基于线性驱动电机的变速箱档位控制系统及控制方法与流程

本发明涉及变速箱档位调节技术领域，具体涉及基于线性驱动电机的变速箱档位控制系统及控制方法。

背景技术：

目前，现有的联合收割机中，变速箱的换挡功能通常由传统的拉线式换挡机构来实现，通过拉线来控制档位拨盘的角度改变，从而实现档位切换的目的。

传统的拉线式换挡机构一般由操纵杆、操纵杆支架、拉线、拉线传动机构、档位拨盘和档位变速箱组成，其占用的空间较大，结构复杂，安装麻烦，而且不能检测到当前档位的实际位置，可能发生档位切换错误的现象。

为减少控制机构和执行机构之间的空间布置体积，并实现实时监测档位信息，使得执行机构能够准确按照操作者的要求进行动作，达到准确切换档位的功能，本发明公开了一种基于线性驱动电机的变速箱档位控制系统及控制方法。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了基于线性驱动电机的变速箱档位控制系统及控制方法，本发明是通过以下技术方案来实现的。

基于线性驱动电机的变速箱档位控制系统，包括执行机构和控制机构；

所述执行机构包括设置在档位变速箱中的驱动电机、换挡丝杆、拨叉、换挡轴、换挡滑块和位置传感器。

所述控制机构包括主控制器、档位控制器、电机控制器和显示器，所述主控制器、档位控制器和电机控制器可分别单独连接一个显示器，所述主控制器、档位控制器和电机控制器也可共同与同一个显示器连接。

进一步地，所述驱动电机连接有换挡丝杆，所述拨叉通过换挡轴转动连接在档位变速箱内，所述换挡滑块铰接在拨叉的后端，且换挡滑块与换挡丝杆啮合，所述位置传感器用于采集拨叉的位置信号。

进一步地，所述主控制器与档位控制器信号连接，主控制器通过can通讯与电机控制器的输入端口连接，电机控制器的信号接口与位置传感器连接，所述驱动电机与电机控制器的输出端口连接，所述主控制器还外接有显示器。

进一步地，所述档位控制器为档位调节杆或档位开关中的一种。

进一步地，所述电机控制器为tcu无级变速箱控制器。

基于线性驱动电机的变速箱档位控制方法，该方法依靠上述控制系统实现，并包括以下步骤：

s1：通过档位控制器输入目标档位，主控制器通过can通讯将目标档位信号输送到电机控制器；

s2：位置传感器将采集拨叉当前位置信号并输送到电机控制器；

s3：电机控制器对拨叉当前位置信号及目标档位信号进行处理，通过对信号的分析处理结果对驱动电机的占空比进行控制，从而使驱动电机旋转的圈数与设定的圈数保持一致；

s4：驱动电机正反转从而控制拨叉角度，通过拨叉实现换挡功能。

本发明的有益效果如下：

1、本发明具有较大的适用范围，可以用于联合收割机的档位控制，也可用在其他农机或者带有档位变速装置的机动车上。

2、通过驱动电机来进行档位的切换，纯电动控制，使得操作简单，同时还可以准确的显示档位信息，使得换挡准确。

3、本发明的技术方案具有较大的扩展性，可与自动驾驶组合，根据设计工况值和实际的工况值对比，可以完全实现联合收割机的自动驾驶作业功能，减少作业者的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明所述执行机构的结构示意图；

图2：图1所述a-a方向的剖视图；

图3：ⅰ档时拨叉的位置图；

图4：中立位置时拨叉的位置图；

图5：ⅱ档时拨叉的位置图；

图6：本发明所述控制机构的结构示意图。

附图标记如下：

1-档位变速箱，2-驱动电机，3-换挡丝杆，4-拨叉，5-换挡轴，6-换挡滑块、7-位置传感器，8-主控制器，9-档位控制器，10-电机控制器，11-显示屏。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6所示，基于线性驱动电机的变速箱档位控制系统，包括执行机构和控制机构；

执行机构包括设置在档位变速箱1中的驱动电机2、换挡丝杆3、拨叉4、换挡轴5、换挡滑块6和位置传感器7。

控制机构包括主控制器8、档位控制器9、电机控制器10和显示器11，主控制器8、档位控制器9和电机控制器10可分别单独连接一个显示器11，主控制器8、档位控制器9和电机控制器10也可共同与同一个显示器11连接。

优选的，驱动电机2连接有换挡丝杆3，拨叉4通过换挡轴5转动连接在档位变速箱1内，换挡滑块6铰接在拨叉4的后端，且换挡滑块6与换挡丝杆3啮合，位置传感器7用于采集拨叉4的位置信号。

优选的，主控制器8与档位控制器9信号连接，主控制器8通过can通讯与电机控制器10的输入端口连接，电机控制器10的信号接口与位置传感器7连接，驱动电机2与电机控制器10的输出端口连接，主控制器8还外接有显示器11。

优选的，档位控制器9为档位调节杆或档位开关中的一种。

优选的，电机控制器10为tcu无级变速箱控制器。

基于线性驱动电机2的变速箱档位控制方法，该方法依靠上述控制系统实现，并包括以下步骤：

s1：通过档位控制器9输入目标档位，主控制器8通过can通讯将目标档位信号输送到电机控制器10；

s2：位置传感器7将采集拨叉4当前位置信号并输送到电机控制器10；

s3：电机控制器10对拨叉4当前位置信号及目标档位信号进行处理，通过对信号的分析处理结果对驱动电机2的占空比进行控制，从而使驱动电机2旋转的圈数与设定的圈数保持一致；

s4：驱动电机2正反转从而控制拨叉4角度，通过拨叉4实现换挡功能。

本发明具有以下两个具体实施例：

实施例1

图4为中立位置时拨叉4的位置图。

如图3所示，其展示了ⅰ档时拨叉4的位置图，此时驱动电机2带动换挡丝杆3正转，并驱动换挡滑块6向下移动。

图3中，e为中立位置时拨叉4中心到换挡轴5中心之间的连线，f为ⅰ档时拨叉4中心到换挡轴5中心之间的连线，θ1为ⅰ档时f与e的夹角度数。

由于拨叉4是以换挡轴5为中心进行动作，所以换挡滑块6是以换挡轴5为中心进行转动，换挡滑块6中心和换挡轴5的旋转角度与拨叉4旋转的角度一致，角度值为负值。

l为换挡轴5中心到换挡丝杆3中心的距离。

根据勾股定理可以计算出换挡滑块6与换挡轴5中心的距离值h1，h1＝tg﹣θ1*l。

根据换挡丝杆3上螺纹的规格型号可以计算出换挡丝杆3旋转一圈缩所移动的位置值s，从而计算出驱动电机2所需要旋转的圈数n，n＝h1/s；以及驱动电机2的动作时间t，t＝n/n；其中n为线性驱动电机2的额定转数。

驱动电机2的动作时间t则通过电机控制器10对驱动电机2的占空比来进行控制，达到驱动电机2旋转的圈数与设定的圈数保持一致，从而起到控制拨叉4角度的目的。

实施例2

图4为中立位置时拨叉4的位置图。

如图5所示，其展示了ⅱ档时拨叉4的位置图，此时驱动电机2带动换挡丝杆3反转，并驱动换挡滑块6向上移动。

图5中，e为中立位置时拨叉4中心到换挡轴5中心之间的连线，g为ⅱ档时拨叉4中心到换挡轴5中心之间的连线，θ2为ⅱ档时g与e的夹角度数。

由于拨叉4是以换挡轴5为中心进行动作，所以换挡滑块6是以换挡轴5为中心进行转动，换挡滑块6中心和换挡轴5的旋转角度与拨叉4旋转的角度一致，角度值为负值。

l为换挡轴5中心到换挡丝杆3中心的距离。

根据勾股定理可以计算出换挡滑块6与换挡轴5中心的距离值h2，h2＝tg﹣θ2*l。

根据换挡丝杆3上螺纹的规格型号可以计算出换挡丝杆3旋转一圈缩所移动的位置值s，从而计算出驱动电机2所需要旋转的圈数n，n＝h2/s；以及驱动电机2的动作时间t，t＝n/n；其中n为线性驱动电机2的额定转数。

驱动电机2的动作时间t则通过电机控制器10对驱动电机2的占空比来进行控制，达到驱动电机2旋转的圈数与设定的圈数保持一致，从而起到控制拨叉4角度的目的。

综合实施例1和实施例2

在换挡之前，电机控制器10通过位置传感器7监测处此时拨叉4的实际位置，并判断拨叉4是否处于中立位置。

如果在中立位置，则可以进行换档操作，电机控制器10驱动电机2发送动作指令；如果不在中立位置，则不允许换档操作，电机控制器10禁止给驱动电机2发送动作指令。

换挡时，档位控制器9将档位信息发送给电机控制器10，线性驱电机控制器10通过自检，将从位置传感器7采集到的数据与设定数据进行分析处理，将处理后的结果发送给主控制器8，并由主控制器8将档位信息发送给显示器11，同时将处理后的指令发送给驱动电机2，驱动电机2按照接收到的指令进行动作，驱动电机2动作进行的同时，位置传感器7也将检测到的数据发送给电机控制器10，电机控制器10再将接收到的数据发送给主控制器8，主控制器8将接收到的信息再与档位控制器9发送过来的信息进行对比，接收信息与设定信息相同则显示正常；接受信息与设定信息不同则显示异常。

本发明是用电机控制器10和驱动电机2组合使用，操作简单、增加档位监测功能、减少控制机构与执行机构不匹配的问题、减少操纵台内部空间占有率。

以上，对本发明的实施方式进行说明。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。