CN112539924B - 一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法，包括以下步骤：系统构建、结构拆解、任一挡位角度中心值计算、剩余挡位角度中心值计算，本发明抱轴式线控换挡执行器的标定方法通过结构拆解法，消除了蜗杆与斜齿轮之间的间隙对角度标定的影响，通过左右极限分别标定取中心值的方法，消除了斜齿轮与连接轴之间的间隙对角度标定的影响，并且步骤简单，避免了随机误差，能得到更精确的挡位角度中心值。

Description

一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法

技术领域

本发明涉及换挡执行器，尤其是涉及一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法。

背景技术

为了换挡操纵过程更加平顺，并配合自动泊车等自动驾驶技术的搭载，机械拉索式换挡器逐渐被线控换挡器取代。线控换挡器的执行机构是线控换挡执行器，目前市面上的主流线控换挡执行器是采用电机10带动同步带，再传动给丝杆滑块来推拉自动档变速器摇臂实现换档。

为了节省空间，提高线控换挡执行器的耐久可靠性，出现了抱轴式执行器。抱轴式执行器的基本结构如图1至图4所示，基本传动原理为：电机10带动小直齿轮20旋转，小直齿轮20与大直齿轮30啮合并带动大直齿轮30旋转，蜗杆40与大直齿轮30为同轴结构，二者同步旋转，蜗杆40带动斜齿轮50旋转，斜齿轮50通过三爪结构带动连接轴60旋转，连接轴60与变速箱上的换挡轴相连，实现变速箱换挡。磁铁70安装在斜齿轮50上，固定在下盖外壳上的PCB板80上的芯片同步检测磁铁70的磁场变化，用于角度检测，判断是否换挡到位。

变速箱能否精确换到目标挡位，完全取决于抱轴式执行器能否精准停在目标挡位。因为抱轴式执行器采用了角度反馈，所以每个目标挡位都对应着一个目标角度。变速箱的目标挡位(PRND)与抱轴式执行器的挡位目标角度的一一对应，即为抱轴式线控换挡执行器的标定。

影响目标挡位的目标角度的标定精度的根本原因是抱轴式执行器结构上存在配合间隙。间隙主要来源于两个地方，一是蜗杆40和斜齿轮50之间的配合间隙，如图3所示；二是斜齿轮50与连接轴60之间的三爪结构与凹槽的配合间隙，如图4所示。这两处间隙在设计上是无法消除的，因为蜗杆40与斜齿轮50是塑料材料，需要为高温膨胀预留间隙；三爪结构与凹槽之间需要为变速箱换挡轴预留一定的自由行程，防止硬连接。

目前已有的一种目标挡位角度的标定方法是：将自动变速箱换挡轴拨到P挡，调整电机10输出轴上的小直齿轮20，带动大直齿轮30，蜗杆40随着大直齿轮30转动，最终带动斜齿轮50转动，从而将抱轴式执行器连接轴60调整到能与自动变速箱换挡轴配合的位置，两轴连接。这样，安装在斜齿轮50上的磁铁70位置就基本固定了。读取此时传感器芯片采集到的角度值。重复这个过程，求角度的平均值，得到P挡的目标角度。用同样的方法得到RND挡的目标角度。

上述目标挡位角度的标定方法需要的标定次数多，工作量大，虽然考虑到了结构上的配合间隙会使同一目标挡位标定出不同的目标角度，但消除方法简单随机，仍有较大概率存在偏差，造成挡位切换时不能精确落到自动变速箱挡位槽中央的风险。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法，能够消除蜗杆和斜齿轮之间的配合间隙以及斜齿轮与连接轴之间的三爪结构与凹槽的配合间隙对目标角度的标定精度的影响，并且步骤简单，避免了随机误差，能得到更精确的挡位角度中心值。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法，包括以下步骤：

系统构建：上位机与执行器控制器电性连接，所述执行器控制器与执行器电性连接并读取所述执行器上传感器角度值，并将角度值反馈给所述上位机，所述执行器与变速箱机械连接；

结构拆解：拆除所述抱轴式线控换挡执行器的蜗杆及大直齿轮，使斜齿轮获得自由状态；

任一挡位角度中心值计算：使变速箱处于任一挡位，匹配并连接连接轴及换挡轴，标定所述斜齿轮处于左右极限位置时所述传感器角度值，取左右极限位置的传感器角度值的中心值为任一挡位角度中心值；

剩余挡位角度中心值计算：使变速箱分别处于其余挡位，重复任一挡位角度中心值计算步骤，计算出剩余挡位角度中心值。

进一步地，所述任一挡位角度中心值计算步骤中，标定所述斜齿轮处于左极限位置时所述传感器角度值具体操作为：向左拨动斜齿轮，直到斜齿轮走完三爪结构与凹槽之间的左间隙，斜齿轮抵住边界，上位机读取此时传感器角度值。

进一步地，所述任一挡位角度中心值计算步骤中，标定所述斜齿轮处于右极限位置时所述传感器角度值具体操作为：向右拨动斜齿轮，直到斜齿轮走完三爪结构与凹槽之间的右间隙，斜齿轮抵住边界，上位机读取此时传感器角度值。

进一步地，所述任一挡位角度中心值计算步骤中，使变速箱处于任一挡位具体操作为：拨动变速箱换挡轴到任一挡。

进一步地，所述任一挡位角度中心值计算步骤中，匹配并连接连接轴及换挡轴具体操作为：旋转斜齿轮，通过三爪结构转动连接轴，使连接轴能与变速箱换挡轴匹配，将连接轴与变速箱换挡轴连接起来。

进一步地，所述抱轴式线控换挡执行器的标定方法适用于传统燃油车的换挡执行器(P/R/N/D挡位切换)。

进一步地，任一挡位角度中心值计算步骤中，拨动变速箱换挡轴到P挡，剩余挡位角度中心值计算步骤中，依次拨动变速箱换挡轴到R/N/D挡。

进一步地，抱轴式线控换挡执行器的标定方法适用于新能源车的P挡执行器(P/非P解锁锁止)。

进一步地，所述抱轴式线控换挡执行器的标定方法既适用于执行器控制器与执行器分离的线控换挡系统，也适用于执行器控制器和执行器集成的线控换挡系统。

相比现有技术，本发明抱轴式线控换挡执行器的标定方法通过结构拆解法，消除了蜗杆与斜齿轮之间的间隙对角度标定的影响，通过左右极限分别标定取中心值的方法，消除了斜齿轮与连接轴之间的间隙对角度标定的影响，并且步骤简单，避免了随机误差，能得到更精确的挡位角度中心值。

附图说明

图1为现有技术中抱轴式线控换挡执行器的立体图；

图2为图1的抱轴式线控换挡执行器的俯视图；

图3为图2的抱轴式线控换挡执行器A处的放大图；

图4为图1的抱轴式线控换挡执行器的局部结构放大图；

图5为本发明抱轴式线控换挡执行器的标定方法的系统框图；

图6为本发明抱轴式线控换挡执行器的标定方法的流程图。

图中：10、电机；20、小直齿轮；30、大直齿轮；40、蜗杆；50、斜齿轮；60、连接轴；70、磁铁；80、PCB板。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在另一中间组件，通过中间组件固定。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在另一中间组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在另一中间组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

通过背景技术可知，因为抱轴式执行器结构上存在配合间隙，安装磁铁70的斜齿轮50每次标定都不是在固定位置，这就造成了每次标定得到的角度值会发生变化。这影响到抱轴式执行器目标挡位角度值的标定精度。想要避免每次标定角度值的变化，就需要消除执行器结构上的配合间隙，或者让间隙变得可控。

我们已经知道，间隙主要来源于两个地方，一是蜗杆40和斜齿轮50，二是斜齿轮50的三爪结构与连接轴60配合的凹槽。下面，我们分别消除这两处间隙对抱轴式执行器目标挡位角度值标定的影响。

首先看蜗杆40与斜齿轮50之间的间隙，如图3所示，该处间隙是这样影响角度标定精度的：装有磁铁70的连接轴60通过三爪结构与斜齿轮50连接，斜齿轮50是从动件，意味着只能蜗杆40带动斜齿轮50，斜齿轮50无法带动蜗杆40，即只能通过拨动大直齿轮30带动蜗杆40，来调节斜齿轮50和磁铁70的位置。由于蜗杆40与斜齿轮50之间存在间隙，导致两个问题：一是不利于斜齿轮50到达预期位置，二是蜗杆40旋转停下后，斜齿轮50仍有可能发生间隙范围内的旋转，这两个问题影响到角度值的标定精度。

我们可以直接消除此处间隙的存在，以避免对角度标定精度的影响。不难得知，我们标定的最终目的是使安装在斜齿轮50上的磁铁70位置确定，即斜齿轮50位置确定，只是因为斜齿轮50是从动件，所以需要通过蜗杆40传动来使斜齿轮50旋转。那么，我们可以让斜齿轮50直接变成主动件，以避免受到传动间隙的影响，方法是结构拆解法。

具体方法是：拆除蜗杆40与大直齿轮30，斜齿轮50获得自由状态，可以直接来回旋转，这样就避免的传动间隙对斜齿轮50位置的影响。

接下来看斜齿轮50的三爪结构与连接轴60的配合间隙，如图4所示。连接轴60与变速箱某一挡位上的换挡轴匹配后，位置固定，但因为三爪结构和凹槽之间的配合间隙，斜齿轮50会有一定的旋转，旋转多少取决于间隙的大小。磁铁70安装在斜齿轮50上，一旦斜齿轮50发生旋转，磁场发生变化，安装在基座上的传感器芯片采集到的角度值就会发生变化，这是导致标定角度不准的根本原因。

此处间隙无法去掉，但可以通过左右极限分别标定取中心值的方法来消除该间隙对角度标定精度的影响。

因此本发明抱轴式线控换挡执行器的标定方法，如附图6所示：包括以下步骤：

系统构建：如附图5所示：上位机与执行器控制器电性连接，执行器控制器与执行器电性连接并读取执行器上传感器角度值，并将角度值反馈给上位机，执行器与变速箱机械连接；

结构拆解：拆除抱轴式线控换挡执行器的蜗杆40及大直齿轮30，使斜齿轮50获得自由状态；

任一挡位角度中心值计算：使变速箱处于任一挡位，匹配并连接连接轴60及换挡轴，标定斜齿轮50处于左右极限位置时传感器角度值，取左右极限位置的传感器角度值的中心值为任一挡位角度中心值；

剩余挡位角度中心值计算：使变速箱分别处于其余挡位，重复任一挡位角度中心值计算步骤，计算出剩余挡位角度中心值。

标定斜齿轮50处于左极限位置时传感器角度值具体操作为：向左拨动斜齿轮50，直到斜齿轮50走完三爪结构与凹槽之间的左间隙，斜齿轮50抵住凹槽边界，上位机读取此时传感器角度值。标定斜齿轮50处于右极限位置时传感器角度值具体操作为：向右拨动斜齿轮50，直到斜齿轮50走完三爪结构与凹槽之间的右间隙，斜齿轮50抵住凹槽边界，上位机读取此时传感器角度值。使变速箱处于任一挡位具体操作为：拨动变速箱换挡轴到任一挡。匹配并连接连接轴60及换挡轴具体操作为：旋转斜齿轮50，通过三爪结构转动连接轴60，使连接轴60能与变速箱换挡轴匹配，将连接轴60与变速箱换挡轴连接起来。

本发明提供的方法既适用于执行器控制器与执行器分离的线控换挡系统，也适用于执行器控制器和执行器集成的线控换挡系统。本发明提供的方法除了适用于传统燃油车的换挡执行器(P/R/N/D挡位切换)，同样适用于新能源车的P挡执行器(P/非P解锁锁止)。

以下以传统燃油车的换挡执行器(P/R/N/D挡位切换)为例进行说明。

一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法包括以下步骤：

系统构建：上位机通过仿真器与抱轴式执行器控制器连接，抱轴式执行器控制器通过线束与抱轴式执行器连接，抱轴式执行器与自动变速箱机械连接。拨动自动变速箱的换挡轴，使其依次落在PRND挡位槽内，按照结构装配关系，将抱轴式执行器安装在自动变速箱上，抱轴式执行器控制器读取到抱轴式执行器上的霍尔位置传感器角度值，并将此角度值通过仿真器反馈给上位机。

结构拆解：去掉蜗杆40和大直齿轮30，斜齿轮50获得自由状态；

任一挡位角度中心值计算：拨动变速箱换挡轴到P挡，旋转斜齿轮50，通过三爪结构转动连接轴60，使连接轴60能与变速箱换挡轴匹配；将连接轴60与变速箱换挡轴连接起来；向左拨动斜齿轮50，直到斜齿轮50走完三爪结构与凹槽之间的左间隙，抵住边界；上位机读出此时传感器角度值P_Angle_Left；向右拨动斜齿轮50，直到斜齿轮50走完三爪结构与凹槽之间的右间隙，抵住边界；上位机读出此时传感器角度值P_Angle_Right；因为斜齿轮50旋转过程中，传感器角度值随着旋转位移是线性变化的，所以抱轴式执行器标定出来的变速箱P挡角度中心值为P_Angle_Mid＝(P_Angle_Left+P_Angle_Right)/2；

剩余挡位角度中心值计算：拨动变速箱换挡轴到R/N/D挡，重复上述过程，得到P_Angle_Mid，R_Angle_Mid,N_Angle_Mid,D_Angle_Mid，即抱轴式执行器对应自动变速箱PRND挡位的中心角度值。

本发明抱轴式线控换挡执行器的标定方法通过结构拆解法，消除了蜗杆40与斜齿轮50之间的间隙对角度标定的影响，通过左右极限分别标定取中心值的方法，消除了斜齿轮50与连接轴60之间的间隙对角度标定的影响，并且步骤简单，避免了随机误差，能得到更精确的挡位角度中心值。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

系统构建：上位机与执行器控制器电性连接，所述执行器控制器与执行器电性连接并读取所述执行器上传感器角度值，并将角度值反馈给所述上位机，所述执行器与变速箱机械连接；

结构拆解：拆除所述抱轴式线控换挡执行器的蜗杆及大直齿轮，使斜齿轮获得自由状态；

任一挡位角度中心值计算：使变速箱处于任一挡位，匹配并连接连接轴及换挡轴，标定所述斜齿轮处于左右极限位置时所述传感器角度值，取左右极限位置的传感器角度值的中心值为任一挡位角度中心值；

剩余挡位角度中心值计算：使变速箱分别处于其余挡位，重复任一挡位角度中心值计算步骤，计算出剩余挡位角度中心值。

2.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：所述任一挡位角度中心值计算步骤中，标定所述斜齿轮处于左极限位置时所述传感器角度值具体操作为：向左拨动斜齿轮，直到斜齿轮走完三爪结构与凹槽之间的左间隙，斜齿轮抵住边界，上位机读取此时传感器角度值。

3.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：所述任一挡位角度中心值计算步骤中，标定所述斜齿轮处于右极限位置时所述传感器角度值具体操作为：向右拨动斜齿轮，直到斜齿轮走完三爪结构与凹槽之间的右间隙，斜齿轮抵住边界，上位机读取此时传感器角度值。

4.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：所述任一挡位角度中心值计算步骤中，使变速箱处于任一挡位具体操作为：拨动变速箱换挡轴到任一挡。

5.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：所述任一挡位角度中心值计算步骤中，匹配并连接连接轴及换挡轴的具体操作为：旋转斜齿轮，通过三爪结构转动连接轴，使连接轴能与变速箱换挡轴匹配，将连接轴与变速箱换挡轴连接起来。

6.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：所述抱轴式线控换挡执行器的标定方法适用于传统燃油车的换挡执行器，所述换挡执行器为P/R/N/D挡位切换的换挡执行器。

7.根据权利要求6所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：任一挡位角度中心值计算步骤中，拨动变速箱换挡轴到P挡，剩余挡位角度中心值计算步骤中，依次拨动变速箱换挡轴到R/N/D挡。

8.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：抱轴式线控换挡执行器的标定方法适用于新能源车的P挡执行器，所述P挡执行器为P/非P解锁锁止的P挡执行器。

9.根据权利要求1所述的抱轴式线控换挡执行器的标定方法，其特征在于：所述抱轴式线控换挡执行器的标定方法既适用于执行器控制器与执行器分离的线控换挡系统，也适用于执行器控制器和执行器集成的线控换挡系统。

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