CN112060869B - 一种车载空调的风门控制装置及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载空调的风门控制装置及车辆，属于车载空调领域。风门控制装置包括：驱动电机；和齿轮传动装置，包括主传动轴和至少一个从动轴，主传动轴和每一从动轴分别与一个目标风门叶片轴相连，主传动轴由驱动电机驱动；主传动轴和每个从动轴上均设有数量相同的多个齿轮，主传动轴上的每个齿轮与各个从动轴上的相应齿轮选择性地啮合，以形成多个齿轮组，齿轮传动装置配置成通过对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿、对每一齿轮组设定预设的齿数比、控制每一齿轮组的每两个齿轮之间的啮合位置使得主传动轴和至少一个从动轴形成多种不同的转角组合。本发明的风门控制装置及车辆能够节约成本，并实现风门的精确控制。

Description

一种车载空调的风门控制装置及车辆

技术领域

本发明属于车载空调领域，特别是涉及一种车载空调的风门控制装置及车辆。

背景技术

车载空调一般有出风口、风管与风门，目前大部分汽车的风门都与出风口集成在一块，并且不同位置出风口是共用同一个风管，不能自动独立控制。用户可以根据实际需要手动打开风门或调整出风口风量与方向，操作不太方便。

随着汽车技术的日益成熟与发展，现在对汽车的可操作性与舒适性要求也越来越高，一部分车已经用不同的风风管对应不同位置的出风口，甚至同一位置出风口有多个风管(用每个风管风量的大小不同来调节风量与风向)，每个风管分别自动独立控制。

但是，以往一个风管只需要一个步进电机组成一套控制系统就够了。现随着风管数量的增加，相应的控制系统与电机数量也需增加，从而该控制系统成本也会成倍的增加，这样由于成本的问题在一定程度上制约了该技术的发展与应用。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是提供一种车载空调的风门控制装置，能够节约成本。

本发明的另一个目的是要实现风门的精确控制。

本发明第二方面的一个目的是提供一种包括风门控制装置的车辆，从而节约成本。

特别地，本发明提供了一种车载空调的风门控制装置，所述车载空调包括多个风管，每一所述风管的出风口处设有一个由风门叶片轴带动的风门叶片，用于控制对应风管的出风量，所述风门控制装置包括：

驱动电机；和

齿轮传动装置，包括主传动轴和至少一个从动轴，所述主传动轴和每一所述从动轴分别与一个目标风门叶片轴相连，所述主传动轴由所述驱动电机驱动；

所述主传动轴和每个所述从动轴上均设有数量相同的多个齿轮，所述主传动轴上的每个齿轮与各个所述从动轴上的相应齿轮选择性地啮合，以形成多个齿轮组，所述齿轮传动装置配置成通过对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿、对每一所述齿轮组设定预设的齿数比、控制每一所述齿轮组的每两个齿轮之间的啮合位置使得所述主传动轴和所述至少一个从动轴形成多种不同的转角组合，从而使得各个所述目标风门叶片轴分别控制对应的所述风门叶片形成多种不同的开度组合。

可选地，各个所述齿轮组中的齿轮之间的齿数比互不相同，且所述齿轮传动装置配置成在同一时刻只有一个所述齿轮组啮合。

可选地，所述从动轴的数量为一个，每个所述齿轮组均包括与所述主传动轴相连的一个齿轮和与所述从动轴相连的一个齿轮。

可选地，所述多个齿轮组包括：

第一齿轮组，包括啮合的第一齿轮和第三齿轮；

第二齿轮组，包括啮合的第二齿轮和第四齿轮；其中，

所述第一齿轮和所述第二齿轮均套设于所述主传动轴上，所述第三齿轮和所述第四齿轮均套设于所述从动轴上。

可选地，所述第一齿轮组的齿数比为2:1，所述第二齿轮组的齿数比为1:1，所述第一齿轮去除四分之三的轮齿，所述第二齿轮去除二十分之三的轮齿，所述第四齿轮去除二分之一的轮齿，所有齿轮的齿数为4的公倍数，所述风门控制装置配置成当所述驱动电机的旋转角度区间为0°至180°、270°至360°时所述第一齿轮组啮合，以使得所述齿轮传动装置的传动比为1:1，当所述驱动电机的旋转角度区间为180°至270°时所述第二齿轮组啮合，所述齿轮传动装置的传动比为2:1。

可选地，风门控制装置还包括：

控制阀，其壳体用于集成两个所述目标风门叶片轴对应的目标风管。

可选地，所述控制阀的壳体上还设置有原点开关；且

所述主传动轴上安装有凸轮，所述凸轮用于拨动所述原点开关，以完成所述驱动电机的原点检测。

可选地，所述凸轮配置成当所述驱动电机的旋转角度为0°和360°时拨动所述原点开关。

可选地，所述多组啮合的齿轮中的每个齿轮均采用非金属材料通过注塑工艺加工形成。

特别地，本发明还提供了一种车辆，包括车载空调和至少一个所述的车载空调的风门控制装置，所述车载空调包括多个风管，每一所述风管的出风口处设有一个由风门叶片轴带动的风门叶片，用于控制对应风管的出风量。

本发明设置一个齿轮传动装置，用于将驱动电机的动力传递至多个目标风门叶片轴，使得整个装置只需要一个驱动电机就可以控制多个风管的风门的开闭，这样就减少了驱动电机及相应的控制系统的数量，因此大大降低了成本，为风管数量增加相关技术的发展与应用提供了保证。

进一步地，本发明通过控制各个齿轮组的齿数比和啮合状态，并结合对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿的技术手段，使得主传动轴和从动轴在不同的时刻形成同步或异步的转角，即形成了多种不同的转角组合，模拟出多个目标风门叶片轴的独立控制。

进一步地，每组啮合的齿轮中的每个齿轮均采用非金属材料通过注塑工艺加工形成，量产后可以进一步节省大量成本。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第一控制状态时的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第二控制状态时的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第三控制状态时的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第四控制状态时的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的电机接线图；

图7是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的运行逻辑图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的结构示意图。车载空调包括多个风管，每一风管的出风口处设有一个由风门叶片轴带动的风门叶片，用于控制对应风管的出风量。如图1所示，一个实施例中，风门控制装置包括驱动电机5和齿轮传动装置。驱动电机5可以选用步进电机。齿轮传动装置包括主传动轴6、至少一个从动轴7和多个齿轮组。主传动轴6和每一从动轴7分别与一个目标风门叶片轴相连，主传动轴6由驱动电机5驱动。主传动轴6和每个从动轴7上均设有数量相同的多个齿轮，主传动轴6上的每个齿轮与各个从动轴7上的相应齿轮选择性地啮合，以形成上述的多个齿轮组。齿轮传动装置配置成通过对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿、对每一齿轮组设定预设的齿数比、控制每一齿轮组的每两个齿轮之间的啮合位置使得主传动轴6和至少一个从动轴7形成多种不同的转角组合，从而使得各个目标风门叶片轴分别控制对应的风门叶片形成多种不同的开度组合。

本实施例通过设置一个齿轮传动装置，用于将驱动电机5的动力传递至多个目标风门叶片轴，使得整个装置只需要一个驱动电机5就可以控制多个风管的风门的开闭，这样就减少了驱动电机5及相应的控制系统的数量，因此大大降低了成本，为风管数量增加相关技术的发展与应用提供了保证。

进一步地一个实施例中，各个齿轮组中的齿轮之间的齿数比互不相同，且齿轮传动装置配置成在同一时刻只有一个所述齿轮组啮合。

本实施例通过控制各个齿轮组的齿数比和啮合状态，并结合对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿的技术手段，使得主传动轴6和从动轴7在不同的时刻形成同步或异步的转角，即形成了多种不同的转角组合(可参见下文中的表1)，模拟出多个目标风门叶片轴的独立控制。

在本发明的一些实施例中，如图1所示，从动轴7的数量为一个，每个齿轮组均包括与主传动轴6相连的一个齿轮和与从动轴7相连的一个齿轮。本实施例通过设置一个主传动轴6和一个从动轴7可以同时控制两个目标风门叶片轴的转动，节省了一个驱动电机5及其控制系统的成本。在其他实施例中，也可以设置更多的从动轴，例如3个，4个等。相应的齿轮组的数量也可以根据需求进行增减，通过对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿、对每一齿轮组设定预设的齿数比、控制每一齿轮组的每两个齿轮之间的啮合位置，可以实现多个目标风门轴的不同精度的控制。

更进一步地，如图1所示，一个实施例中，多组啮合的齿轮包括第一齿轮3、第二齿轮2、第三齿轮8和第四齿轮9。第一齿轮3和第二齿轮2均套设于主传动轴6上。第三齿轮8和第四齿轮9均套设于从动轴7上。其中，第一齿轮3和第三齿轮8啮合，第二齿轮2和第四齿轮9啮合。即本实施例通过设置两组啮合齿轮实现了两个目标风门叶片轴的独立控制，在其他实施例中，也可以设置其他数量的齿轮组，例如3组或4组啮合的齿轮，通过设置更多的齿轮组，能够实现更精细的控制。

本实施例中，一组啮合的齿轮同步传动，另一组齿轮改变传动比使得风门叶片转动不再同步而出现不同的状态。为了使两组齿轮互相分别啮合，传动衔接顺利不发生干涉，对两组齿轮在特定位置进行了特定数量的削齿处理，同时齿数也进行了特殊计算。

图2是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第一控制状态时的结构示意图。图3是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第二控制状态时的结构示意图。图4是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第三控制状态时的结构示意图。图5是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的处于第四控制状态时的结构示意图。如图2所示，进一步的一个实施例中，第一齿轮3和第三齿轮8的齿数比为2:1，第二齿轮2和第四齿轮9的齿数比为1:1。第一齿轮3去除四分之三的轮齿，第二齿轮2去除二十分之三的轮齿，第四齿轮9去除二分之一的轮齿。所有齿轮的齿数为4的公倍数。如图2所示的实施例中，第一齿轮3的设计齿数为24，去除3/4个轮齿后第一齿轮3的实际齿数为6个，第二齿轮2的设计齿数为20，去除3/20后第二齿轮2的实际齿数为17，第三齿轮8有20个轮齿，第四齿轮9的设计齿数为20，去除1/2之后的实际齿数为10。

当如图2所示的状态啮合齿轮后，风门控制装置配置成当驱动电机5的旋转角度区间为0°至180°、270°至360°时(参见图2、图3和图5)，齿轮传动装置的传动比为1:1(第二齿轮2与第四齿轮9啮合、第一齿轮3没有轮齿的部分与第三齿轮8接触，即第一齿轮3和第三齿轮8不啮合)，当驱动电机5的旋转角度区间为180°至270°时(参见图4)，齿轮传动装置的传动比为2:1(第一齿轮3和第三齿轮8啮合，第二齿轮2与第四齿轮9不啮合)。

为了方便描述，下文中将与主传动轴6相连的目标风门叶片轴对应的风门叶片称为第一风门叶片11，将与从动轴7相连的目标风门叶片轴对应的风门叶片称为第二风门叶片10。

具体地，如图2所示，当电机旋转角度为0时，主传动轴6和从动轴7处于初始位置，第一风门叶片11和第二风门叶片10都呈关闭状态。如图3所示，当驱动电机5从0°旋转至90°时，带动主传动轴6和从动轴7均从0°转至90°，此时第一风门叶片11和第二风门叶片10逐渐打开至全开状态。如图4所示，当驱动电机5从180°旋转至270°时，第一齿轮3和第三齿轮8啮合，从动轴7的旋转角度是主传动轴6的2倍，即主传动轴6由180°转至270°时，从动轴7由180°转至360°。此时，第一风门呈打开状态，第二风门逐渐旋转至关闭。如图5所示，当驱动电机5从270°旋转至360°时，第二齿轮2与第四齿轮9啮合，第一风门逐渐旋转至关闭，第二风门逐渐打开。本实施例实现了两个目标风门叶片的精确控制。

更详细的电机角度和风门叶片状态可参见下表1。

表1

如图1所示，另一个实施例中，风门控制装置还包括控制阀，其壳体1用于集成两个目标风门叶片轴对应的目标风管。本实施例将不同出风口的风管通过控制阀的壳体1两两集成在一起。

进一步的一个实施例中，如图1所示，控制阀的壳体1上还设置有原点开关12。主传动轴6上安装有凸轮13，凸轮13用于拨动原点开关12，以完成驱动电机5的原点检测。可选地，凸轮13配置成当驱动电机5的旋转角度为0°和360°时拨动原点开关12。

通过设置凸轮13和原点开关12使得整个控制系统能够形成一个闭环，以防驱动电机5丢步，从而精确地控制风门叶片在阀体中所处的位置。

图6是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的电机接线图。图6中，ULN2003是电机驱动芯片，用于直接驱动电机5。288YJ48是驱动电机5接口，用于接收电机驱动信号。I0.0为原点开关12触发信号，用于限制电机旋转圈数及电机初始状态校准。P0.0-P0.3为脉冲信号，用于控制电机转速与旋转角度。控制过程为P0.0-P0.3脉冲控制信号经过ULN200电机驱动板转换为可直接驱动288YJ48步进电机驱动信号，实现电机的转速与旋转角度控制。

图7是根据本发明一个实施例的车载空调的风门控制装置的运行逻辑图。如图7所示，系统初始状态(挡位0)，脉冲标志位为0，原点开关12触发，锁定电机反转信号，只允许电机正转。系统运行状态(挡位1-7)，脉冲标志位1-7，原点开关12断开，允许电机根据当前挡位进行反转。系统限位状态(挡位8)，脉冲标志为8，原点开关12触发，锁定电机正转信号，只允许电机反转。系统校准状态(挡位0或8)，脉冲标志位0/8，原点开关12触发，校准当前电机脉冲位。

如图1所示，一个实施例中，风门控制装置还包括电机支架4，用于将驱动电机5安装至车辆的车体处。

在本发明的一些实施例中，多组啮合的齿轮中的每个齿轮均采用非金属材料通过注塑工艺加工形成。

本发明通过设置齿轮传动装置可以节省一半数量的驱动电机5，同时齿轮采用非金属材料通过注塑工艺量产后可以进一步节省大量成本。

本发明还提供了一种车辆，包括车载空调和上述任一项的车载空调的风门控制装置，车载空调包括多个风管，每一风管的出风口处设有一个由风门叶片轴带动的风门叶片，用于控制对应风管的出风量。

由于该车辆的风门控制装置设置了一个齿轮传动装置，用于将驱动电机5的动力传递至两个目标风门叶片轴，使得整个装置只需要一个驱动电机5就可以控制两个风管的风门的开闭，这样就减少了一个驱动电机5及相应的控制系统，因此大大降低了成本，为风管数量增加相关技术的发展与应用提供了保证。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (6)

1.一种车载空调的风门控制装置，所述车载空调包括多个风管，每一所述风管的出风口处设有一个由风门叶片轴带动的风门叶片，用于控制对应风管的出风量，其特征在于，所述风门控制装置包括：

驱动电机；和

齿轮传动装置，包括主传动轴和至少一个从动轴，所述主传动轴和每一所述从动轴分别与一个目标风门叶片轴相连，所述主传动轴由所述驱动电机驱动；

所述主传动轴和每个所述从动轴上均设有数量相同的多个齿轮，所述主传动轴上的每个齿轮与各个所述从动轴上的相应齿轮选择性地啮合，以形成多个齿轮组，所述齿轮传动装置配置成通过对每个齿轮设定预设齿数、对指定齿轮去除预设数量的轮齿、对每一所述齿轮组设定预设的齿数比、控制每一所述齿轮组的每两个齿轮之间的啮合位置使得所述主传动轴和所述至少一个从动轴形成多种不同的转角组合，从而使得各个所述目标风门叶片轴分别控制对应的所述风门叶片形成多种不同的开度组合；

各个所述齿轮组中的齿轮之间的齿数比互不相同，且所述齿轮传动装置配置成在同一时刻只有一个所述齿轮组啮合；

所述从动轴的数量为一个，每个所述齿轮组均包括与所述主传动轴相连的一个齿轮和与所述从动轴相连的一个齿轮；

所述多个齿轮组包括：

第一齿轮组，包括啮合的第一齿轮和第三齿轮；

第二齿轮组，包括啮合的第二齿轮和第四齿轮；其中，

所述第一齿轮和所述第二齿轮均套设于所述主传动轴上，所述第三齿轮和所述第四齿轮均套设于所述从动轴上；

所述第一齿轮组的齿数比为2:1，所述第二齿轮组的齿数比为1:1，所述第一齿轮去除四分之三的轮齿，所述第二齿轮去除二十分之三的轮齿，所述第四齿轮去除二分之一的轮齿，所有齿轮的齿数为4的公倍数，所述风门控制装置配置成当所述驱动电机的旋转角度区间为0°至180°、270°至360°时所述第一齿轮组啮合，以使得所述齿轮传动装置的传动比为1:1，当所述驱动电机的旋转角度区间为180°至270°时所述第二齿轮组啮合，所述齿轮传动装置的传动比为2:1。

2.根据权利要求1所述的车载空调的风门控制装置，其特征在于，还包括：

控制阀，其壳体用于集成两个所述目标风门叶片轴对应的目标风管。

3.根据权利要求2所述的车载空调的风门控制装置，其特征在于，

所述控制阀的壳体上还设置有原点开关；且

所述主传动轴上安装有凸轮，所述凸轮用于拨动所述原点开关，以完成所述驱动电机的原点检测。

4.根据权利要求3所述的车载空调的风门控制装置，其特征在于，

所述凸轮配置成当所述驱动电机的旋转角度为0°和360°时拨动所述原点开关。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的车载空调的风门控制装置，其特征在于，

多组啮合的齿轮中的每个齿轮均采用非金属材料通过注塑工艺加工形成。

6.一种车辆，其特征在于，包括车载空调和至少一个权利要求1-5中任一项所述的车载空调的风门控制装置，所述车载空调包括多个风管，每一所述风管的出风口处设有一个由风门叶片轴带动的风门叶片，用于控制对应风管的出风量。

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