CN109958758A - 基于直线电机的自动控制换挡装置 - Google Patents

Abstract

基于直线电机的自动控制换挡装置，包括直线换挡机构；所述直线换挡机构，包括：定子组件、动子组件和挡杆，挡杆穿过动子组件，动子组件在定子组件中滑动，带动挡杆运动。本申请用于自动驾驶系统，实现档位的高效率更换，可以不影响原车的操作和美观，能够用于多种车型的自动控制换挡机构。

Description

基于直线电机的自动控制换挡装置

技术领域

本发明涉及一种自动控制换挡装置，尤其涉及一种基于直线电机的自动控制换挡装置。

背景技术

在自动驾驶汽车领域，自动挡汽车的换挡控制一直没有得到很好的突破，怎样使自动挡车的停车挡位P、倒车挡位R、空挡位N、驾驶挡位D实现各种状况下的档位更换，成为了新的课题。自动驾驶最早是用于车辆道路试验，应用在代替人类驾驶员，进行汽车试验，尤其是耐久性试验的电动驾驶机器人装置上。传统的汽车试验驾驶机器人使用换挡机械手的机械传动形式进行挡位切换，这种形式的优点是定位精确，可用于多种车型，缺点是结构复杂，机械臂行程大，整机尺寸大，控制复杂。

目前自动驾驶都是在已有车型上对挡位、油门、刹车等执行机构进行改装实现自动驾驶。对于挡位改装，许多手动和自动挡车要么从底端改造拉线以达到换挡目的，要么通过体积较大的丝杠机构来控制换挡，要么通过辅助的机械臂或机械手机械换挡。这些改装对原车改造的部件较多，机构复杂，安装繁琐，对原车改动较大，影响原车的美观、操作、安全性。

在现有技术中，还没有一款真正的产品来针对不同型号的车辆，不同的挡位行程，进行自动控制换挡的装置。基本上都是针对特定车型的特定改装，很难成为模块化、系列化的产品来生产、销售、使用。随着时代进步，无人驾驶汽车作为一种新型智能汽车，通过在车辆上安装有雷达装置和各种传感器，来检测路面状况、车辆位置等周围环境信息，并将这些信息进行分析处理，最后做出判断指导车辆进行加减速和转向，从而确保汽车能够稳定、安全的行驶。

换挡装置是无人驾驶汽车的最基本机械结构之一，是无人驾驶汽车在动力性、稳定性、安全行驶方面的最重要部分。现有的无人驾驶汽车大部分是在有人驾驶汽车上进行无人化改进，尤其是在汽车的挡位上，需要将挡杆、挡柄进行改装，以便实现自动控制和操作。

一种实用新型专利名称为；基于手动挡汽车的自动换挡机构，申请号为201420212803.9，是通过拉杆和拉线带动挡杆前后、左右运动。这种方式改装的部件太多，结构复杂，主要在车上没有安装空间，没法在实车上安装使用。另一种实用新型专利名称为：一种无人驾驶换挡机构，申请号201520362610.6，是通过丝杠带动挡杆前后、左右运动。这种方式改装的部件太多，结构复杂，主要在车上没有安装空间，没法在实车上安装使用，影响原车的结构和美观。

对于以上的改装都是基于旋转电机作为动力源，而挡位运动是直线运动，故旋转电机需要通过丝杠或其它装置转换为直线运动。这种方式不容易调节挡位控制速度，挂挡速度可能很快也可能很慢，难以控制。从精度上讲，“旋转电机+滚珠丝杠”如果不加置检测反馈控制装置，重复定位精度比较低，而且受加工和安装精度的影响。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于直线电机的自动控制换挡装置，用于自动驾驶系统，实现档位的高效率更换，可以不影响原车的操作和美观，能够用于多种车型的自动控制换挡机构。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于直线电机的自动控制换挡装置，包括直线换挡机构；所述直线换挡机构，包括：定子组件、动子组件和挡杆，挡杆穿过动子组件，动子组件在定子组件中滑动，带动挡杆运动。

进一步的，所述定子组件，包括：控制电路板、定子基座；控制电路板置于定子基座上，定子基座设有导槽，所述导槽，包括导槽Ⅰ、导槽Ⅱ和导槽Ⅲ，导槽Ⅱ置于导槽Ⅰ与导槽Ⅲ之间。

进一步的，所述定子组件，还包括永磁铁、可移动限位传感器；永磁铁对称分布在导槽Ⅱ中，可移动限位传感器置于导槽Ⅰ中。

进一步的，所述永磁铁的磁极方向与导槽Ⅱ方向垂直，且永磁铁在导槽Ⅱ中的位置通过螺钉调节和固定。

进一步的，所述可移动限位传感器在导槽Ⅰ中移动，采用光敏对管进行挡杆位置的检测，用于各个档位的调整。

更进一步的，所述定子基座为多个定子基座模块插接在一起，各个定子基座模块用定子基座固定螺栓来固定。

更进一步的，所述动子组件，包括：挡杆滑槽、动子线圈、动子固定板、动子滑块；所述动子线圈下方设有动子滑块，动子线圈上方设有挡杆滑槽，动子固定板设置在动子线圈、动子滑块两侧。

更进一步的，所述挡杆滑槽上设有腰形孔，挡杆穿过腰形孔置于导槽中。

作为更进一步的，直线换挡机构固定在中空扶手箱里面。

本发明由于采用以上技术方法，能够取得如下的技术效果：

1、体积小、结构简单、不破坏原车结构实现自动换挡。

2、实现了汽车档位自动控制，能够快速换挡，且机械机构简单、定位准确、操作方便；直线电机作为动力源，其响应速度快。

3、不破坏原车结构实现自动换挡，改自动换挡机构实现手动和自动模式的自由切换，且不会对手动换挡产生阻力。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是直线换挡机构结构示意图；

图2是直线换挡机构安装结构示意图；

图3是动子组件结构示意图；

图4是定子组件结构示意图；

图5是定子基座结构示意图；

图6是动子组件与定子组件装配图。

图中序号说明：1、挡杆，2、固定螺母，3、垫圈，4、挡杆滑槽，5、固定螺栓组，6、动子固定板，7、动子线圈，8、动子滑块，9、控制电路板，10、定子基座，11、永磁铁，12、螺钉，13、定子基座固定螺栓，14、直线换挡机构，15、扶手箱,16、可移动限位传感器，17、定子基座模块,18、导槽Ⅰ，19、导槽Ⅱ，20、导槽Ⅲ。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：

实施例1

本实施例提供一种基于直线电机的自动控制换挡装置，包括直线换挡机构14；所述直线换挡机构14，包括：定子组件、动子组件和挡杆1，挡杆1穿过动子组件，动子组件在定子组件中滑动，带动挡杆1运动；

所述定子组件，包括：控制电路板9、定子基座10、永磁铁11、可移动限位传感器16；控制电路板9置于定子基座10上，定子基座10设有导槽，所述导槽，包括自上到下设置的导槽Ⅰ18、导槽Ⅱ19和导槽Ⅲ20，导槽Ⅱ19置于导槽Ⅰ18与导槽Ⅲ20之间；永磁铁11对称分布在导槽Ⅱ19中，可移动限位传感器16置于导槽Ⅰ18中，所述永磁铁11的磁极方向与导槽Ⅱ19方向垂直，且永磁铁11在导槽Ⅱ19中的位置通过螺钉12调节和固定；

所述动子组件，包括：挡杆滑槽4、动子线圈7、动子固定板6、动子滑块8；所述动子线圈7下方设有动子滑块8，动子线圈7上方设有挡杆滑槽4，动子固定板6设置在动子线圈7、动子滑块8两侧。所述挡杆滑槽4上设有腰形孔，挡杆1穿过腰形孔置于导槽中；所述动子滑块呈凸形。

直线换挡机构14固定在中空扶手箱15里面。

可选地，所述可移动限位传感器16在导槽Ⅰ18中移动，采用光敏对管进行挡杆1位置的检测，用于各个档位的调整。

可选地，所述定子基座10为多个定子基座模块17插接在一起，各个定子基座模块17用定子基座固定螺栓13来固定。

实施例2

将实施例1中所述的直线换挡机构14安装固定在中空扶手箱15里，安装前先取下换挡防尘罩，通过图2所示的多个固定螺栓把直线换挡机构14的基座固定在中控扶手箱15里面。

永磁体11固定在定子基座10上，永磁体为20mmx20mmx20mm正方体磁极，磁极方向与导槽Ⅱ19方向垂直，为了便于用于不同车型，永磁铁11在导槽Ⅱ19中的位置可以通过螺钉12调节和固定，便于挪动调整永磁体的位置。动子组件和定子组件用动子滑块8与导槽Ⅲ20配合，导槽Ⅲ20中打润滑油，使得动子滑块8能在导槽Ⅲ20中自由滑动；

动子线圈7，通电后在磁场下可以直线运动，从而带动挡杆1前后运动。挡杆滑槽4是腰形孔，通过挡杆1做圆弧运动也不受影响。动子线圈7与挡杆1连接，在脉冲的驱动下，动子组件在导槽中滑动，带动挡杆1运动。

动子固定板6、挡杆滑槽4、挡杆1采用铝合金制成，螺栓采用铜螺栓连接，这样在手动状态下，也可以自由手动挂挡，不受影响。

不同车型挡杆1的行程是不一样的，所以针对不同车型，定子基座10的长度也是不一样的。针对不同车型的不同挡杆行程，可以自由组合定子基座模块17，使得满足不同的行程要求。

可移动限位传感器16在导槽Ⅰ18中移动，采用光敏对管进行挡杆1位置的检测，用于各个档位的调整，可以根据不同车型具体P挡、R挡、D挡、N挡位置调节位置。

动子线圈7上设有动子基座连接块，固定螺母2通过垫圈3用来固定挡杆滑槽4与动子基座连接块，固定螺栓组5用来固定两侧动子固定板6。

本申请中的换挡机构能够用于多种车型；动力源不是采用普通的旋转电机而是采直线电机来作为动力源。速度控制上直线电机因其响应快，调速范围更宽，可以实现启动瞬间推动挡位，推动挡位的速度也很容易控制，高速运行时又能迅速停止。精度方面减少了旋转运动与直线运动的转换，定位精度更高。

本发明的优点和积极效果是：本自动控制换挡装置对自动挡车改装成自动驾驶车，用于测试和实用，均可作为一种有效的实施方案，安装拆卸便捷，不需要对车的总体设计进行大幅度改动，成本低，手动和自动控制能自由切换。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，包括直线换挡机构；所述直线换挡机构，包括：定子组件、动子组件和挡杆，挡杆穿过动子组件，动子组件在定子组件中滑动，带动挡杆运动。

2.根据权利要求1所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，所述定子组件，包括：控制电路板、定子基座；控制电路板置于定子基座上，定子基座设有导槽，所述导槽，包括导槽Ⅰ、导槽Ⅱ和导槽Ⅲ，导槽Ⅱ置于导槽Ⅰ与导槽Ⅲ之间。

3.根据权利要求2所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，所述定子组件，所述定子组件，还包括永磁铁、可移动限位传感器；永磁铁对称分布在导槽Ⅱ中，可移动限位传感器置于导槽Ⅰ中。

4.根据权利要求3所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，所述永磁铁的磁极方向与导槽Ⅱ方向垂直，且永磁铁在导槽Ⅱ中的位置通过螺钉调节和固定。

5.根据权利要求3所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，可移动限位传感器在导槽Ⅰ中移动，采用光敏对管进行挡杆位置的检测，用于各个档位的调整。

6.根据权利要求2所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，所述定子基座为多个定子基座模块插接在一起，各个定子基座模块用定子基座固定螺栓来固定。

7.根据权利要求1所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，所述动子组件，包括：挡杆滑槽、动子线圈、动子固定板、动子滑块；所述动子线圈下方设有动子滑块，动子线圈上方设有挡杆滑槽，动子固定板设置在动子线圈、动子滑块两侧；动子滑块置于导槽Ⅲ中。

8.根据权利要求7所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，所述挡杆滑槽上设有腰形孔，挡杆穿过腰形孔置于导槽中。

9.根据权利要求1-8任一项所述基于直线电机的自动控制换挡装置，其特征在于，直线换挡机构固定在中空扶手箱里面。