CN103994208B - 一种车用多功能手柄式选挡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车用多功能手柄式选挡器，包括壳体、手柄和芯部。单一手柄结构。其只有单一的操纵件，而且芯部的结构简单可靠，有利于实现操作简单、动作少、避免操作失误。并且能够实现手自一体的选挡模式。借助于单一手柄及少量选择开关，实现手‑自一体模式选挡，可以适应在各种道路和复杂地形条件下的多样化驾驶要求。

Description

一种车用多功能手柄式选挡器

技术领域

本发明专利涉及一种车用自动变速操纵系统中的操纵装置。尤其涉及一种车用多功能手柄式选挡器。

背景技术

随着车辆电子技术的迅猛发展，车辆的挡位操作引入了微机,因此越来越要求使用适用于微机控制特点的操纵换挡装置。

然而现有技术中的操纵换挡装置往往不能够满足上述需求,例如其换挡结构复杂，为了实现更多的功能需要十分复杂的换挡选挡结构，同时选挡器的空间较大，并且稳定新差，不能够对抗多种恶劣环境的影响。

发明内容

本发明专利正是为了适应车辆电子技术发展而设计，本发明要解决的技术问题是提供一种可靠结构件的选挡器和选挡系统。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面提供了一种车用多功能手柄式选挡器，其特在于，包括壳体、手柄和芯部。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种选挡器，包括芯部、手柄和壳体；所述芯部包主编码盘组件、手柄组件、主轴、支撑板组件；手柄组件的下端与所述主轴的右端相连，所述主轴的左端与所述编码盘组件相连，以通过操作手柄组件上下转动从而带动所述主轴以及所述编码盘组件沿着相同的方向转动；所述编码盘组件上设置有第一磁片组，所述磁片沿着以编码盘中心为圆心的圆弧布置，所述第一磁片组中包含个磁片在以所述编码盘8的中心为坐标原点的XY坐标系中，所述10个磁 片分别位于上述坐标系中的00、15°、30°、45°、105°、120°、150°、180°、210°、345°的位置；在所述编码盘组件的Y轴坐标原点两侧对称设置有霍尔式接近开关D、E，所述霍尔式接近开关D、E与上述10个磁片隔开预定的距离，以使得上述10个磁片不对所述霍尔式接近开关D、E产生影响；所述主支承板组件设置在所述手柄与所述编码盘组件之间，固定连接于所述壳体上，包括主支撑板和接近开关A、B、C；所述主支撑板中设置有孔，所述主轴能够在主支撑板组件的孔内随手柄的转动而转动；所述接近开关设置在所述主支撑板上；接近开关A、B、C分布在以所述主支撑板圆心为坐标原点的XY坐标系中的0°、90°、180°的位置，并且所述霍尔式接近开关A、B、C与所述坐标原点之间的距离相等。所述霍尔式接近开关A、B、C与所述10个磁片相互之间通过所述手柄的转动而形成相对或者是不相对的位置关系，当所述磁片与相应的霍尔式接近开关相对时通过对所述霍尔式接近开关形成影响而触发所述接近开关，当所述磁片与相应的霍尔式接近开关不相对时则无法触发所述接近开关；所述手柄的下部设置有第二组磁片，所述第二组磁片包括1片磁片，所述1片磁片随着手柄的左、右摆动交替靠近所述霍尔式接近开关E、D，当所述第二组磁片靠近所述霍尔式接近开关E或D时，触发所述霍尔式接近开关E或D；所述壳体包括外壳、壳体盖、柄位标牌和插座；所述外壳用于形成容置空间，以容纳芯部的组件；所述壳体盖，可操作地封闭与打开所述外壳的开口，以在使用时保护壳体内部的芯部以及在检修时能够打开以方便维护；所述插座1用于把所述接近开关反映的柄位信息输送给控制器ECU。

根据本发明的另外一方面提供了一种车用选挡系统，所述系统包括前述述的选挡器、以及ECU，所述ECU和所述插座相连，根据所述选挡器 的操作所触发的接近开关的信号控制所述车辆的行进。

本发明专利具有以下优点：

1)单一手柄结构。只有单一的操纵件，而且芯部的结构简单可靠，有利于实现操作简单、动作少、避免操作失误。单一手柄的操纵方法易于掌握。

2)手-自一体选挡模式。借助于单一手柄及少量选择开关，实现手-自一体模式选挡，可以适应在各种道路和复杂地形条件下的多样化驾驶要求。

附图说明

图1为多功能手柄式选挡器的主视图；

图2为多功能手柄式选挡器的剖视图；

图3为多功能手柄式选挡器的左视图；

图4为多功能手柄式选挡器的挡位设置图；

图5为多功能手柄式选挡器的接近开关位置示意图；

图6为多功能手柄式选挡器的编码盘组件图；

图7为多功能手柄式选挡器的各柄位编码图；

图8为多功能手柄式选挡器的接线图；

其中：1-插座2-横卧把手3-手柄组件4-主轴5-挡圈6-定位块7-齿片8-编码盘组件9-壳体盖10-外壳11-弹簧座12-回位弹簧13-防尘套14-钢球15-定位弹簧16-主支撑板组件17-接近开关18-直立把手19-柄位标牌20-导槽21-磁片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行进一步的说明,需要说明的是，该具体实施方式仅仅是本发明的优选和举例，其并不能理解为对本 发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明的选挡器包括：壳体、手柄和芯部。

其中，壳体包括外壳10、壳体盖9、柄位标牌19与插座1。所述外壳10用于形成容置空间，以容纳芯部的组件。所述壳体盖9，可操作地封闭与打开所述外壳的开口，以在使用时保护壳体内部的芯部以及在检修时能够打开以方便维护。所述插座1用于把手柄组件3的柄位信息输送给控制器ECU。

所述柄位标牌设置在所述外壳上，位于所述外壳10的顶部。在所述外壳10的顶部及柄位标牌19上均开有贯通的导槽20，所述导槽20呈十字交叉形。手柄组件3从十字交叉形导槽中伸出。

芯部结构如图1、图2、图3所示。所述芯部包主支撑板组件16、编码盘组件8、手柄组件3、主轴4、定位装置。

手柄组件3的下端与所述主轴4的右端相连，所述主轴4的左端与所述编码盘组件8相连，以通过操作手柄组件3带动所述主轴以及所述编码盘组件运动。主轴组件可在主支撑板组件16的孔内随手柄移位而转动。

如图6所示，所述编码盘8上设置有第一磁片组21，优选地，所述磁片沿着以编码盘中心为圆心的圆弧布置，进一步地，所述第一磁片组21中包含10个磁片在以所述编码盘8的中心为坐标原点的XY坐标系中，所述10个磁片分别位于上述坐标系中的0°、15°、30°、45°、105°、120°、150°、180°、210°、345°的位置。

在所述编码盘8的Y轴坐标原点两侧对称设置有霍尔传感器D、E，所述霍尔传感器D、E与上述10个磁片隔开预定的距离，以使得上述10个磁片不对所述霍尔传感器D、E产生影响。进一步地，所述霍尔传感器D、E与所述原点之间的距离比所述10个磁片距离所述原点的距离短，这样形成所述10个磁片在周围，所述霍尔传感器D、E在内部的结构， 有利于节省空间使得换挡功能实现的同时减小结构的体积。

所述主支撑板组件16设置在所述手柄与所述编码盘组件之间，主轴组件可在主支承板组件16的孔内随手柄移位而转动。优选地，所述主支撑板组件16包括主支撑板和接近开关，所述接近开关设置在所述主支撑板上；优选地，所述接近开关包括霍尔式接近开关A、B、C，所述霍尔式接近开关A、B、C分布在以所述主支撑板圆心为坐标原点的XY坐标系中的0°、90°、180°的位置，并且所述霍尔式接近开关A、B、C与所述坐标原点之间的距离相等。所述霍尔式接近开关A、B、C与所述10个磁片相互之间通过所述手柄的转动而形成相对或者是不相对的位置关系，当所述磁片与相应的霍尔式接近开关相对时通过对所述霍尔式接近开关形成影响而触发所述接近开关，当所述磁片与相应的霍尔式接近开关不相对时则无法触发所述接近开关。采用上述方式通过手柄的转动可以实现磁片对于不同的霍尔传感器的影响，从而控制接近开关的开和关。

进一步地，所述手柄组件的下端还设置有与霍尔式接近开关D、E对应的1片磁片，当所述手柄向左或者向右摆动时，所述手柄带动所述磁片接近或远离所述霍尔式接近开关D、E，从而触发所述霍尔式接近开关D或E。

上述具体实施方式的选挡器通过转动或者左右摆动手柄来控制所述接近开关和所述磁片的距离，从而触发不同的霍尔式接近开关，从而形成不同的信号。通过上述具体巧妙的开关位置和磁片位置的设置方式以及与磁片与手柄之间的联动关系，可以有效减少开关的数量，同时实现较为复杂的编码，简化了选挡器的结构。同时由于所述五个霍尔式接近开关均采用非接触式触发的方式，因此在车辆的振动冲击环境下信号准确可靠，剧烈抖动时也不会发生信号错误；有利于降低零件加工、降低装配难度、提高装配精度、降低调整的工作量；并且对油泥等污染不敏 感，有利于提高多功能手柄的可靠性。

所述定位装置包括手柄转动定位机构、手柄摆动定位机构、挡位锁定定位机构。

所述手柄转动定位机构用于控制所述手柄纵向转动移动的准确性。如图1所示，所述手柄转动定位机构包括主轴4，所述主轴4的轴线与所述手柄转动的平面垂直，且所述主轴与所述手柄的下端固定连接，当手柄转动时带动所述主轴4的圆周以相同的方向随之转动。所述主轴组件的下端设置有齿片7，所述齿片7上开有定位齿。在所述壳体的底部固定安装有定位弹簧15，所述定位弹簧15的顶端安装有钢球14，所述定位弹簧15将所述钢球14顶入所述定位齿的齿槽中，从而实现定位。采用上述定位装置由于定位弹簧15位于所述定位齿的下部，因此能够提高定位装置的可靠性，甚至当弹簧出现断裂时，能够避免弹簧和钢球对换挡过程产生干扰从而保证驾驶的安全性。

进一步优选地，所述弹簧设置在固定于所述壳体底部的弹簧座中，通过弹簧座固定了弹簧的位置，保证滑挡定位的准确性。更进一步地，所述定位齿的个数优选为七个，以保证在六个纵向挡位的选择中能够实现准确的定位。并且优选地，所述定位齿的齿形角为90°从而在需要定位时能够实现紧密啮合在需要换挡时又不需要施加更大的力从而保证换挡的手感。如图2所示，本发明实施例的纵向定位机构优选的操作方式包括：每当手柄移动一个柄位，转过预定夹角时，钢球可在弹簧力作用下压向与其对应的定位齿的齿槽，促使手柄组件得到准确的柄位。

所述手柄摆动定位机构用于控制所述手柄左右摆动的准确性，并为而确保输出的编码信号正确无误，并保证了操作手柄时有鲜明的“手感”。所述手柄的左右摆动操作提供回复力，以使得所述手柄回到左右位置中的初始位置(即中位)。所述手柄摆动定位机构包括设置在手柄左侧上的 两组弹簧组件，以及设置在所述手柄右侧上的两组弹簧组件。如图3所示(仅仅示出了其中的右侧两个左右复位组件)。其中，所述弹簧组件包括在弹簧座11和回位弹簧12，所述弹簧座两两分别设置在所述换挡手柄的左右两侧，所述回位弹簧12设置在所述弹簧座中。当所述手柄移动到左侧或右侧时会带动所述左侧或右侧的弹簧压向相侧的壳体，手松开后，所述手柄在弹簧座11，4个回位弹簧12的作用下自动返回到中位。

所述挡位锁定定位机构用于将手柄锁定在预定的挡位位置。所述挡位锁定定位机构包括，设置于手柄上的定位按钮、定位柱和凹槽，通过对所述定位按钮的操作能够带动手柄组件上的定位柱向下移动；凹槽设置于外壳上，通过操作所述按钮带动所述定位柱向下移动落入外壳上的凹槽内，这样锁住手柄不得偏离；当松开按钮时，定位柱向上回位移动，定位柱离开凹槽。将凹槽设计在“N”位，就可实现“N”位闭锁功能。

通过本发明中上述芯部的定位装置，配合外壳10的顶部及柄位标牌19上均开有导槽20，本发明的具体实施方式中可以保证手柄准确而方便地完成纵向以及左右方向的换挡。在拥有清晰的换挡手感的同时，保证了换挡的安全性与准确性。

进一步优选地，所述芯部还包括防尘结构，所述防尘结构包括挡圈5、防尘套13，通过防尘结构的保护使得该操纵换挡装置具有良好的密封性，防止内部零件沙尘污染。整个芯部借助于主支撑板组件上的螺钉与外壳定位固定。

本发明实施例通过手柄的操作触发不同的接近开关A～E后，根据不同挡位触发不同开关来产生不同的编码，所述信号通过插座1输送给控制器ECU，并通过ECU生成相应的控制信号，依据控制信号来控制车辆进行相应的操作。

本发明实施例的一种优选的控制方案如图7、8所示。需要说明的是， 虽然图6中的控制方案可以基于前文中描述的选挡器结构通过设置选挡器中各个部件具体的尺寸和安装角度来实现；但是这并不意味着图7、8的控制方案本身是本领域公知常识；恰恰相反，本发明采用了如图7、8所示的控制策略，保证了控制的可靠性，这是现有技术中所不具备且基于现有技术不容易想到的。

本发明的柄位设计如图4所示，手动选挡模式的三个柄位：H、H↑、H↓分别表示保持挡、升挡和降挡功能；自动选挡柄位的三个柄位D3、D2及D1；空挡柄位N；倒挡柄位R。

图7中的控制方案具体如下，当手柄拨动至D3位置时，接近开关ABC被触发；当手柄拨动至D2位置时，接近开关BC被触发；当手柄拨动至D1位置时，接近开关AC被触发；当手柄位于H挡的中间位置时，所述接近开关C被触发；当手柄位于H挡位的左侧时，接近开关CE被触发；当手柄位于H挡位的右侧时，接近开关CD被触发；当所述手柄位于N位置时，接近开关A被触发，当接近开关位于R位置时，接近开关BE被触发。

上述被触发的开关将信号发送给ECU，通过ECU输出与D3、D2、D1、H、H↑、H↓、N、R对应的控制信号，从而控制车辆进行与D3、D2、D1、H、H↑、H↓、N、R相应的操作。

上述控制方案中，除了“N”和“H中位”之外，其余的挡位至少需要两个接近开关被触发，只有所有的开关都被触发才能实现选挡，因此这种控制方式能够有效降低某一个开关被误触发时产生错误换挡的几率，从而进一步提高了换挡的安全性。并且这种换挡方式需要较少的传感器即可以实现复杂的换挡操作，提高了效率。

本具体实施方式的选挡器的工作过程如下：

如图3所示：手动选挡模式的三个柄位：H、H↑、H↓分别表示保 持挡、升挡和降挡功能；自动选挡柄位的三个柄位D3、D2及D1；空挡柄位N；倒挡柄位R。

自动选挡模式：当手柄移至“D3”位时，变速箱可在起步挡三挡至八挡之间自动升、降挡。在此范围内，驾驶员唯一的操作就是控制油门踏板，控制器ECU会根据车速及油门开度的变化适时地换至最佳排挡，自动地完成升挡或降挡。这个柄位适于道路阻力较小的路面；当手柄移至“D2”位时可在起步挡二挡至八挡之间自动换挡；当手柄移至“D1”位时，可在起步挡一挡至八挡之间自动换挡。以上三个柄位，均为自动选挡柄位，所不同点是起步挡不同。以上三个挡位主要用于公路等道路良好、或道路变化较少的情况。

手动选挡的控制模式：无论是从起步开始，还是从手柄处于D1、D2、D3位的行驶过程中，将手柄移至“H”位，控制器ECU立即进入手动选挡模式。只要手柄在“H”位，就具有保持挡功能，此位为保持挡。这时，不论用哪个排挡工作，在手柄离开“H”位之前，无论进行加减油或施加制动、转向操纵，不论道路阻力如何变化，均不会出现自动换挡，均可保持该排挡不变，直到手柄离开此位。

手动选择升降挡：当在保持挡柄位“H”、驾驶员需要换挡时，只须将手柄左右横向摆动即可。每次操作松开手把之后，它就会自动返回中位(H位)。

手动升挡——由于“H”正好位于十字交叉形的横槽中，因此，若将手柄摆向横槽左端“↑”位时，即可升一个挡。松开手柄后由于回位弹簧的作用使手柄自动返回横槽中位，而刚升入的挡又可保持不变。多次扳动，可以多次升挡。

手动降挡——若将手柄摆向横槽右端“↓”位，即可降一次挡，与↑功能相反。每扳动一次降一个挡。多次扳动，可以多次降挡，可降入的 最低挡位为一挡。

当手柄组件3在H位作左右摆动(摆动角7.5^°)，手松开后，可以在弹簧座11、回位弹簧12的作用下自动返回到中位。手柄组件3左右摆动时，其端部的磁片如图5所示，可以分别与编码盘组件8上的两个接近开关D或E对中，从而发出相应的电信号。

以上三个柄位构成了手动选挡的控制模式。这种手动控制模式特别适应于复杂多变的越野等复杂条件，例如在丘陵山地，地形复杂，道路起伏频繁，频繁转弯制动，无路越野，各种障碍，复杂多变或是特殊困难路面(例如上下陡坡，下长坡)等。设置这个柄位，可以避免自动选挡模式控制时，因道路复杂控制变速箱反复换挡，延长变速箱的寿命，提高车辆的可驾驶性与通过复杂多变道路的机动性能。

当手柄自“H”位移至D3位(或D2，D1位)，就立即转入自动选挡模式，驾驶员可根据路面需要和个人意愿，任意灵活地变换选挡模式。

标牌上的“N”位为空挡，手柄移至“N”位时，能切断发动机功率的传递，得到空挡。标牌上的“R”位为倒挡，手柄在此位置只能用倒挡工作，不能自动换至其它排挡。

本发明专利多功能手柄式选挡器的设计符合人机工程要求，操作轻便灵活，“手感”清晰、准确到位，可使驾驶员凭位置差异即能判断柄位操作的正确性。该选挡器不仅在良好路面下操作简便，而且在复杂多变的越野条件下也能灵活适应。其多功能结构便于驾驶员通过操作该装置表达驾驶意图，使自动变速操纵系统按驾驶意图执行并自动完成各种功能的操作，以保证车辆获得优异的机动性，可提高车辆在复杂行使条件下的动力性与经济性。

Claims (8)

1.一种车用多功能手柄式选档器，其特征在于，包括壳体、手柄和芯部；其中，

所述芯部包括编码盘组件、手柄组件、主轴、主支撑板组件；

手柄组件的下端与所述主轴的右端相连，所述主轴的左端与所述编码盘组件相连，以通过操作手柄组件上下转动从而带动所述主轴以及所述编码盘组件沿着相同的方向转动；

所述编码盘组件上设置有第一磁片组，第一磁片组中的磁片沿着以编码盘中心为圆心的圆弧布置，所述第一磁片组中包含10个磁片，所述10个磁片在以所述编码盘的中心为坐标原点的XY坐标系中，分别位于上述坐标系中的0°、15°、30°、45°、105°、120°、150°、180°、210°、345°的位置；在所述编码盘组件的Y轴上、坐标原点的两侧对称设置有霍尔式接近开关D、E，所述霍尔式接近开关D、E与上述10个磁片隔开预定的距离，以使得上述10个磁片不对所述霍尔式接近开关D、E产生影响；

所述主支撑板组件设置在所述手柄与所述编码盘组件之间，固定连接于所述壳体上，包括主支撑板和霍尔式接近开关A、B、C；所述主支撑板中设置有孔，所述主轴能够在主支撑板组件的孔内随手柄的转动而转动；所述霍尔式接近开关A、B、C设置在所述主支撑板上；接近霍尔式开关A、B、C分布在以所述主支撑板圆心为坐标原点的XY坐标系中的0°、90°、180°的位置，并且所述霍尔式接近开关A、B、C与所述坐标原点之间的距离相等；所述霍尔式接近开关A、B、C与所述10个磁片相互之间通过所述手柄的转动而形成相对或者是不相对的位置关系，当所述磁片与相应的霍尔式接近开关相对时通过对所述霍尔式接近开关A、B、C形成影响而触发所述霍尔式接近开关A、B、C，当所述磁片与相应的霍尔式接近开关不相对时则无法触发相应的霍尔式接近开关；

所述手柄的下部设置有第二磁片组，所述第二磁片组包括1片磁片，所述1片磁片随着手柄的左、右摆动交替接近所述霍尔式接近开关D、E，当所述第二磁片组接近所述霍尔式接近开关E或D时，触发所述霍尔式接近开关E或D；

所述壳体包括外壳、壳体盖、柄位标牌和插座；所述外壳用于形成容置空间，以容纳芯部的组件；所述壳体盖，可操作地封闭与打开所述外壳的开口，以在使用时保护壳体内部的芯部以及在检修时能够打开以便维护；所述插座用于把霍尔式接近开关A-E反映的柄位信息输送给控制器ECU。

2.根据权利要求1所述的选档器，其特征在于，所述柄位标牌设置在所述外壳上，位于所述外壳的顶部；在所述外壳的顶部及柄位标牌上均开有贯通的导槽，所述导槽呈十字交叉形；手柄组件从十字交叉形导槽中伸出。

3.根据权利要求2所述的选档器，其特征在于，所述芯部分还包括定位装置；

所述定位装置包括手柄转动定位机构，所述手柄转动定位机构用于控制所述手柄纵向转动的位移的准确性；所述手柄转动定位机构包括设置于所述主轴的下端的齿片，所述齿片上开有定位齿；以及在所述壳体的底部固定安装的定位弹簧；所述定位弹簧的顶端安装有钢球，所述定位弹簧将所述钢球顶入所述定位齿的齿槽中，从而实现定位。

4.根据权利要求3所述的选档器，其特征在于，所述定位装置包括手柄摆动定位机构；所述手柄摆动定位机构用于控制所述手柄左右摆动的准确性，并为所述手柄的左右摆动操作提供回复力，以使得所述手柄从左右摆动的位置回到中间位置；所述手柄摆动定位机构包括设置在手柄左侧上的两组弹簧组件，以及设置在所述手柄右侧上的两组弹簧组件。

5.根据权利要求3所述的选档器，其特征在于，所述定位装置包括档位锁定定位机构；所述档位锁定定位机构用于将手柄锁定在预定的档位位置；所述档位锁定定位机构包括定位按钮、定位柱和凹槽，通过对设置于手柄上的所述定位按钮的操作能够带动手柄组件上的定位柱向下移动；所述凹槽设置于外壳内侧上，通过操作所述定位按钮带动所述定位柱向下移动落入外壳上的凹槽内，以锁住手柄不得偏离；当松开按钮时，定位柱向上回位移动，离开凹槽以实现解锁。

6.根据权利要求5所述的选档器，其特征在于，所述芯部还包括防尘结构，所述防尘结构包括挡圈和防尘套。

7.一种车用选档系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1-6中任一项所述的选档器以及ECU，所述ECU和所述插座相连，根据所述选档器的操作所触发的接近开关的信号控制车辆的行进。

8.根据权利要求7所述的选档系统，其特征在于，所述柄位标牌上设置手动选档模式的三个柄位H中位、H↑、H↓；自动选档柄位的三个柄位D3、D2及D1；空档柄位N；倒档柄位R；

当手柄移至“D3”位时，ECU控制变速箱在起步档三档至八档之间自动升、降档；当手柄移至“D2”位时，ECU控制变速箱在起步档二档至八档之间自动换档；当手柄移至“D1”位时，ECU控制变速箱在起步档一档至八档之间自动换档；

当手柄移至H中位、H↑、H↓时，控制器ECU进入手动选档模式；手柄在“H”中位时，在手柄离开“H”位之前，不会出现自动换档；每将手柄摆向横槽左端H↑位一次，ECU控制变速箱升一个档，每将手柄摆向横槽右端H↓位一次，ECU控制变速箱降一个档；且无论升档还是降档之后，手柄回复到H中位时保持当前档位不变。