CN111006007A - 汽车、旋钮换挡机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车、旋钮换挡机构及其控制方法，该旋钮换挡机构包括旋钮和步进电机，旋钮的转轴与步进电机的转子固接；还包括控制模块和检测模块；检测模块用于检测旋钮的当前挡位位置及旋转行程；控制模块用于根据旋钮的当前挡位位置，控制步进电机给对应于当前挡位位置的定子绕组供电，还用于判断旋钮自当前挡位位置向目标挡位位置旋转超过第一设定位置时，控制步进电机使对应于当前挡位位置的定子绕组失电，并且用于判断旋钮自当前挡位位置向目标挡位位置旋转超过第二设定位置时，控制步进电机给对应于目标挡位位置的定子绕组供电；该旋钮换挡机构的结构简单，占用空间小，同时取消了机械结构，规避了因机械结构导致的磨损和NVH问题。

Description

汽车、旋钮换挡机构及其控制方法

技术领域

本发明涉及换挡技术领域，特别是涉及一种汽车、旋钮换挡机构及其控制方法。

背景技术

请参考图1，图1为现有旋钮换挡机构的剖面示意图。

如图所示，传统的旋钮换挡机构在换挡时，通过旋钮1’带动齿形板2’旋转，子弹头3’根据齿形板2’的齿形上下运动而压缩弹簧4’产生换挡操纵力。当需要从非P挡回位至P挡时，电机5’带动齿轮6’，使齿轮6’与齿形板2’啮合并带动齿形板2’回位至P挡。

如上，该旋钮换挡机构的换挡动作和非P挡回位至P挡，由两套相对独立的机构完成，其中，换挡动作完全依靠机械结构；实际设置时，换挡机构的空间需求大，同时因涉及机械结构，长期运行后存在机械磨损问题，同时因机械结构导致的NVH(噪声、振动与声振粗糙度)问题难以彻底解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车、旋钮换挡机构及其控制方法，该旋钮换挡机构的结构简单，占用空间小，同时取消了机械结构，规避了因机械结构导致的磨损和NVH问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种旋钮换挡机构，包括旋钮和步进电机，所述旋钮的转轴与所述步进电机的转子固接，沿所述旋钮的周向设有三个以上的挡位位置；还包括通信连接的控制模块和检测模块；

所述检测模块用于检测所述旋钮的当前挡位位置及旋转行程；

所述控制模块用于根据所述旋钮的所述当前挡位位置，控制所述步进电机给对应于所述当前挡位位置的定子绕组供电；

所述控制模块还用于判断所述旋钮自所述当前挡位位置向目标挡位位置旋转超过第一设定位置时，控制所述步进电机使对应于当前挡位位置的定子绕组失电，并且用于判断所述旋钮自所述当前挡位位置向所述目标挡位位置旋转超过第二设定位置时，控制所述步进电机给对应于目标挡位位置的定子绕组供电；

其中，所述第一设定位置和所述第二设定位置均位于所述当前挡位位置与所述目标挡位位置之间，并，所述第一设定位置靠近所述当前挡位位置，所述第二设定位置靠近所述目标挡位位置。

如上，本发明提供的旋钮换挡机构，将旋钮的转轴与步进电机的转子固接，还设有控制模块和检测模块，检测模块能够检测旋钮的当前挡位位置及旋转行程，控制模块能够根据检测模块传递的信号控制步进电机的定子绕组通、断电以实现挡位的保持及挡位的切换。

具体地，控制模块能够根据检测模块检测到的旋钮的当前挡位位置，控制步进电机对对应于该当前挡位位置的定子绕组保持供电状态，这样，旋钮能够保持在该当前挡位位置，当需要切换挡位时，向目标挡位位置旋转旋钮，旋钮旋转超过第一设定位置时，控制模块控制步进电机切断与当前挡位位置对应的定子绕组的供电，将旋钮旋转至第二设定位置时，控制模块控制步进电机给与目的挡位位置对应的定子绕组供电，结合人为旋转力及定子绕组对步进电机的转子的吸引力，可快速将旋钮旋转至目标挡位位置，并保持对与目标挡位位置对应的定子绕组的持续供电，以确保挡位保持在目标挡位位置。

由上可见，本发明提供的旋钮换挡机构，换挡动作主要依靠的是信号控制，取消了背景技术中齿形板、子弹头和弹簧等机械结构，也就相应地规避了因机械结构导致的磨损和NVH问题，同时，因相关机械结构的取消，大幅度减小了旋钮换挡机构所占空间，使车内布置更加灵活。另外，由于换挡依靠信号控制，所以可以通过修改相关控制参数来调整旋钮的换挡力和各挡位行程，从而操作者能够根据自身需求来设定。

如上所述的旋钮换挡机构，所述检测模块具体为角度传感器。

如上所述的旋钮换挡机构，所述第一设定位置为所述当前挡位位置至所述目标挡位位置之间行程的8～12％，所述第二设定位置为所述当前挡位位置至所述目标挡位位置之间行程的88～92％。

如上所述的旋钮换挡机构，每个挡位位置与下一挡位位置之间的设定行程根据所述步进电机的定子绕组的数目确定。

如上所述的旋钮换挡机构，还包括与所述控制模块通信连接的存储模块，其预存有各挡位位置与所述步进电机的定子绕组的对应关系和每个挡位位置与下一挡位位置之间的设定行程。

如上所述的旋钮换挡机构，沿所述旋钮的周向具体设有四个挡位位置；所述存储模块还预存有各挡位位置与挡位信号的初始对应关系；

所述控制模块还用于接收刹车信号和熄火信号后，设定熄火时所述旋钮所处的挡位位置对应P挡信号，且，沿所述旋钮的换挡旋转方向，设定其余三个所述挡位位置顺次对应R挡信号、N挡信号和D挡信号。

如上所述的旋钮换挡结构，所述控制模块还能够通过调节所述步进电机给其定子绕组的供电电流大小来调节电磁力大小，以便于调节所述旋钮的挡位切换力大小。

本发明还提供一种汽车，包括整车控制器和旋钮换挡机构，所述旋钮换挡机构为上述任一项所述的旋钮换挡机构，所述控制模块与所述整车控制器通信连接，所述控制模块用于向所述整车控制器发送换挡信号。

由于上述旋钮换挡机构具有上述技术效果，所以包括该旋钮换挡机构的汽车也具有同样的技术效果，此处不再赘述。

本发明还提供一种旋钮换挡机构的控制方法，所述旋钮换挡机构包括旋钮和步进电机，所述旋钮的转轴与所述步进电机的转子固接，所述控制方法包括：

启动后，检测所述旋钮所处的当前挡位位置，并控制所述步进电机给与所述当前挡位位置对应的定子绕组供电；

切换挡位时，向目标档位位置旋转所述旋钮，判断所述旋钮的旋转行程超过第一设定位置时，控制所述步进电机使与所述当前挡位位置对应的定子绕组失电；判断所述旋钮的旋转行程超过第二设定位置时，控制所述步进电机给与所述目标挡位位置对应的定子绕组供电。

该控制方法与上述旋钮换挡机构的原理一致，也具有相同的技术效果，此处不再赘述。

如上所述的旋钮换挡机构的控制方法，所述旋钮旋转至所述目标挡位位置后，控制所述步进电机保持对与所述目标挡位位置对应的定子绕组的供电。

如上所述的旋钮换挡机构的控制方法，沿所述旋钮的周向设置有四个挡位位置；所述控制方法还包括：

停车后，设定停车时所述旋钮所处的挡位位置为P挡，沿所述旋钮的换挡旋转方向，设定其余三个所述挡位位置顺次为R挡、N挡和D挡。

附图说明

图1为现有旋钮换挡机构的剖面示意图；

图2为本发明所提供旋钮换挡机构的旋钮与步进电机相配合的侧视图；

图3为图2中步进电机的剖面示意图。

图1中：

旋钮1’，齿形板2’，子弹头3’，弹簧4’，电机5’，齿轮6’；

图2和图3中：

旋钮10，转轴11，步进电机20，转子21，定子绕组L1、L2、L3、L4。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种汽车、旋钮换挡机构及其控制方法，该旋钮换挡机构的结构简单，占用空间小，同时取消了机械结构，规避了因机械结构导致的磨损和NVH问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

为便于理解和描述简洁，下文结合汽车、旋钮换挡机构及其控制方法一并说明，有益效果部分不再重复论述。

请参考图2和图3，图2为本发明所提供旋钮换挡机构的旋钮与步进电机相配合的侧视图；图3为图2中步进电机的剖面示意图。

汽车包括旋钮换挡机构和整车控制器，其中，旋钮换挡机构与整车控制器通信连接。

该实施例中，旋钮换挡机构包括旋钮10和步进电机20，旋钮10的转轴11与步进电机20的转子21固接，也就是说，旋钮10旋转时，步进电机20的转子21随之旋转。具体地，旋钮10的转轴11与步进电机20的转子可通过卡接的方式固定在一起。

另外，沿旋钮10的周向设有三个以上的挡位位置。

该旋钮换挡机构还包括通信连接的控制模块和检测模块，其中，旋钮换挡机构通过控制模块与整车控制器通信连接，以发送和接收相关挡位信号。

其中，检测模块用于检测旋钮10的当前挡位位置及旋转行程。

控制模块用于根据旋钮10的当前挡位位置，控制步进电机20给对应于当前挡位位置的定子绕组供电，可以理解，控制模块同时还能够发送当前挡位位置对应的挡位信号至整车控制器。

控制模块还用于判断旋钮10自当前挡位位置向目标挡位位置旋转超过第一设定位置时，控制步进电机20使对应于当前挡位位置的定子绕组失电，并且用于判断旋钮10自当前挡位位置向目标挡位位置旋转超过第二设定位置时，控制步进电机20给对应于目标挡位位置的定子绕组供电。可以理解，控制模块同时还能够发送对应的换挡信号至整车控制器。

其中，第一设定位置和第二设定位置均位于当前挡位位置与目标挡位位置之间，并第一设定位置靠近当前挡位位置，第二设定位置靠近目标挡位位置。

该旋钮换挡机构的控制方法包括：

汽车启动后，检测旋钮10所处的当前挡位位置，并控制步进电机20给与当前挡位位置对应的定子绕组供电；可以理解，正常来说，汽车启动后，旋钮10所处的挡位位置为P挡。

行驶过程中，需要切换挡位时，向目标挡位位置旋转旋钮10，可以理解，通过驾驶员来手动旋转旋钮10，在此过程中，检测模块实时检测旋钮10的旋转行程并反馈给控制模块，控制模块判断旋钮10的旋转行程超过第一设定位置时，控制步进电机20使与当前挡位位置对应的定子绕组失电；继续旋转旋钮10，控制模块判断旋钮10的旋转行程超过第二设定位置时，控制步进电机给与目标挡位位置对应的定子绕组供电，同时发出与目标挡位位置相对应的挡位信号至整车控制器，以便整车控制器控制以实现挡位的切换。

具体地，在旋钮10旋转至目标挡位位置后，控制步进电机20保持对于目标挡位位置对应的定子绕组的供电，以确保挡位保持在目标挡位位置。

可以理解，挡位位置的保持是依靠步进电机20对应的定子绕组通电而与其转子21之间产生的磁性吸引力，在换挡时，人为旋转旋钮10即需要克服该磁性吸引力而转动旋钮。

具体地，控制模块还能够调节步进电机20给其定子绕组的供电电流大小，从而调节电磁力大小，进而调节旋钮10的挡位切换力大小，这样可根据使用者的需求来调节旋钮10固定在挡位的相对固定力。

如上，该旋钮换挡机构的控制模块能够根据检测模块检测到的旋钮10的当前挡位位置，控制步进电机20对对应于该当前挡位位置的定子绕组保持供电状态，这样，旋钮10能够保持在该当前挡位位置，当需要切换挡位时，向目标挡位位置旋转旋钮10，旋钮10旋转超过第一设定位置时，控制模块控制步进电机20切断与当前挡位位置对应的定子绕组的供电，将旋钮10旋转至第二设定位置时，控制模块控制步进电机20给与目的挡位位置对应的定子绕组供电，结合人为旋转力及定子绕组对步进电机20的转子21的吸引力，可快速将旋钮10旋转至目标挡位位置，并保持对与目标挡位位置对应的定子绕组的持续供电，以确保挡位保持在目标挡位位置。

由上可见，该旋钮换挡机构，对挡位的保持及挡位的切换均通过信号来控制，取消了背景技术中齿形板、子弹头和弹簧等机械结构，也就相应地规避了因机械结构导致的磨损和NVH问题，同时，因相关机械结构的取消，大幅度减小了旋钮换挡机构所占空间，使车内布置更加灵活。

另外，由于换挡依靠信号控制，所以可以通过修改相关控制参数来调整旋钮10的换挡力和各挡位行程，从而操作者能够根据自身需求来设定。

具体的方案中，该旋钮换挡机构还包括与控制模块通信连接的存储模块，其预存有各挡位位置与步进电机20的定子绕组的对应关系和每个挡位位置与下一挡位位置之间的设定行程，以便控制模块调用进行相应控制。

因为该旋钮换挡机构的换挡主要通过信号控制，所以进一步的方案中，可以不必使挡位位置与挡位一一对应，下面以旋钮换挡机构具体设有四个挡位位置，步进电机20具有四个定子绕组L1、L2、L3和L4为例来说明。

为便于说明，四个挡位位置沿旋钮10的周向均匀分布，参考图3，四个挡位位置分别为图中表示的S1、S2、S3和S4，可以理解，相邻两挡位之间的设定行程即为90度，也就是说，旋钮10从当前挡位位置旋转90度即可切换至下一挡位位置。

该旋钮换挡机构的四个挡位具体为P挡、R挡、N挡和D挡。

具体地，存储模块还预存有各挡位位置与挡位信号的初始对应关系。

假设初始设定时，各挡位位置与挡位信号的初始对应关系为：挡位位置S1对应P挡信号，挡位位置S2对应R挡信号，挡位位置S3对应N挡信号，挡位位置S4对应D挡信号。

汽车初次启动后，旋钮换挡机构上电，检测模块检测到旋钮10处于S1挡位位置，控制模块接收检测信号后，控制步进电机20使其给定子绕组L1供电，并发送P挡信号至整车控制器。

以从当前挡位P挡(挡位位置S1)切换至R挡(挡位位置S2)为例，以图3所示方位，顺时针旋转旋钮10，当旋钮10旋转至第一设定位置S11时，控制模块发送切断定子绕组L1供电的信号至步进电机20，继续旋转旋钮10，当旋钮10旋转至第二设定位置S12时，控制模块发送给定子绕组L2供电的信号至步进电机20，此时，由于第二设定位置靠近挡位位置S2，定子绕组L2处于通电状态，所以在人为旋转力和定子绕组L2对步进电机20的转子21的吸引力的双重作用下，旋钮10会迅速转动至挡位位置S2，也就是保持在R挡，控制模块发送R挡信号至整车控制器，以切换挡位为R挡。

汽车停车时，若旋钮10处于挡位位置S4，也就是说停车时的挡位为D挡，那么在停车后，控制模块接收到刹车信号和熄火信号后，设定挡位位置S4对应P挡信号，且沿着旋钮10的换挡旋转方向(图3所示为顺时针方向)，其余三个挡位位置S1、S2和S3顺次对应R挡信号、N挡信号和D挡信号。

也就是说，在汽车停车熄火后，控制模块设定熄火时旋钮10所处的挡位位置对应P挡信号，沿着旋钮10的换挡旋转方向，其余挡位位置顺次与设定挡位顺序的各挡位信号对应。

那么，当汽车再次启动时，挡位位置S4即为P挡，挡位位置S1即为R挡，挡位位置S2即为N挡，挡位位置S3即为D挡，行驶过程中的换挡操作与前述类似，再次停车时的操作也与上述类似，不再重复。

如上，在汽车停车熄火后，无需人为旋转旋钮10以回位P挡，控制模块能够将停车熄火时所处的挡位位置赋予P挡信号，其余挡位位置以该P挡为准赋予相应挡位信号，换句话说，任意当前挡位均可通过信号变换变为P挡；这样设置后，可省去驾驶员的操作，也可避免因驾驶员忘记回位P挡造成的安全隐患。

可以理解，在汽车停车熄火后，驾驶员也可旋转旋钮10使旋钮10回位该次驾驶中的P挡，这样，下次驾驶时的挡位位置与挡位的对应关系与该次驾驶相同。

图示方案中，沿旋钮10的周向，各挡位位置均布，这样，每个挡位位置与下一挡位位置之间的行程相同，便于控制。可以理解，实际中可以根据需求来设定挡位位置的具体数目及排布，相应地，选取合适的步进电机20，以确保每个挡位位置都能够有对应的定子绕组。也就是说，步进电机20的定子绕组的数目决定了挡位之间的行程调节精度，或者可以说，通过步进电机20的定子绕组的数目可以调节挡位行程大小。

具体的方案中，检测模块可以选用角度传感器，具体设置时可预先设定零度位置，角度传感器通过检测旋钮10相对零度位置的偏移角度确定旋钮10所处的位置；以图3所示，比如将挡位位置S1标记为零度位置，那么相应地，当角度传感器检测到旋钮10旋转行程为90度时，旋钮10即处于挡位位置S2，依次类推。

具体的方案中，前述第一设定位置可以为当前挡位位置与目标挡位位置之间行程的8～12％，第二设定位置可以为当前挡位位置与目标挡位位置之间行程的88～92％；可以理解，实际设置时，可以根据需要做调整。

以上对本发明所提供的一种汽车、旋钮换挡机构及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.旋钮换挡机构，其特征在于，包括旋钮和步进电机，所述旋钮的转轴与所述步进电机的转子固接，沿所述旋钮的周向设有三个以上的挡位位置；还包括通信连接的控制模块和检测模块；

所述检测模块用于检测所述旋钮的当前挡位位置及旋转行程；

所述控制模块用于根据所述旋钮的所述当前挡位位置，控制所述步进电机给对应于所述当前挡位位置的定子绕组供电；

所述控制模块还用于判断所述旋钮自所述当前挡位位置向目标挡位位置旋转超过第一设定位置时，控制所述步进电机使对应于当前挡位位置的定子绕组失电，并且用于判断所述旋钮自所述当前挡位位置向所述目标挡位位置旋转超过第二设定位置时，控制所述步进电机给对应于所述目标挡位位置的定子绕组供电；

其中，所述第一设定位置和所述第二设定位置均位于所述当前挡位位置与所述目标挡位位置之间，并，所述第一设定位置靠近所述当前挡位位置，所述第二设定位置靠近所述目标挡位位置。

2.根据权利要求1所述的旋钮换挡机构，其特征在于，所述检测模块具体为角度传感器。

3.根据权利要求2所述的旋钮换挡机构，其特征在于，所述第一设定位置为所述当前挡位位置至所述目标挡位位置之间行程的8～12％，所述第二设定位置为所述当前挡位位置至所述目标挡位位置之间行程的88～92％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的旋钮换挡机构，其特征在于，还包括与所述控制模块通信连接的存储模块，其预存有各挡位位置与所述步进电机的定子绕组的对应关系和每个挡位位置与下一挡位位置之间的设定行程。

5.根据权利要求4所述的旋钮换挡机构，其特征在于，每个挡位位置与下一挡位位置之间的设定行程根据所述步进电机的定子绕组的数目确定。

6.根据权利要求4所述的旋钮换挡机构，其特征在于，沿所述旋钮的周向具体设有四个挡位位置；所述存储模块还预存有各挡位位置与挡位信号的初始对应关系；

所述控制模块还用于接收刹车信号和熄火信号后，设定熄火时所述旋钮所处的挡位位置对应P挡信号，且，沿所述旋钮的换挡旋转方向，设定其余三个所述挡位位置顺次对应R挡信号、N挡信号和D挡信号。

7.根据权利要求1-3任一项所述的旋钮换挡机构，其特征在于，所述控制模块还能够通过调节所述步进电机给其定子绕组的供电电流大小来调节电磁力大小，以便于调节所述旋钮的挡位切换力大小。

8.汽车，包括整车控制器和旋钮换挡机构，其特征在于，所述旋钮换挡机构为权利要求1-7任一项所述的旋钮换挡机构，所述控制模块与所述整车控制器通信连接，所述控制模块用于向所述整车控制器发送换挡信号。

9.旋钮换挡机构的控制方法，所述旋钮换挡机构包括旋钮和步进电机，所述旋钮的转轴与所述步进电机的转子固接，其特征在于，所述控制方法包括：

启动后，检测所述旋钮所处的当前挡位位置，并控制所述步进电机给与所述当前挡位位置对应的定子绕组供电；

切换挡位时，向目标档位位置旋转所述旋钮，判断所述旋钮的旋转行程超过第一设定位置时，控制所述步进电机使与所述当前挡位位置对应的定子绕组失电；判断所述旋钮的旋转行程超过第二设定位置时，控制所述步进电机给与所述目标挡位位置对应的定子绕组供电。

10.根据权利要求9所述的旋钮换挡机构的控制方法，其特征在于，所述旋钮旋转至所述目标挡位位置后，控制所述步进电机保持对与所述目标挡位位置对应的定子绕组的供电。

11.根据权利要求9所述的旋钮换挡机构的控制方法，其特征在于，沿所述旋钮的周向设置有四个挡位位置；所述控制方法还包括：

停车后，设定停车时所述旋钮所处的挡位位置为P挡，沿所述旋钮的换挡旋转方向，设定其余三个所述挡位位置顺次为R挡、N挡和D挡。

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