CN217124761U - 一种电子驻车执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子驻车执行器，包括驱动机构、控制单元、减速机构、输出轴，其结构特点是，所述驱动机构为步进电机，步进电机与控制单元相连接，步进电机通过减速机构与输出轴相连接，输出轴与驻车机构相连接。本实用新型的电子驻车执行器采用步进电机作为执行器的驱动机构，通过驱动芯片连接步进电机，驱动步进电机转动，步进电机通过减速机构将扭矩传递到输出轴，输出轴转动带动变速箱内的驻车机构完成驻车操作。本实用新型可直接控制执行器(即输出轴)转动的目标角度，不需要用角度传感器检测输出轴的角度位置，不需要进行位置闭环控制，省去PID调节的过程，具备良好的开环特性，既能提高系统的位置控制精度，同时缩短驻车运行时间。

Description

一种电子驻车执行器

技术领域

本实用新型涉及车辆减速驱动装置技术领域，特别是一种电子驻车执行器。

背景技术

电子P挡驻车是将传统变速箱的手动P挡改为电动控制的P挡，取消了换挡手柄和变速箱驻车机构之间的机械联系，取而代之的是通过电机驱动驻车机构来实现稳定驻车。驻车执行器包括电机、减速机构、角度传感器和控制单元，执行器的运行过程是：控制单元接收到驻车指令后，控制电机转动，通过减速机构使执行器输出轴准确地从非P(非驻车位置)角度转动到P(驻车位置)角度，这个转动的角度需要精准的控制，否则会导致驻车失败。所以进行准确的转动角度控制对驻车执行器来说非常关键。

由于有刷电机工艺成熟，价格相对较低，目前大部分的驻车执行器均采用有刷电机，通过在输出轴处设置角度传感器，用来检测输出轴的转动角度，这样可以形成角度位置的闭环控制。控制单元时刻监控角度传感器的角度值，通过PID控制算法驱动电机，使执行器输出轴不断向目标位置靠近，最终停到目标位置。PID控制算法通常采用PID算法进行调节，PID算法的最大难点是P(比例)、I(积分)、D(微分)参数需要花费很长的时间进行整定，且很难做到超调量和调节时间均达到最优状态。例如，若需要运行时间最短，则需要加快电机的转速，使电机以最短时间到达目标位置，但如果电机速度过快，到达目标位置时难以刹住车，导致产生超调，而且电机速度越快，超调量越多。也即若要执行器输出轴刚好停到目标位置，又要整个运行时间最短，这两点要求很难同时满足。

因此，现有执行器通过采用有刷电机，结合角度传感器来进行位置闭环控制，位置闭环控制通常采用PID算法进行调节的技术构思，难以做到超调量和调节时间均达到最优状态，导致不能在降低驻车运行时间的同时保证位置控制精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种电子驻车执行器，该电子驻车执行器采用位置开环控制的方式，能提高系统的位置控制精度，同时缩短驻车运行时间。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种电子驻车执行器，包括驱动机构、控制单元、减速机构、输出轴，其结构特点是，所述驱动机构为步进电机，所述步进电机与控制单元相连接，所述步进电机通过所述减速机构与所述输出轴相连接，所述输出轴与驻车机构相连接。

本实用新型的电子驻车执行器采用步进电机作为执行器的驱动机构，通过驱动芯片连接步进电机，驱动步进电机转动，步进电机通过减速机构将扭矩传递到输出轴，输出轴转动带动变速箱内的驻车机构完成驻车操作。只需要通过计算输出轴需要转动的角度计算得到需要输入的步进电机的脉冲数，再给步进电机输入脉冲数数量，就可以直接控制执行器(即输出轴)转动的目标角度，不需要用角度传感器检测输出轴的角度位置，不需要进行位置闭环控制，省去PID调节的过程，具备良好的开环特性。本实用新型通过使用步进电机能提高系统的位置控制精度，同时缩短驻车运行时间。

进一步的，所述步进电机的输出轴与所述减速机构的输入端相连接，所述减速机构的输出端与所述输出轴相连接。

进一步的，所述步进电机的细分控制为8细分或16细分，进一步减少步进电机每步转动的角度，提高控制精度。

进一步的，所述控制单元包括微处理器、驱动芯片、电源管理芯片，所述微处理器与所述驱动芯片、电源管理芯片电连接，所述驱动芯片与所述步进电机电连接。

进一步的，所述控制单元还包括位置传感器芯片，所述输出轴的一端设有磁铁，所述位置传感器芯片与所述磁铁相对平行设置。根据执行器功能安全级别要求的不同，可以选择在控制单元的组件中增加或者减少位置传感器芯片。

进一步的，所述减速机构为三级齿轮减速结构。

进一步的，所述减速机构为蜗轮蜗杆减速结构。

进一步的，还包括执行器壳体，所述执行器壳体包括上壳体、下壳体，所述步进电机、控制单元、减速机构均安装在所述上壳体和下壳体之间。执行器壳体给各部件提供安装点和支撑点，将整个执行器集成为一个整体。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

本实用新型的电子驻车执行器采用步进电机作为执行器的驱动机构，通过计算输出轴需要转动的角度计算得到需要输入的步进电机的脉冲数，再给步进电机输入脉冲数数量，就可以直接控制执行器(即输出轴)转动的目标角度，不需要用角度传感器检测输出轴的角度位置，不需要进行位置闭环控制，省去PID调节的过程，具备良好的开环特性。本实用新型通过使用步进电机能提高系统的位置控制精度，同时缩短驻车运行时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的电子驻车执行器一实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的电子驻车执行器一实施例的剖视图。

图3为本实用新型的电子驻车执行器的控制单元的控制原理图。

附图标记：

1-步进电机；2-控制单元；3-减速机构；4-输出轴；5-上壳体；6-下壳体；7-磁铁；21-微处理器；22-驱动芯片；23-电源管理芯片；24-位置传感器芯片。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，既包括直接的连接，也包括间接的连接。而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

本实用新型至少一个实施例提供一种电子驻车执行器，如图1所示，包括步进电机1、控制单元2、减速机构3、输出轴4、上壳体5、下壳体6。步进电机1固定在执行器壳体的内部，为体现执行器壳体内部的结构，图1体现为爆炸图的形式，步进电机1、控制单元2、减速机构3等结构均安装在上壳体5和下壳体6之间。

本实施例中步进电机1采用四相五线步进电机，步进电机1若采用其它如两相、三相、五相的步进电机也可以实现本实用新型的功能。步进电机1的引出线与控制单元相连接，步进电机1的输出轴与所述减速机构3的输入端相连接，所述减速机构3的输出端与所述输出轴4相连接，所述输出轴4与驻车机构相连接。本实施例采用的是三级齿轮减速，总减速比达到160，步进电机1通过减速机构3将扭矩传递到输出轴4，也可以使用蜗轮蜗杆等其它减速机构进行减速。

所述步进电机1的细分控制为8细分或16细分。采用步进电机1的细分驱动控制，可以进一步减少步进电机1每步转动的角度，提高控制精度。若采用8细分控制，则步进电机1每一步转动的角度是步距角除以8，可以根据需要采用更高的细分控制，如16细分控制，大大提高步进精度。

控制单元2是一块含有电子元器件的PCB组件，负责驱动步进电机1。控制单元2包括微处理器21、驱动芯片22、电源管理芯片23，其控制原理图如图3所示，所述微处理器21与所述驱动芯片22、电源管理芯片23相连接，所述驱动芯片22与所述步进电机1相连接。在图2所示的实施例中，微处理器21采用NXP的S32K142H，电源管理芯片23采用英飞凌的TLE9471，驱动芯片22采用埃戈罗的A3981。以上所选芯片只是本实用新型的一个实施例，其它符合功能要求的芯片都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的原理是：采用步进电机作为执行器的驱动机构，步进电机可将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移，每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，转动的角度即步距角，步距角的精度控制可以达到7.5°以下。且步进电机每步转动的误差不会累积，每转动一圈就会清零。另外，步进电机的转速与输入脉冲频率成正比，这使得步进电机具备良好的开环特性。当使用步进电机进行位置控制时只需要计算出输出轴所需要转动的角度，然后乘以减速比除以步距角就可以得到需要输入的脉冲数。通过给步进电机输入该脉冲数，就可以直接控制执行器输出轴的转动目标角度，而不需要利用角度传感器来检测输出轴的角度位置，不需要进行位置闭环控制，省去PID调节的过程。

因此，本实用新型的一个优点是可以省去位置传感器，节约制造成本。优选的，根据执行器功能安全级别要求的不同，也可以选择增设位置传感器，通过位置传感器做最终的位置校核，使得位置的控制更加精确，因此，省去位置传感器不是必须的。在该实施例的实现方式上，可以在控制单元2的组件中增加位置传感器芯片24，如图2所示，位置传感器芯片24焊接在PCB组件上，所述输出轴4的一端设有磁铁7，所述位置传感器芯片24与所述磁铁7相对平行设置，即位置传感器芯片24与输出轴4一端的中心位置相对设置。位置传感器芯片24通过感知输出轴4在转动时位于其端部的磁铁7所产生的磁场在XY轴上的变化来测量输出轴4的角度。

本实用新型的电子驻车执行器的工作流程如下：

执行器的控制单元2接收到外部的驻车指令，微处理器21即产生脉冲信号控制步进电机1转动，脉冲信号的频率依据执行器对换挡时间的要求计算出来，频率越高，步进电机1转动得越快。脉冲信号的脉冲数量根据步进电机1需要转动的角度计算出来，可以事先标定好。脉冲信号传递到驱动芯片22，经过细分驱动控制，驱动芯片22连接步进电机1驱动步进电机1转动，步进电机1通过减速机构3将扭矩传递到输出轴4，输出轴4转动带动变速箱内的驻车机构完成驻车操作。输出轴4完成驻车需要转动的角度事先已经标定好，只需乘以减速比和细分驱动数再除以步距角就可以知道脉冲数量，不需要闭环控制。以步进电机的步距角7.5°、16细分控制、减速比为160为例，控制精度能达到7.5/16/160＝0.003°，采用50KHz的脉冲频率，驻车运行时间能保证在200ms以内。

本实用新型的电子驻车执行器可以降低执行器位置控制的难度，进行位置开环控制。同时还能提高系统的位置控制精度，降低驻车运行时间。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (8)

1.一种电子驻车执行器，包括驱动机构、控制单元(2)、减速机构(3)、输出轴(4)，其特征在于，所述驱动机构为步进电机(1)，所述步进电机(1)与控制单元(2)相连接，所述步进电机(1)通过所述减速机构(3)与所述输出轴(4)相连接，所述输出轴(4)与驻车机构相连接。

2.根据权利要求1所述的电子驻车执行器，其特征在于，所述步进电机(1)的输出轴与所述减速机构(3)的输入端相连接，所述减速机构(3)的输出端与所述输出轴(4)相连接。

3.根据权利要求1所述的电子驻车执行器，其特征在于，所述步进电机(1)的细分控制为8细分或16细分。

4.根据权利要求1所述的电子驻车执行器，其特征在于，所述控制单元(2)包括微处理器(21)、驱动芯片(22)、电源管理芯片(23)，所述微处理器(21)与所述驱动芯片(22)、电源管理芯片(23)电连接，所述驱动芯片(22)与所述步进电机(1)电连接。

5.根据权利要求4所述的电子驻车执行器，其特征在于，所述控制单元(2)还包括位置传感器芯片(24)，所述输出轴(4)的一端设有磁铁(7)，所述位置传感器芯片(24)与所述磁铁(7)相对平行设置。

6.根据权利要求1～5任一所述的电子驻车执行器，其特征在于，所述减速机构(3)为三级齿轮减速结构。

7.根据权利要求1～5任一所述的电子驻车执行器，其特征在于，所述减速机构(3)为蜗轮蜗杆减速结构。

8.根据权利要求1～5任一所述的电子驻车执行器，其特征在于，还包括执行器壳体，所述执行器壳体包括上壳体(5)、下壳体(6)，所述步进电机(1)、控制单元(2)、减速机构(3)均安装在所述上壳体(5)和下壳体(6)之间。

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