CN104321713B - 旋转式选择器开关以及相关系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种旋转式选择器开关防止意外旋转到非期望位置。举例来说，以55kph向前移动的汽车可具有与其变速器电连通的旋转式选择器开关。所揭示的开关防止会在不期望倒档时指示期望倒档的意外旋转。任选地，超驰控制特征可准许用户用力强制进行原本被防止的旋转。

Description

旋转式选择器开关以及相关系统及方法

相关申请案的交叉参考

本PCT申请案主张2012年2月16日申请的第61/599,466号美国临时专利申请案的优先权。

技术领域

本发明大体来说涉及一种旋转式选择器开关。所述开关可用于许多行业及应用中，包含消费型电子装置及汽车行业中。

背景技术

在汽车背景中，选择器开关用于许多应用中。一个此种应用与用户在其中选择所要档位的变速器有关。许多类型的变速器使用选择器开关，包含手动及自动变速器。选择器开关可包含到变速器的机械控制连接及/或电控制连接(线控换档)。

使用某些当前技术，用户有可能在并不期望档位的切换时意外地指示此切换。举例来说，在用户正以行车档向前移动时，用户可能能够在身体上移动选择器旋钮以指示倒档。由于经设计以校正或防止此意外换档的某些电及软件系统，选择器旋钮的此意外使用可导致选择器旋钮的机械位置、变速器的电模式及变速器的机械位置之间的失配。

需要一种供在系统中使用的防止非期望旋转的旋转式选择器开关。

发明内容

本文中揭示示范性旋转式选择器开关。实例为汽车背景中与变速器有关的开关，但此类示范性描述并不打算为限制性的。

本发明的其它特征及优点将变得容易地了解，因为在结合附图阅读以下描述之后，所述其它特征及优点变得更好理解。

附图说明

图1是示范性旋转式选择器开关的分解视图。

图2是示范性旋转式选择器开关的剖切侧视图。

图3是示范性旋转式选择器开关的剖切俯视图。

图4是展示示范性旋转式选择器开关在特定预定条件下的功能的流程图。

图5是示意性地展示示范性电连通的流程图。

图6描绘供在旋转式选择器开关中使用的示范性柱塞位置。

图7是供在旋转式选择器开关中使用的示范性代码盘。

图8图解说明柱塞、凸轮及代码盘的示范性位置。

具体实施方式

参考以下描述及图式，详述用以所揭示系统的示范性方法。虽然图式表示一些可能方法，但所述图式未必按比例绘制且可放大、移除或部分地剖切某些特征以更好地图解说明及解释所揭示的装置。此外，以下描述并不打算为穷尽性的，也不将权利要求书限制于图式中所描述及/或所展示的精确形式及配置。

示范性实施例的结构

图1、2及3描绘示范性旋转式选择器开关10的结构。参考图1，其展示示范性旋转式选择器开关10的分解视图。展示示范性旋转式选择器旋钮12。旋钮12可由用户直接或间接旋转以选择特定所要位置。举例来说，用户可转动旋钮12以从一个汽车档位改变为另一汽车档位。旋钮12可以任何数目种形状形成且由任何数目种材料制成，包含但不限于一或多种塑料。在所描绘的实施例中，旋钮12与轴14可操作地连通，以使得旋钮12与轴14一起旋转。如所绘制，旋钮12及轴14以固定关系彼此连接。

轴14可通过其与旋转式选择器开关10内的至少一个轴承表面的相互作用而以受控制方式旋转。此类轴承表面可与壳体50或旋转式选择器开关10内的其它结构成整体、添加到其或以其它方式为其的一部分。轴14具有棘爪柱塞组合件16穿过其装配的孔口。示范性棘爪柱塞组合件16包含棘爪柱塞16a及16b，其之间具有弹性部件16c。举例来说，弹性部件16c可为压缩弹簧，但本发明预期具有弹性性质的其它类型的弹簧及结构。将界面18a及18b描绘为弧形的，但其它形状可为适合的。界面18a及18b可为单独件或彼此整体形成及/或与平台20上的边沿或壁或者壳体50中或上的其它结构成整体。界面18a及18b包含经成形而与棘爪柱塞16a及16b相互作用的内表面以使得用户可感觉到旋钮12何时处于其既定位置中，区别于旋钮12何时在位置之间移动或浮动。所述内表面的形状可与棘爪柱塞16a及16b的末端的形状互补或可以其它方式啮合。界面18a及18b可在其不与平台20整体形成时的情况中经由其外表面附接到平台20。如所描绘，界面18a及18b的外表面可附接到平台20上的边沿的内表面。

在所描绘的实施例中，印刷电路板(PCB)22附接到或固定于壳体50中。附接或紧固可为机械或化学中的一或多者。PCB 22可具有与其电及/或机械连通的一或多个传感器。图5描绘旋转式选择器开关10的包含PCB 22的电子装置如何与车辆的其它组件电连通的示范性示意图。一般来说，旋转式选择器开关10与车辆通信总线进行双向电连通。车辆通信总线与有时称为控制器的变速器控制模块600进行双向电连通。变速器控制模块600与车辆的物理变速器700进行双向电连通。制动器开关800与变速器控制模块电连通，从而提供关于在某些制动条件下可或可不使用何种档位的输入。

所述PCB可包含第一传感器24。在所描绘的实施例中，传感器24为霍尔或磁性传感器。本发明预期传感器24还可为光学传感器或光学传感器阵列。在所描绘的实施例中，传感器24与正齿轮44上的磁体44a界面连接。如果传感器24为光学的，那么正齿轮44将包含用以与光学传感器相互作用的机构。在所描绘的实施例中，传感器24及正齿轮44为反馈回路的组件，且直接或间接提供关于何时停止移动凸轮36的指令。

PCB 22可包含第二传感器26。在所描绘的实施例中，第二传感器26为霍尔或磁性传感器。本发明预期传感器26也可为光学传感器或光学传感器阵列。在所描绘的实施例中，传感器26与代码盘30上的磁体32界面连接。如果传感器26为光学的，那么代码盘30将包含用以与光学传感器相互作用的机构。在所描绘的实施例中，传感器26测量代码盘30的旋转移动。传感器26直接或间接地将关于此旋转移动的输入提供到变速器的控制器中。

PCB 22还可包含适于读取及/或处理来自至少传感器24及26的输入并基于至少所述输入而发送信号的电子机构及通信系统。举例来说，PCB 22可直接或间接地发送来自传感器24及26的输入，所述输入经处理以产生经发送以给电动机90通电的信号。此输入可至少部分地直接或间接致使电动机90驱动凸轮36且因此将柱塞80驱动到不同位置。

轴14还包含经设计以与代码盘30相互作用以引起轴14与代码盘30之间的固定旋转关系的结构。在所描绘的实施例中，代码盘30与旋钮12及轴14在机械上及可操作地连接以使得其一起旋转。

代码盘30搁置于凸轮36上。在其界面处，代码盘30或凸轮36中的一者或另一者或两者可在其表面中或上包含用以增强耐久性及/或减少摩擦的材料。凸轮36具有与电动机90上的互补齿轮轮廓91相互作用的机械齿轮界面38。在所描绘的实施例中，电动机90具有呈螺旋蜗杆形式的齿轮轮廓91。本发明预期其它形式，只要所述形式可与齿轮界面38机械相互作用即可。可使用若干种方法中的任一者将电动机90固定或紧固于壳体50中或上。示范性紧固方法可包含例如夹子的机械紧固件或例如粘合剂的化学紧固件中的一或多者。

当控制器或其它电子机构发送用以给电动机90通电的信号时，电动机齿轮轮廓91驱动凸轮36，借此引起旋转。凸轮36在壳体50中的轴承表面上旋转以实现经控制的旋转。凸轮36的旋转致使上部齿轮轮廓39驱动正齿轮44以可由传感器24测量的预定齿轮比旋转。正齿轮44在壳体50中或上的轴承表面旋转，这允许凸轮36以经控制方式旋转；在所描绘的实施例中，凸轮36及正齿轮44的移动为电动机90的闭环控制系统。

当电动机90被通电时，其使凸轮36旋转且随之使凸轮轮廓37旋转。凸轮轮廓37沿着凸轮36在其圆周处的厚度运转。凸轮轮廓37大体垂直或实质上垂直于凸轮36的与代码盘30相互作用的表面。取决于凸轮轮廓37的位置，柱塞80通过滑动而横向移动到由凸轮轮廓37准许的距离。柱塞80可为弹簧承载的或以其它方式朝向凸轮轮廓37偏置。在图2中将弹簧82描绘为示范性偏置方法。柱塞80可沿着壳体50上或中的轴承表面滑动以实现经控制的滑动作用。

在所描绘的实施例中，柱塞80经成形以使得其下部部分与凸轮轮廓37界面连接且其上部部分与代码盘30界面连接。凸轮轮廓37与代码盘30组合以形成具有用以阻止柱塞80沿特定方向移动的挡块的轨道。在图6的所描绘实施例中，在轨道1中，凸轮轮廓37处于其相对于凸轮36的圆周的最小凹入的位置中，这允许任何旋转阻挡。在轨道2中，凸轮轮廓37处于其中间凹入位置中，且在轨道3中，凸轮轮廓37处于其最大凹入位置中。也就是说，当柱塞80移动到柱塞位置A时，代码盘30上相对于从代码盘30的圆周的凹部展示为轨道1中的凸出部的形状阻挡柱塞80进一步旋转移动。轨道2中的凸出部阻挡处于柱塞位置B中的柱塞80移动，且轨道3中的凸出部阻挡处于柱塞位置C中的柱塞80移动。

参考图7，示范性代码盘30具有相对于其圆周的凹部及相对于其凹部的凸出部。展示柱塞80处于将为锁定的位置中。如本文中所使用，“锁定”是指其中代码盘30中的凹部与柱塞80的可插入于其中的一端互补或实质上如此的状态。也就是说，柱塞的插入于凹部中的端仅略微大于柱塞的端，这意味着与凹部侧面相接的凸出部阻挡柱塞80的移动。锁定阻挡沿顺时针或逆时针方向的移动，除非或直到条件改变，例如用户移动旋转式选择器开关以改变档位。另一方面，挡块可或可不与柱塞80的具有紧密装配的凸出部的端侧面相接。

所描绘的实施例展示三个轨道，但本发明预期可使用更多或更少轨道，这至少取决于特定变速器的复杂性。另外，描绘所述轨道呈水平布置。本发明预期其它配置。举例来说，垂直配置，例如本申请案主张其优先权的临时申请案的图1及2中所描述的垂直配置。第61/599,466号临时申请案的图1及2以引用的方式并入本文中。

参考图8，在驻车档图中，为易于理解，参考编号37′描绘线性化凸轮轮廓37。柱塞80的一部分在轨道1中接触37′且通过与线性化代码盘30′中的凸出部侧面相接的对应凹部被锁定到驻车档中。

参考驻车档+制动器线性化图，柱塞80根本未被阻挡；柱塞80处于脱离状态中。将柱塞80理解为朝向线性化凸轮轮廓37′偏置，在柱塞80向下移动时，柱塞80可移动到其中轨道2中的凸出部可阻挡移动的位置中或移动到其中轨道3中的凸出部可阻挡移动的位置中。

参考图8的圆形图，展示在驻车档及驻车档+制动器位置中的配置。在驻车档位置中，棘爪柱塞16a及16b分别啮合于界面18a及18b的内表面中的形状中。比较两个圆形图，差异为在应用制动器时凸轮轮廓37的顺时针运动，从而致使柱塞80与轨道中的任一者中的挡块脱离。

示范性实施例的操作

在某些预定条件下，期望用以防止意外旋转的挡块。举例来说，如果车辆正以100kh向前移动，那么挡块可防止会起始换档到倒档中(这可引起失配)的旋转。如果满足需要挡块的预定条件，那么将把信号直接或间接地发送到PCB 22上的电子装置。接着，将发送用以给电动机90通电的信号。电动机齿轮轮廓91将转动且引起凸轮36的旋转。凸轮36的旋转将基于所述条件而把柱塞80驱动到适当轨道中。代码盘30将接着引起物理阻挡，从而防止旋钮12的进一步旋转。来自正齿轮44及其在PCB 22上的相关联传感器24的反馈形成控制回路，从而当柱塞80在适当轨道上时直接或间接地致使电动机90中止驱动电动机齿轮轮廓91。如所描绘，这意味着柱塞80已滑动到适当位置中时。

在某些预定条件下，应移除挡块。举例来说，这在踩下制动器时发生。如果满足需要移除挡块的预定条件，那么将把用以释放挡块的信号发送到PCB 22上的电子装置或通过PCB 22来发送所述信号。将发送用以给电动机90通电的信号以使凸轮36旋转，凸轮36将把柱塞80驱动到适当轨道以使得柱塞80不阻止旋钮12旋转。来自正齿轮44及其在PCB 22上的相关联传感器24的反馈形成控制回路，从而当已基于所述反馈将柱塞移动到其适当位置中时直接或间接地致使电动机90中止驱动电动机齿轮轮廓91。

示范性条件

参考图4，示范性流程图展示何种类型的条件可由一或多个传感器感测到且由与旋转式选择器开关10有关的PCB 22上的电子装置上的控制器或与所述电子装置电连通的控制器处理。框100描绘传感器正在感测条件的状态，且此数据正被处理且通过车辆通信总线来以电子方式传达。

在框120中，确定是否已踩下制动器。如果是，且柱塞尚未脱离，那么如框121中所展示，凸轮36由电动机90旋转到无锁状态，且柱塞80移动到将不阻挡配置可允许的原本可准许旋转的位置。如果制动器未被踩下，那么框122要求确定变速器在哪一档位中。

如框200所指示，如果变速器处于驻车档中且柱塞尚未处于适当位置中，那么凸轮36由电动机90旋转，且柱塞80移动到其会经受轨道1中的挡块的深度。代码盘30中的结构将车辆锁定到驻车档中。在此条件中，旋转式选择器开关10防止意外换档到任何其它档位中。接纳柱塞80的代码盘30的几何形状可经修改以使得换档到另一档位中的动作不被完全防止，而是使得其在物理上较困难且可以充足力来执行。图7提供经设计以准许超驰控制特征的几何形状的实例。举例来说，并非为与如图8中所展示具有实质上正方形或矩形轮廓的短粗柱塞完全互补的形状，代码盘30上的凹部可经成形而具有实质上梯形轮廓，如其在图7中近似模拟时钟上的大约4∶30的位置中所具有的轮廓。借助这些形状的相互作用，用户可以体力克服阻力，这较不可能为意外的。如在本发明通篇及权利要求书中所使用，表达“防止”包含其中几何形状使得动作困难但以充足力可能实现的情形。

如框300所指示，如果变速器处于倒档中且柱塞尚未处于适当位置中，那么凸轮36由电动机90旋转且柱塞80移动到其中其经受轨道1挡块的位置.在此条件中，旋转式选择器开关10防止意外换挡到驻车档中。

如框400所指示，如果变速器处于空档中，那么做出关于车辆速度高于某一阈值的进一步确定，如框410中所指示。可将阈值设定为预定速度，例如(借助于非限制性实例)5kph。如框411中所述，如果车辆速度低于某一阈值速度且柱塞80尚未处于适当位置中，那么凸轮36由电动机90旋转且柱塞80移动到经受轨道3挡块的位置中。柱塞80与代码盘30中的结构一起将车辆锁定于空档中且防止意外换档到任何其它档位中。在此条件中，旋转式选择器开关10防止意外换档到任何其它档位中。如框412中所述，如果车辆速度高于某一阈值速度且柱塞80尚未处于适当位置中，那么凸轮36由电动机90旋转且柱塞移动到其中其经受轨道2挡块的位置。在此条件中，旋转式选择器开关10防止意外换档到驻车档或倒档中。

如框500所指示，如果变速器处于行车档或低速档位中，那么做出关于车辆速度是否高于某一阈值速度的进一步确定，如框510中所指示。此决策的阈值可相同或不同于针对空档分析而选择的阈值。如框511中所述，如果车辆速度低于某一阈值速度且柱塞80尚未处于适当位置中，那么凸轮36由电动机90旋转且柱塞移动到其中其经受轨道1挡块的位置中。柱塞80与代码盘30中的结构一起防止意外换档到驻车档中。如框512中所述，如果车辆速度高于某一阈值速度且柱塞80尚未处于适当位置中，那么凸轮36由电动机90旋转且柱塞移动到经受轨道2挡块的位置中。在此条件中，旋转式选择器开关10防止意外换档到驻车档或倒档中。

已以说明性方式描述了本发明。应理解，已使用的术语打算具有描述而非限制性词语的性质。根据以上教示可对本发明实例做出许多修改及变化。因此，在所附权利要求书的范围内，可以除所具体描述的以外的方式来实践本发明。

Claims (18)

1.一种旋转式选择器开关，其包括：

代码盘，其具有相对于所述代码盘的圆周的多个不规则凹部，所述代码盘可与旋钮及轴一起旋转；

凸轮，其具有与所述代码盘的表面界面连接的表面，所述凸轮具有一圆周，其中所述凸轮圆周的至少一部分凹入到至少一个深度；所述凸轮具有围绕所述凸轮的所述圆周的沿着所述凸轮的厚度的凸轮轮廓；所述凸轮可由电动机旋转；

柱塞，其朝向所述凸轮轮廓偏置，所述柱塞具有与所述凸轮轮廓接触的第一部分及以预定深度插入到所述代码盘中的所述多个不规则凹部中的第二部分；

使得在所述旋钮旋转移动时，相对于所述代码盘中的所述多个不规则凹部的所述代码盘中的凸出部可与所述柱塞的所述第二部分啮合，借此基于由控制器确定的预定条件来防止所述旋转式选择器开关在由所述凸出部阻挡的方向上进行的任何旋转移动。

2.根据权利要求1所述的旋转式选择器开关，其进一步包括超驰控制特征，所述超驰控制特征包含在所述代码盘中的经成形而具有实质上梯形轮廓的所述多个不规则凹部。

3.根据权利要求1所述的旋转式选择器开关，其中所述凸轮具有多个第二凹部，所述多个第二凹部中的每一者具有彼此相同或不同的深度。

4.根据权利要求1所述的旋转式选择器开关，其中所述代码盘中的凸出部防止在顺时针方向及逆时针方向两者上的旋转移动。

5.根据权利要求1所述的旋转式选择器开关，其供在汽车中使用，其中所述旋转式选择器开关适于与变速器控制模块及变速器电连通。

6.根据权利要求5所述的旋转式选择器开关，所述旋转式选择器开关可操作以在制动器未被踩下的情况下防止用以指示从倒档到驻车档的换档的旋转。

7.根据权利要求5所述的旋转式选择器开关，所述旋转式选择器开关可操作以在制动器未被踩压的情况下防止用以指示从驻车档到任何其它档位的换档的旋转。

8.根据权利要求5所述的旋转式选择器开关，所述旋转式选择器开关可操作以在制动器未被踩压的情况下及在车辆速度小于预定阈值的情况下防止用以指示从空档到任何其它档位的换档的旋转。

9.根据权利要求5所述的旋转式选择器开关，所述旋转式选择器开关可操作以在制动器未被踩压的情况下及在车辆速度大于预定阈值的情况下防止用以指示从空档到倒档或驻车档的换档的旋转。

10.根据权利要求5所述的旋转式选择器开关，所述旋转式选择器开关可操作以在制动器未被踩压的情况下及在车辆速度小于预定阈值的情况下防止用以指示从行车档到驻车档的换档的旋转。

11.根据权利要求5所述的旋转式选择器开关，所述旋转式选择器开关可操作以在制动器未被踩压的情况下及在车辆速度大于预定阈值的情况下防止用以指示从行车档到驻车档或倒档的换档的旋转。

12.一种利用权利要求1-11中任一项所述的旋转式选择器开关来防止电子控制的汽车变速器的意外换档的方法，其包括：

取决于一或多个条件，致使所述旋转式选择器开关中的所述柱塞相对于所述代码盘中的所述多个不规则凹部及所述凸出部以及与所述代码盘界面连接的凸轮的所述凸轮轮廓采取一位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述条件包含制动器未被踩下且车辆处于驻车档中，且所述柱塞的所述位置防止所述旋转式选择器开关在任何方向上的旋转。

14.根据权利要求12所述的方法，其中当条件包含制动器未被踩下且车辆处于倒档中时，且所述柱塞的所述位置防止所述旋转式选择器开关在将致使换档到驻车档中的方向上进行旋转。

15.根据权利要求12所述的方法，其中当条件包含制动器未被踩下且车辆处于空档中并具有低于预定阈值的速度时，且所述柱塞的所述位置防止所述旋转式选择器开关在任何方向上的旋转。

16.根据权利要求12所述的方法，其中当条件包含制动器未被踩下且车辆处于空档中并具有高于预定阈值的速度时，且所述柱塞的所述位置防止所述旋转式选择器开关在将致使换档到驻车档或倒档中的方向上进行旋转。

17.根据权利要求12所述的方法，其中当条件包含制动器未被踩下且车辆处于行车档中并具有低于预定阈值的速度时，且所述柱塞的所述位置防止所述旋转式选择器开关在将致使换档到驻车档中的方向上进行旋转。

18.根据权利要求12所述的方法，其中当条件包含制动器未被踩下且车辆处于行车档中并具有高于预定阈值的速度时，且所述柱塞的所述位置防止所述旋转式选择器开关在将致使换档到驻车档或倒档中的方向上进行旋转。