CN114738476B - 换挡控制方法 - Google Patents

Abstract

一种换挡控制方法，所述换挡控制方法包括以下步骤：用户提供换挡目标，并将所产生的换挡目标信号发送到换挡控制器；基于所述换挡目标，换挡控制器通过挡位传感器所提供的当前挡位信号来控制换挡执行器运动到目标挡位。

Description

换挡控制方法

技术领域

本发明涉及载运工具技术领域，具体涉及一种在载具、例如汽车中控制换挡过程的换挡控制方法。

背景技术

在如图1中所示的现有技术中普遍采用的电子换挡器中，电子换挡执行器(Arc，Actuator)内部的印刷电路板组件(PCBA，Printed Circuit Board Assembly)上自带位置传感器，该位置传感器用于检测齿轮箱中的变速齿轮的末级(例如第三级)齿轮的相对位置(转角)信号。

电子换挡控制器模块(TACM，Transmission Actuator Control Module)基于电子换挡执行器中的该位置传感器发出的精确转角信号控制电子换挡执行器的运动，以将换挡装置设置到期望的精确位置处。一般地，该精确位置与某一精确的转角角度值相对应。

现有技术中的变速箱控制单元(TCU，Transmission Control Unit)也会产生挡位信号，该挡位信号是基于挡位的原始位置所发出的，并不受传动精度的影响，但该挡位信号只能指明当前挡位是否处于哪一个预先确定的范围内，而无法反映当前的精确转角角度值。具体说来，该挡位信号只能分别指示目前是否处于P、R、N、D挡位周围的邻近范围内还是处于NC，例如，对N挡而言，仅指示目前是否处于N+至N-的范围内。可参见图3中对此的示意性图示。

在采用用户端－服务器端模式的CAN总线的车辆中，用户通过用户端处作为人机交互接口的电子换挡器模块(EGSM，Electronic Gear Shift Module)发出换挡目标信号，服务器端的电子换挡控制器模块一边监听获取该换挡目标信号，一边从电子换挡执行器的上述位置传感器处获得当前换挡装置的精确转角角度值，并基于该精确转角角度值向电子换挡执行器发出适当的控制信号，电子换挡执行器根据来自电子换挡控制器模块的该控制信号作动，从而将换挡装置移动至期望的位置。

在上海荣孚科技发展有限公司的中国发明专利申请CN 104565356 A中公开了一种换挡控制系统，包括：一换挡控制器，一换挡手柄，所述换挡手柄下端设置一光电管阵列装置，所述光电管阵列装置采集用户手柄操作信息，一换挡执行机构，接受换挡控制单元发出的控制信号，并驱动电机转动，从而控制变速箱内部油路通断，并同时带动变速箱挡位传感器转动，以及一变速箱控制器，实时采集变速箱挡位传感器反馈的当前位置，并以CAN总线报文形式发送给换挡控制器和组合仪表，所述变速箱控制器接到挡位反馈后驱动变速箱内电磁阀控制齿轮，进行换挡。将用户的操作转换为能够表达用户操作意图的电信号，并转发到变速箱控制器，由变速箱控制器直驱变速箱完成换挡需求。

在上海中科深江电动车辆有限公司的中国发明专利申请CN 102092385 A中公开了一种自动换档策略，在路面坡度不是足够大的情况下，由效率与传动性能更佳的高速档直接平稳起步，省却了低速档到高速档的换挡过程。当车辆行驶过程中，根据电机的功率和现状路面坡度分析，使换档时能同时满足车速要求和坡度所要求的扭矩。在换档过程中，动力无需断开，整车控制器通过电机控制器执行电机的调速，使主动部分与从动部分连接点转速尽量保持相同。

在南京奥连汽车电子技术有限公司的中国发明专利申请CN 105650267 A中公开了一种车辆换挡控制方法，车辆换挡控制装置包括旋钮式换挡器、换挡拨片和变速箱控制单元，三者均与CAN总线相连并交换档位数据，所述变速箱控制单元根据所述旋钮式换挡器与所述换挡拨片的挡位请求指令、和车辆车速确定所发出挡位执行指令。本发明基于旋钮式换挡器，控制策略更为准确，使得挡位的进入和迁出更为精准，同时提高车辆整体运行性能。

在安徽瑞吉安新能源汽车科技有限公司的中国发明专利CN 207378134 U中公开了一种两挡自动变速箱用蜗轮蜗杆换挡机构，包括控制器总成和换挡执行机构总成，控制器总成通过CAN总线进行互联由执行机构总成接收控制指令，执行换挡动作；包括驱动电机，蜗杆与驱动电机输出轴联动，涡轮与所述的蜗杆配合联动，拨叉接头一端与两档自动变速箱拨叉相连，一端通过弹性销与转动轴相连，转动轴，用于传递驱动电机输出扭矩和拨叉接头位置信息，角度传感器与转动轴联动，检测拨叉接头角度。

在本田技研工业株式会社的日本专利申请特开2014-55614中公开了一种换挡控制装置，其包括基于表示由换挡位置选择装置选择的换挡位置的电信号来控制换挡致动器而切换自动变速器的变速挡的TCU、通过来自TCU的指令来设定自动变速器的驻车锁定状态的EPB、以及在自动变速器切换到预定变速挡时向自动变速器1供给润滑油的由驱动轮的回转动力驱动的油泵。EPB设置成在点火开关关闭的状态下解除驻车锁定。此外，在EPB解除自动变速器的驻车锁定的情形中，TCU将自动变速器切换到油泵驱动的变速挡中。

由此可见，现有技术的换挡控制方法中至少存在以下技术问题：

1)为满足PRND换挡固有的控制精度要求，对于电子换挡执行器产品来说，其内部的位置传感器结构设计、制造工艺、抗震性、鲁棒性等要求颇高，导致电子换挡执行器整体成本偏高。

2)电子换挡执行器安装到车辆的变速箱上会引入安装角度误差，通常需要在结构设计和软件标定上采取一些复杂的措施，以在一定程度上控制或消除此安装误差。

3)随着产品高达数十万次的耐久使用，齿轮间的磨损会导致执行器内部传感器的位置信号与真实的P、R、N、D等挡位的精确位置之间的误差逐渐加大，大大增加了电机位置的控制算法的复杂度。

4)TCU所提供的挡位范围信号无法进一步反映确切位置，无法直接使用TCU所提供的该挡位范围信号来控制挡位的切换，更无法通过与针对电子换挡执行器内部的位置传感器所提供的精确转角信号相同的控制策略进行挡位切换的精确控制。

发明内容

因此，基于现有技术中的上述技术问题，本发明就是要提供一种换挡控制方法，其允许省去电子换挡执行器中的位置传感器，而直接使用已有的其他信号来控制电子换挡执行器的动作。

为此，本发明提出了一种换挡控制方法，所述换挡控制方法包括以下步骤：

用户提供换挡目标，并将所产生的换挡目标信号发送到换挡控制器；

基于所述换挡目标，换挡控制器通过挡位传感器所提供的当前挡位信号来控制换挡执行器运动到目标挡位。

通过利用挡位传感器提供的当前挡位信号来控制换挡操作，使得电子换挡执行器的结构上有了大幅简化，取消了电子换挡执行器中的传感器。在基于执行器内的传感器提供的精确位置信号进行换挡控制的情形中，换挡器结构复杂，组装过程困难且要求高，从而导致整个换挡器的制造成本较高。与变速箱控制单元集成换挡执行器相比，本方案在维护保养方面有成本优势。此外，由于挡位传感器直接反映当前的挡位信息而不需要经过中间步骤换算等等，增加了挡位定位精度。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述换挡控制器从CAN总线上获取所述换挡目标信号，从而获得所述换挡目标。

通过CAN总线获取该换挡目标信号，有利于减少整车布线。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述挡位传感器设置在变速箱控制单元中，所述当前挡位信号由所述换挡控制器直接获取。

换挡控制器直接获取该当前挡位信号，可以更好地适应于不同类型现场总线对数据传递形式的要求。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述挡位传感器设置在变速箱控制单元中，所述当前挡位信号由所述变速箱控制单元提供。

通过变速箱控制单元获得该当前挡位信号可以更多地利用现有的数据传递模式，从而减少对已有系统的改变，从而降低了使用根据本发明的换挡控制方法的改造成本。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述变速箱控制单元将所述当前挡位信号发送到CAN总线上。

由于当前自动变速箱普遍带有变速箱控制单元，通过变速箱控制单元将此挡位信号通过CAN总线发出，从而减少整车布线。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述当前挡位信号是指示当前挡位处于哪一个精确挡位附近一定范围内的P挡位信号、R挡位信号、N挡位信号和D挡位信号或者是指示当前挡位不处于任一个精确挡位附近一定范围内的NC信号。

对当前挡位信号的上述划分和限定有利于进一步简化当前挡位信号的形式以及降低对位置传感器的感测要求，并有利于依据这些当前挡位信号进行进一步的分析处理。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述换挡控制器控制所述换挡执行器的步骤还包括：

所述换挡控制器根据接收到的所述换挡目标和所述当前挡位信号，控制所述换挡执行器向所述换挡目标运动，且在检测到从NC信号到目标挡位信号的跳变时，停止所述换挡执行器的上述运动。

通过跳变来控制执行器的运动实施简单，系统性能可靠，且能充分利用所提供的当前挡位信号。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述换挡控制器控制所述换挡执行器的步骤还包括：

若在停止所述换挡执行器的上述运动后检测到目标挡位信号至NC信号的跳变，则控制所述换挡执行器向与上述运动相反的方向运动。

该步骤针对的是总线传输的可能存在的时延问题，以避免换挡装置停留在NC区段，而是能够正确进入期望的目标挡位。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，向所述相反的方向运动的速度比向所述换挡目标的运动的速度更慢。

该速度/速率的设定是考虑到避免在反方向上超程，以尽快地到达目标挡位。

根据本发明的换挡控制方法的优选实施例，所述换挡控制方法还包括在检测到目标挡位信号后的谷底位置接近步骤，所述谷底位置接近步骤包括：

若所述换挡执行器的能量消耗渐增，则向当前运动方向的相反方向运动，若所述换挡执行器的能量消耗渐减，则继续向当前运动方向运动，直至沿相反运动方向运动所述换挡执行器的能量消耗均渐增为止。

谷底位置接近步骤能够通过已有的信息使换挡装置运动到精确的挡位中，从而在不获取精确角度位置的前提下实现精确的换挡操作。

总体来说，根据本发明的换挡控制方法的优点至少在于：

1)可以取消电子换挡执行器内的传感器，从而简化了产品的结构设计、降低了制造难度，提高了抗震性和鲁棒性。

2)对于电子换挡执行器安装到变速箱上固有的安装误差，取消了复杂的标定过程，提高了生产效率。

3)提高了电子换挡执行器产品的使用寿命，降低了终端用户的使用成本。

本文件包括附图，以提供对各种实施例的进一步理解。附图纳入于本说明书中并且构成本说明书的部分。附图示出了本文所描述的各种实施例，并且与文字描述一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

参考以上目的，本发明的技术特征在下文中清楚地描述，并且其优点从以下参考附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本发明的优选实施例，而不限制本发明的范围。

附图中：

图1是示出现有技术中的换挡控制方法原理的示意性框图。

图2是示出根据本发明的换挡控制方法原理的示意性框图。

图3是示出了换挡装置运动到不同位置的示意图。

具体实施方式

现在将详细地描述本发明的实施方式，这些实施方式的示例被显示在附图中并在下文中被描述。

尽管本发明将与示例性实施例相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为所例示的那些实施例。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且还覆盖可以被包括在本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其他实施例。

为了便于解释和精确定义本发明的技术方案，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在附图中所示的示例性实施例的特征的位置来对这些特征进行描述。

本发明提供了一种换挡控制方法，该换挡控制方法包括以下步骤：

用户提供换挡目标，并将所产生的换挡目标信号发送到换挡控制器；

基于上述换挡目标，换挡控制器通过挡位传感器所提供的当前挡位信号来控制换挡执行器运动到目标挡位。

要指出的是，用户可以通过机械或非机械的方式提供换挡目标，例如是拨动换挡装置、按压按钮、旋转旋钮等机械的方式以及声音操控、动作识别等非机械的方式。用户可以优选地通过电子换挡器模块提供换挡目标，也可以通过其他合适的电子或非电子的装置来提供上述换挡目标。

换挡目标可以直接与某一个具体的挡位(例如“P”、“R”、“N”、“D”等)相对应，也可以是其他涉及挡位变换的信息，例如加速、减速、上坡、下坡等。只要车辆能够将用户所提供的换挡目标转换并产生换挡目标信号即可。可以理解的是，换挡控制器、例如是电子换挡控制器模块能够根据上述换挡目标信号和/或结合其他车辆运行工况明确地得出所要切换到的某一具体挡位。

发动机管理系统(EMS，Engine Management System)可以充当将电子换挡器模块提供的换挡目标转换成换挡目标信号并向电子换挡控制器模块发送换挡目标信号的“中转部”。更优选地，发动机管理系统可以对电子换挡器模块所提供的换挡目标进行一定判断，例如判断其是否是有效/有意义的换挡目标，是否需要进行挡位的切换等等，已决定是否将当前的换挡目标转换成换挡目标信号发送到换挡控制器。

在优选的实施例中，挡位传感器设置在变速箱控制单元中，当前挡位信号由换挡控制器直接获取。在替代的实施例中，挡位传感器设置在变速箱控制单元中，当前挡位信号由变速箱控制单元提供。换言之，该挡位传感器可以集成有发送当前挡位信号的传感器，也可仅提供相应挡位传感器的安装空间，而此时，该挡位传感器直接与换挡控制器通信。

在根据本发明的换挡控制方法的优选实施例中，当前挡位信号是指示当前挡位处于哪一个精确挡位附近一定范围内的P挡位信号、R挡位信号、N挡位信号和D挡位信号或者是指示当前挡位不处于任一个精确挡位附近一定范围内的NC(Not Clear)信号。例如，以P挡位信号为例，参见图3，在精确挡位“P”附近一定范围“P+”至“P-”内都由P挡位信号指示，而当在图3中向右沿着顺时针方向越过“P-”进一步向R挡位信号附近运动时，则由NC信号指示。对于其他各种当前挡位信号也有类似的定义。从图3中可以明确的是，优选地，每个精确挡位“P”、“R”、“N”、“D”相对于整个挡位信号范围均处于谷底位置。

更具体地，在变速箱控制单元中可通过传感器或开关将诸如换挡轴之类的换挡装置的特定的转动角度区间转化为有挡位意义的电信号。根据本发明，优选的是，当电子换挡控制器模块被安装于变速箱换挡轴附近且变速箱内集成的传感器留有接口时，传感器信号可以直接送往电子换挡控制器模块，不需要经过变速箱控制单元中转。

在使用CAN总线的车辆中，优选地，换挡控制器可以从CAN总线上获取换挡目标信号，从而获得换挡目标。类似地，在这种情形中，变速箱控制单元优选地，将当前挡位信号发送到CAN总线上。当然，在使用其他现场总线、例如Profibus、工业以太网等等的车辆中，该换挡目标信号和该当前挡位信号的传递也可优选地使用车辆中所现有的该相应类型现场总线来传递。此外，本领域技术人员也可根据实际需要选用其他方式传递该换挡目标信号，例如硬线联接等等。至于使用CAN总线来发送上述换挡目标信号和当前挡位信号的具体数据报文形式和帧数据位设置，可以由本领域技术人员根据实际需要进行相应的设定，在此不再赘述。

优选地，换挡控制器控制换挡执行器的步骤还包括以下步骤中的一个或多个步骤：

换挡控制器根据接收到的换挡目标和当前挡位信号，控制换挡执行器向换挡目标运动，且在检测到从NC信号到目标挡位信号的跳变时，停止换挡执行器的上述运动。

若在停止换挡执行器的上述运动后检测到目标挡位信号至NC信号的跳变，则控制换挡执行器向与上述运动相反的方向运动。优选地，向相反的方向运动的速度可以设置成比向换挡目标的运动的速度更慢。

换挡控制方法还包括在检测到目标挡位信号后的谷底位置接近步骤，谷底位置接近步骤包括：

若换挡执行器的能量消耗渐增，则向当前运动方向的相反方向运动，若换挡执行器的能量消耗渐减，则继续向当前运动方向运动，直至沿相反运动方向运动换挡执行器的能量消耗均渐增为止。

该谷底位置接近步骤的主要原理为：电机从谷底位置离开时能量消耗渐增，电机向谷底位置靠近时能量消耗渐减。

更具体地，在单次换挡的短暂时间内，可忽略外部环境对换挡执行器的影响。换挡控制器采用渐减式恒功率输出来微调电子换挡执行器的电机在谷底附近摆动。转子克服外力运动时会先产生一个显著的电流脉冲，而后趋于稳定高值，此时实际当前位置对应为：静止于谷底附近的坡上。而后换挡控制器停止驱动电机，此后电流将出现逐渐衰减。处于谷底不同位置，获得的衰减曲线是不同的，由此可以反推出当前位置。

以下以从P换挡到N举例说明根据本发明的换挡控制方法的具体实现方式：

从P+到P-范围均定义为P挡位信号，类似的定义有R、N、D挡位信号，P、R、N、D中间区域为NC信号。

当诸如电子换挡控制器模块之类的换挡控制器接收到换挡目标为N挡位，由于电子换挡控制器模块同时接收到来自变速箱控制单元的当前挡位信号为P，换挡控制器软件将控制电子换挡执行器中的诸如电机之类的动力装置向更靠近N挡位的方向转动。

一旦来自变速箱控制单元的信号变为N，电子换挡控制器模块立刻停止转动。假设由于惯性和CAN信号上2～5ms左右的延迟，实际停止位在超过N+的位置。

如果位置超过N-，来自TCU的信号会变为NC,就需要电子换挡控制器模块对电子换挡执行器的电机进行反方向更缓慢和短促的转动调整。反向调整时一旦进入N-，信号就从NC跳变为N。

此后让电机找到N位置对应的谷底后结束电机控制。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，若需要，能修改实施例的方面来采用各种专利、申请和出版物的方面、特征和构思来提供另外的实施例。

考虑到上文的详细描述，能对实施例做出这些和其它变化。一般而言，在权利要求中，所用的术语不应被认为限制在说明书和权利要求中公开的具体实施例，而是应被理解为包括所有可能的实施例连同这些权利要求所享有的全部等同范围。

Claims (6)

1.一种换挡控制方法，所述换挡控制方法包括以下步骤：

用户提供换挡目标，并将所产生的换挡目标信号发送到换挡控制器；

基于所述换挡目标，换挡控制器通过挡位传感器所提供的当前挡位信号来控制换挡执行器运动到目标挡位，其中，所述当前挡位信号是指示当前挡位处于哪一个精确挡位附近一定范围内的P挡位信号、R挡位信号、N挡位信号和D挡位信号或者是指示当前挡位不处于任一个精确挡位附近一定范围内的NC信号，

其中，所述换挡控制器控制所述换挡执行器的步骤还包括：

所述换挡控制器根据接收到的所述换挡目标和所述当前挡位信号，控制所述换挡执行器向所述换挡目标运动，且在检测到从NC信号到目标挡位信号的跳变时，停止所述换挡执行器的上述运动，

若在停止所述换挡执行器的上述运动后检测到目标挡位信号至NC信号的跳变，则控制所述换挡执行器向与上述运动相反的方向运动，其中，向所述相反的方向运动的速度比向所述换挡目标的运动的速度更慢。

2.根据权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，

所述换挡控制器从CAN总线上获取所述换挡目标信号，从而获得所述换挡目标。

3.根据权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，

所述挡位传感器设置在变速箱控制单元中，所述当前挡位信号由所述换挡控制器直接获取。

4.根据权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，

所述挡位传感器设置在变速箱控制单元中，所述当前挡位信号由所述变速箱控制单元提供。

5.根据权利要求4所述的换挡控制方法，其特征在于，

所述变速箱控制单元将所述当前挡位信号发送到CAN总线上。

6.根据权利要求1所述的换挡控制方法，其特征在于，

所述换挡控制方法还包括在检测到目标挡位信号后的谷底位置接近步骤，所述谷底位置接近步骤包括：

若所述换挡执行器的能量消耗渐增，则向当前运动方向的相反方向运动，若所述换挡执行器的能量消耗渐减，则继续向当前运动方向运动，直至沿相反运动方向运动所述换挡执行器的能量消耗均渐增为止。