位信号，并发送至SCM控制器；其特征在于，所述SCM控制器还用于执行权利要求1至8任一项所述的线控换挡器挡位自学习方法。