技术领域
[0001] 本
发明涉及
汽车技术领域，特别是涉及一种换挡机构以及采用该换挡机构的自动驾驶的换挡控制策略。
背景技术
[0002] 随着
人工智能的发展，在现有车型上增加自动驾驶技术成为一种新趋势。
[0003]
现有技术中，人工驾驶的换挡操作依靠换挡机构完成，常用的换挡机构如换挡杆，换挡杆的
位置变化对应一个挡位
信号。当转变成自动驾驶时，需要解决自动驾驶的挡位信号与换挡机构的位置匹配问题，或者说，在自动驾驶模式下，换挡机构的位置需要随自动驾驶的挡位信号进行随动。此时，换挡机构就需要增加一套随动系统，用于执行随动的动作，实现自动驾驶的挡位信号与换挡机构位置的匹配。
[0004] 然而，随动系统的增加必然会导致物料和开发成本的增加。
[0005] 因此，如何设计一种车辆、换挡机构以及自动驾驶的换挡控制策略，以便在满足自动驾驶需求的同时，简化结构、降低成本。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种车辆、换挡机构以及自动驾驶的换挡控制策略，在满足自动驾驶需求的同时，简化了换挡机构的结构，降低了物料和开发成本。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种换挡机构，包括旋钮和与所述旋钮固定连接的转动件，所述转动件与变速箱连接，还包括弹性件，所述转动件设有与所述弹性件轴向抵接的轨道面，所述轨道面包括周向延伸并连接的第一轨和第二轨，所述第一轨和所述第二轨具有朝向彼此逐级凹进的至少两级台阶，且两者的交点形成稳态下与所述弹性件抵接的初始点；换挡时，所述转动件将与其中一级台阶相对应的挡位信号传递给所述变速箱，并通过所述台阶抵压所述弹性件，以便在换挡完成后，所述弹性件抵顶所述转动件与所述变速箱断开并回复稳态。
[0008] 本发明的换挡机构，通过转动旋钮带动与旋钮固定连接的转动件转动，进而通过转动件驱动变速箱执行换挡动作；其中，挡位的切换根据转动
角度确定，为此，转动件设有与弹性件轴向抵接配合的轨道面，并将该轨道面设置为由两侧朝向中间逐级凹进的台阶面，稳态下，弹性件抵接于中间的最凹点；在换挡时，旋钮带动转动件转动，轨道面与弹性件的抵接位置发生变化，当其中某一级台阶运动至与弹性件抵接的位置时，到达一个与该级台阶相对应的挡位，如果需要停留在该挡位，则不再继续旋转，转动件在转动至该级台阶后停止转动，进而将这一转动角度所对应的挡位传递给变速箱，以便变速箱执行相应的换挡动作；同时，在转动过程中，转动件会轴向压缩弹性件，使得弹性件产生压缩
变形，这种压缩变形会产生对转动件的轴向抵顶
力，进而在换挡完成后，转动件产生轴向运动而与变速箱脱离
接触，加之轨道面是沿周向逐级凹进的台阶面，在弹性件抵顶转动件轴向运动的同时必然伴随有周向的分运动，使得转动件反向转动而回复稳态。
[0009] 可见，本发明的换挡机构是只存在一个稳态的单稳态机构，在每次换挡完成后都会回到初始状态下的稳态位置，这个稳态位置可以对应不同的当前挡位；也就是说，挡位与旋钮的位置并非一一对应，一个旋钮位置可以对应不同的挡位，旋钮的位置不会跟随挡位相应变化。
[0010] 如此，在由人工驾驶转变至自动驾驶模式时，由于挡位的变化最终不会导致旋钮的位置变化，此时可以直接忽略旋钮的位置，以自动驾驶的挡位信号控制挡位，也不会因自动驾驶的挡位信号与旋钮的机械位置不对应而增设挡位判定系统；同时，由于忽略了旋钮的位置，也就无需设置驱动旋钮跟随自动驾驶的挡位信号相应变化的随动机构，进而简化了换挡机构的结构，节省了随动机构的开发和物料成本。
[0011] 可选地，所述第一轨和所述第二轨的台阶在轴向上朝向所述初始点由外而内倾斜设置。
[0012] 可选地，所述第一轨和所述第二轨中，相邻的台阶之间通过弧面、
水平面或斜面连接。
[0013] 可选地，所述第一轨和所述第二轨关于所述初始点对称。
[0014] 可选地，包括两个以上所述弹性件，所述转动件与各所述弹性件对应地设有两个以上周向间隔设置的所述轨道面，以驱动各所述弹性件同步运动。
[0015] 可选地，所述弹性件包括压簧和子弹头，所述压簧
支撑于所述子弹头的一端，所述子弹头的另一端与所述轨道面抵接。
[0016] 可选地，所述第一轨和所述第二轨均具有两级台阶，两者以远离所述初始点的一级台阶作为限位点，以靠近所述初始点的一级台阶作为过渡点；两所述限位点分别对应R挡和D挡位，当所述初始点对应P挡或N挡时，两所述过渡点均对应N挡，当所述初始点对应R挡时，两所述过渡点分别对应R挡和N挡，当所述初始点对应D挡时，两所述过渡点分别对应D挡和N挡。
[0017] 可选地，所述旋钮是按压钮，在换挡时，按压所述旋钮而将所述转动件与所述变速箱连接，在当前挡位是非P挡时，按压所述旋钮而切换至P挡。
[0018] 可选地，还包括与R挡、P挡、N挡和D挡一一对应的指示灯，用于指示当前挡位。
[0019] 可选地，还包括
传感器和感应
齿轮，所述转动件是与所述感应齿轮
啮合的齿形板，所述传感器通过感应所述感应齿轮的转动信号检测当前挡位。
[0020] 本发明还提供了一种车辆，包括自动驾驶
控制器和与其信号连接的变速箱，还包括上述的换挡机构。
[0021] 本发明还提供了一种自动驾驶的换挡控制策略，用于上述的车辆，包括以下步骤：
[0022] 1)判断是否收到进入自动驾驶
请求，是则执行步骤2)；
[0023] 2)接收自动驾驶控制器的挡位信号并发送给变速箱控制器，以控制变速箱根据接收到的挡位信号执行换挡动作；
[0024] 3)判断是否接收到退出自动驾驶请求，是则退出自动驾驶或者返回步骤1)。
[0025] 可选地，所述步骤1)和所述步骤2)之间还包括以下步骤：
[0026] 11)执行握手协议；
[0027] 12)判断是否握手成功，是则执行步骤2)，否则返回步骤1)。
[0028] 可选地，所述步骤12)中，如果握手成功，则执行步骤13)：判断是否有驾驶员操作，否则执行步骤2)，是则执行步骤3)。
附图说明
[0029] 图1是本发明所提供换挡机构在一种具体实施方式中的立体结构示意图；
[0030] 图2是图1所示换挡机构处于稳态时转动件和弹性件的配合关系示意图；
[0031] 图3是图1所示换挡机构中旋钮的状态示意图；
[0032] 图4是本发明所提供自动驾驶的换挡控制策略的
流程图。
[0033] 图1-图3：
[0034] 旋钮-1 转动件-2 弹性件-3 压簧-31 子弹头-32 轨道面-4 第一轨-41 第二轨-42 台阶-43 传感器-5 感应齿轮-6。
具体实施方式
[0035] 以下结合附图，对本发明进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。
[0036] 本文所述的轴向、周向、径向等均以旋钮1为参照，以旋钮1的转动方向为周向，以旋钮1转动时所围绕的
转轴的延伸方向为轴向，以旋钮1的直径延伸方向为径向。
[0037] 本文中所述的第一、第二等词是为了区分相同或类似的两个以上结构，或者具有相同或类似结构的两个以上的部件，不表示对顺序的特殊限定。
[0038] 如图1-图3所示，本方案提供了一种换挡机构，包括旋钮1和与旋钮1固定连接的转动件2，转动件2与变速箱连接，还包括弹性件3，转动件2设有与弹性件3轴向抵接的轨道面4，该轨道面4包括周向延伸的第一轨41和第二轨42，且第一轨41和第二轨42相互连接；其中，第一轨41和第二轨42具有朝向彼此逐级凹进的至少两级台阶43，即第一轨41的台阶43朝向第二轨42的方向逐级凹进，第二轨42的台阶43朝向第一轨41的方向逐级凹进；此时，第一轨41和第二轨42均沿周向呈台阶43式递进地凹进，在第一轨41和第二轨42的交点处形成轴向上的最凹点，从整个轨道面4的周向看，轨道面4大致呈弧形结构，先轴向凹进后轴向突出，以第一轨41和第二轨42的交点作为初始点O，稳态下，弹性件3与该初始点O抵接，如图2所示。
[0039] 换挡时，转动旋钮1，通过旋钮1带动转动件2转动，当转动一定角度后，转动件2的某一级台阶43运动至与弹性件3抵接的位置，该转动角度对应一个挡位，转动件2将对应的挡位信息传递给变速箱，使得变速箱按照相应的挡位信息进行换挡动作；同时，由于稳态下弹性件3处于最凹点(即初始点O)，轨道面4并非垂直于轴向的水平面，而是在轴向上倾斜的曲面结构，在转动过程中，轨道面4必然会轴向压缩弹性件3，当作用于旋钮1的转动力矩取消后，弹性件3对轨道面4的抵顶力产生垂直于轨道面4的分力，这一分力产生驱动转动件2反向转动的
扭矩，以使得转动件2回复稳态，即回到以初始点O与弹性件3抵接的位置。与此同时，在弹性件3的轴向抵顶作用下，转动件2脱离与变速箱的接合位置，或者说转动件2与变速箱断开连接，以避免转动件2的回位导致挡位信息的变动。
[0040] 为了使得换挡完成后，转动件2与变速箱有效的断开，旋钮1可以设置为按压式的结构形式，在稳态下，弹性件3可以具有一定的预压缩量，以抵顶转动件2处于与变速箱断开的状态；当需要换挡时，可以轴向按压转动件2，以实现转动件2与变速箱的连接，然后再按压着旋钮1进行转动，以使得转动件2与变速箱保持连接并传递挡位信息，当撤销转动力和按压力后，转动件2在弹性件3的作用下自然回位并与变速箱断开，形成单稳态的换挡机构。
[0041] 如图2所示，第一轨41和第二轨42的台阶43在轴向上朝向初始点O由外而内倾斜设置。此时，可以初始点O为参照，在周向上，靠近初始点O的方向为内、远离初始点O的方向为外，则第一轨41和第二轨42的台阶面都可以设置在轴向上由外而内的倾斜面，以引导弹性件3更好地沿第一轨41或第二轨42回到与初始点O抵接的位置。
[0042] 需要说明的是，为了表达需求，图2中的传动件和弹性件3与图1中的传动件和弹性件3相比，调换了一下位置，使得传动件和弹性件3均翻转了180度，即图1中的上下方位与图2中的上下方位正好相反。但是，可以理解的是，通常按照图1中的状态安装于车辆，故图1中的方位更接近装车状态，而图2仅是为了显示的需求进行的位置变换。
[0043] 此外，如图2所示，在第一轨41和第二轨42中，相邻的台阶43之间可以通过弧面、水平面或斜面连接，以便对弹性件3由一级台阶43向另一级台阶43的过渡进行导向。其中，水平面和斜面是相对于轴向而言的，以与轴向垂直的面为水平面，与该水平面相交的面即为斜面。水平面和斜面都是平面结构，而弧面是曲面结构，在周向上弯曲延伸。
[0044] 由于第一轨41和第二轨42处于初始点O的两侧，则旋钮1顺
时针或逆时针转动时，就会沿不同的轨道运动，可以通过改变转动方向实现不同的挡位切换。
[0045] 第一轨41和第二轨42还可以关于初始点O对称，此时，转动件2转动至两侧的对应台阶43所需的角度是一致的。转动件2的结构更为简单，操作也更为便捷。当然，本领域技术人员也可以采用非对称的结构形式，以更好地与变速箱匹配。
[0046] 为提高转动件2回位(即回复稳态)的可靠性，本发明可以包括两个以上弹性件3，各弹性件3在转动件2的周向间隔设置，此时，转动件2与各弹性件3对应地设有两个以上周向间隔设置的轨道面4，各弹性件3与各自对应的轨道面4抵接，从而在转动件2转动时，以各轨道面4驱动相应的弹性件3轴向运动，进而在撤销换挡作用力后，各弹性件3分别由周向不同的各点抵顶支撑转动件2，实现转动件2的可靠回位。在图2所示的实施方式中，可以设有两个轨道面4和两个弹性件3，且稳态下，两弹性件3的初始点O可以处于同一直径上。可以理解的是，由于转动件2是一个整体，当转动件2转动时，各轨道面4也会相应动作，可以使得各弹性件3同步运动。
[0047] 结合图1和图2可知，弹性件3可以包括压簧31和子弹头32，压簧31支撑于子弹头32的一端，子弹头32的另一端与轨道面4抵接。当安装于整车时，本发明的换挡机构具体可以安装于一个壳体，该壳体可以设有安装孔，以容纳子弹头32和弹性件3，使得弹性件3的一端(图1中具体是上端)能够支撑于子弹头32，另一端与壳体抵接，以实现该弹性件3的压缩。
[0048] 结合图2和图3，本
实施例中，第一轨41和第二轨42均具有两级台阶43，两者以远离初始点O的一级台阶43作为限位点，以靠近初始点O的一级台阶43作为过渡点；两限位点分别对应R挡和D挡位，当初始点O对应P挡或N挡时，两过渡点均对应N挡，当初始点O对应R挡时，两过渡点分别对应R挡和N挡，当初始点O对应D挡时，两过渡点分别对应D挡和N挡。
[0049] 其中，P指的是驻车挡，R是倒挡，N是空挡，D是行车挡。
[0050] 限位点对应旋钮1转动的极限位置，是限制旋钮1转动的位置，当旋钮1转动至两侧的限位点时不能继续转动；过渡点是非稳态位置，在此位置，会给驾驶员操作力突变的感觉，提示驾驶员已经到达一个可供切换的挡位，以便驾驶员根据需要选择合适的挡位。
[0051] 每次车辆上电后，换挡机构在初始点O的初始挡位信号均为P挡，换挡机构的挡位变化都是基于初始挡位信号与旋钮1的操作位置作出的。
[0052] 如图3所示，当初始挡位信号是P挡时，不管是顺时针转动到过渡点B1还是逆时针转动到过渡点A1，转动件2到达与第一级台阶43(即靠近初始点O的一级台阶43)相对应的位置，挡位信号均对应N挡，如果顺时针转动到限位点B2，则挡位信号对应D挡位，如果逆时针转动到限位点A2，则挡位信号对应R挡。同理，当初始挡位信号切换为R挡后，旋钮1转动到过渡点和限位点时对应的挡位也会相应变化，最终能够在P挡、N挡、R挡和D挡之间根据需要切换，具体的挡位变换请参考图3。
[0053] 此外，如上所述，旋钮1可以是按压结构的按压钮。为提高操作便捷性，在当前挡位是非P挡时，可以直接按压该旋钮1而切换至P挡。
[0054] 并且，本发明的换挡机构还可以包括与R挡、P挡、N挡和D挡一一对应的指示灯，用于指示当前挡位。换挡机构可以通过点亮当前挡位的指示灯来指示当前所处的挡位。指示
灯具体可以是
LED灯，且对于每个不同的挡位，指示灯可以设置为不同的
颜色，以起到更好的指示效果。
[0055] 在上述
基础上，结合图1可知，本发明的换挡机构还可以包括传感器5和感应齿轮6，转动件2可以是与感应齿轮6啮合的齿形板，具体可以采用外啮合的形式，感应齿轮6随齿形板同步转动，传感器5通过感应该感应齿轮6的转动信号检测当前的挡位信号，以便在手动驾驶模式下将该挡位信号传递给整车的其他控制器使用，以便于执行手动驾驶模式下的换挡策略。
[0056] 感应齿轮6具体可以注塑件，在该注塑件里可以嵌入磁
铁，以形成
磁铁齿轮。此时，传感器5可以是霍尔元件，通过检测磁铁的转速实现转动角度的检测，进而用于衡量挡位信号。
[0057] 在上述基础上，本发明还提供了一种车辆，包括自动驾驶控制器和与其信号连接的变速箱，以及上述的换挡机构。
[0058] 如上所述，本发明的换挡机构只存在一个稳态，是单稳态机构，在每次换挡完成后都会回到初始状态下的稳态位置，这个稳态位置可以对应不同的当前挡位；也就是说，挡位与旋钮1的位置并非一一对应，一个旋钮1位置可以对应不同的挡位，旋钮1的位置不会跟随挡位相应变化。
[0059] 如此，在由人工驾驶转变至自动驾驶模式时，由于挡位的变化最终不会导致旋钮1的位置变化，此时可以直接忽略旋钮1的位置，以自动驾驶的挡位信号控制挡位。现有技术中，由于换挡杆的位置与挡位是一一对应的，如果忽略换挡杆的位置，直接以自动驾驶的挡位信号进行挡位控制，则需要增加一套挡位判定系统，以解决换挡杆的位置与实际挡位信号不匹配的问题。然而，本发明的换挡机构，旋钮1的位置不跟随挡位相应变化，也就不存在自动驾驶的挡位信号与旋钮1的机械位置不对应的问题，无需增设挡位判定系统。
[0060] 现有技术中，有些还采用了增设随动机构的形式解决换挡杆的位置与自动驾驶的挡位信号不匹配的问题，以使得换挡杆跟随自动驾驶的挡位信号变换位置，但这无疑增加了开发和物料成本，也增加了换挡机构的复杂程度。针对这一解决方式，本发明的换挡机构，通过单稳态的结构形式使得旋钮1的位置无需与挡位一一对应，可以忽略旋钮1的位置，也就无需设置驱动旋钮1跟随自动驾驶的挡位信号相应变化的随动机构，进而简化了换挡机构的结构，节省了随动机构的开发和物料成本。
[0061] 如图4所示，本发明还提供了一种针对上述车辆的自动驾驶的换挡控制策略，具体可以包括以下步骤：
[0062] S1、判断是否收到进入自动驾驶请求，是则执行步骤S2；
[0063] S2、执行握手协议；
[0064] S3、判断是否握手成功，是则执行步骤S4，否则可以返回开始步骤或者返回步骤S1；
[0065] S4、进入自动驾驶模式；
[0066] S5、判断是否有驾驶员操作，否则执行步骤S6，是则执行步骤S8；
[0067] S6、接收自动驾驶控制器发出的挡位信号；
[0068] S7、将接收到的挡位信号发送给变速箱控制器，以便变速箱控制器根据该挡位信号进行换挡动作；
[0069] S8、判断是否收到退出自动驾驶请求，是则退出自动驾驶模式，或者返回开始步骤，否则返回步骤S6，以便根据需要及时终止自动驾驶模式。
[0070] 其中，本发明的换挡控制策略的各步骤都可以通过换挡机构控制器执行，自动驾驶请求和退出自动驾驶请求均可以由自动驾驶控制器发出。
[0071] 步骤S2和步骤S3是指，通讯设备之间任何实际应用信息的传送总是伴随着一些控制信息的传递,它们按照既定的通讯协议工作,将应用信息安全、可靠、高效地传送到目的地。握手协议就是两个设备在通信之前，要互相的认识一下，然后才能互相传送。在接收到自动驾驶请求后，要建立自动驾驶控制器与换挡机构控制器的“认识”，才能进行信息的传递，步骤S2和步骤S3就是为了建立这种“认识”，而只有握手成功了，才有可能实现信号的传递。因此，步骤S2和步骤S3是具体执行步骤，实际上，对于换挡控制策略的方法而言，从控制方法的角度看，在接收到自动驾驶请求后，也可以直接执行步骤S4，进行挡位信号的接收和传递，而步骤S2和步骤S3可以通过设备的内部设置而自动设定，进而省略。
[0072] 步骤S4中，具体可以将换挡机构控制器设置为自动驾驶模式，以通过该自动驾驶模式发送挡位信号给换挡机构控制器。
[0073] 步骤S5和步骤S8是指，在按照步骤S6和步骤S7执行自动驾驶的挡位控制的过程中，要处理人为干预，故设置了步骤S5，同时还要处理自动驾驶请求的自我退出请求，故设置了步骤S8，以便及时终止自动驾驶。
[0074] 需要说明的是，上述步骤S1-S8是具体实施的方法步骤，序号不一定与
权利要求中的序号一一对应，而且，权利要求中采用了不同的序号标识方式，但这不影响权利要求与
说明书的对应关系。
[0075] 以上对本发明所提供车辆、换挡机构以及自动驾驶的换挡控制策略进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
