CN104881078A - 具有可编程止端及可变触觉反馈的旋转开关 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及一种具有可编程止端及可变触觉反馈的旋转开关。揭示经改进旋转开关系统及方法。此类系统及方法可用于实施线控换档变速器系统的交通工具中。所述开关系统及方法可包含可编程止端及/或可变触觉反馈。

Description

具有可编程止端及可变触觉反馈的旋转开关

相关申请案

本申请案主张2013年12月9日提出申请的第61/913,680号美国临时申请案的权益及优先权，所述临时申请案特此以全文引用的方式并入。

技术领域

本发明一般来说涉及旋转开关。举例来说，旋转开关可结合与包含但不限于汽车的交通工具有附属关系的线控换档变速器一起使用。

背景技术

增加地，对于更成熟人机接口(HMI)的需要越来越明显。举例来说，驾驶员可盼望或期望各种旋转行程及与特定功能有关系的止动器的力。即，驾驶员可偏好提示无其它排档来切换到(举例来说)前进档到倒档的反馈或使从前进档到倒档切换变得困难的反馈。用于实现此成熟的当前方法通常涉及使用螺线管及电机。

然而，螺线管及电机呈现特定挑战。螺线管及电机可形成不合意的噪声等等。另外，螺线管及电机可花费不合意的时间量来从不合意的位置调整到所要位置。

发明内容

本文中提供可解决旋转开关(包含线控换档应用中所使用的那些旋转开关)还存在的问题中的至少一者的系统、装置及方法。本发明可呈现优于现有解决方案的优点，包含使用拼合齿轮技术来提供输入旋钮旋转的准确测量。另一优点可为通过消除电机及螺线管，本发明中所描述的系统及装置可比使用电机及螺线管的常规系统更安静且更快速(响应时间)。

附图说明

图1是示范性组合件的分解图。

图2是示范性组合件的一部分的详细剖视图。

图3是将旋转度数对扭矩绘图的图表。

图4是展示在激活及不激活制动装置的情况下的旋钮旋转扭矩测量曲线的流程图。

具体实施方式

将参考附图来描述本发明的各种实施例。此类参考打算为示范性的，且不限于所附权利要求书。在以下说明中，陈述特定细节(例如特定材料、过程及设备)以提供示范性理解。然而，所属领域的技术人员将显而易见，本发明可不借助这些特定细节来实践。

现在翻到图，其中相同编号指代相同结构，且特别地翻到图1，其中描绘根据本发明的至少一个方面的示意性表示及旋转开关组合件10。尽管描述一种此类旋转开关的构造，但如下的说明不打算进行限制。

旋转开关组合件10包含具有安装到表面13或与表面13成整体的柱14的底座组合件12。所述柱在轴向上及在径向上具有充足尺寸以用将在下文描述的方式同轴地承载制动装置32及止动旋钮组合件56。所述柱配备有用以接纳将在下文描述的紧固件的与所述柱同轴定位的孔口16。所述表面也配备有用以接纳附件的紧固件孔口以准许以将在下文描述的方式组装及拆卸旋转旋钮开关组合件10。所述柱具备经配置以在其中接纳止动组合件24的横向通道22。所述止动组合件展示为由通过偏置器30分离的对置止动器26及28组成，偏置器30展示为圈状弹簧，但可为弹性材料或用以充分驱策所述止动器彼此远离而以将在下文描述的方式与旋钮组合件的内壁啮合的任何其它适合偏置器。

电子控制式制动装置32包含具有对置凸缘36及38的主体34，对置凸缘36及38分别配备有附接装置44及46延伸穿过的孔口40及42。尽管描绘为螺钉，但所述附接装置可为可拆分夹子或搭扣配合件或者任何其它适合附件。另外，尽管展示用以接纳附接装置的孔口，但还预期所述凸缘将包含整体附接装置，借此排除对附接装置将穿过其插入的孔口的需要。所述主体具有环绕延伸穿过制动组合件的主体的中心孔口50的制动组合件套圈48。所述中心孔口为用以准许在底座的柱14上方插入的尺寸。在本发明的交通工具应用的情形中，制动装置在49(例如，举例来说，交通工具共用区网络(CAN))处电子地连接到具有存储器及指示变速器的操作状态的表或图的变速器控制器51，使得变速器状态可传递到微控制器80以准许以将在下文描述的方式操作旋钮组合件。所述套圈进一步包含用以用将在下文描述的方式充当对旋钮组合件的旋转移动的止端的止动啮合表面52及54。

可为可在360度范围内旋转的止动旋钮组合件56配备有可划分成旋钮套圈部分62及柱主体部分64的主体部分58。所述柱主体部分在其远端63处配备有对置止动器66及68。所述止动器经配置以使得其可分别配合地啮合制动组合件中的止动啮合表面52及54。止动旋钮组合件进一步配备有延伸旋钮组合件的长度“L”且具有充足尺寸以准许柱14同轴地承载旋钮组合件的中心孔口67。柱主体64进一步沿圆周配备有适于以将在下文描述的方式啮合印刷电路板(PCB)上的磁性测量齿轮74的齿轮啮合件70。

在此实施例中，PCB组合件72紧密接近于旋转旋钮组合件定位。PCB组合件可包含具有主体部分71及齿轮齿部分73的磁性测量齿轮74。提供中心孔口69以在齿轮齿76啮合旋钮组合件的齿轮齿啮合件70时准许齿轮围绕其承载于的轴线旋转，使得旋钮的旋转致使磁性齿轮旋转，所述旋转在承载于PCB上的磁性传感器78上产生磁性信号。所述传感器形成指示旋钮的旋转位置的数据信号且将其发射到微控制器80。微控制器80具有存储器及常驻于其中的操作指令，且将磁性齿轮的旋转位置与交通工具的操作状态进行比较，并且进而将旋转旋钮的位置与交通工具的操作状态进行比较。交通工具状态包含变速器状态、交通工具门位置或在交通工具的操作中有用的任何其它操作条件。如果所述比较指示旋钮位置与交通工具操作状态不同步，那么以将在下文描述的方式通过实际交通工具状态修改制动装置以调整旋钮位置。

微控制器80可配备有电子器件(硬件及软件)以与交通工具总线通信。微控制器80可任选地包含用于存储表示可由计算机或微处理器执行的指令的数据的计算机可读存储媒体。计算机可读存储媒体可包含随机存取存储器以及各种非易失性存储器(例如只读存储器或保活(keep-alive)存储器)中的一或多者。计算机可读存储媒体可经由标准控制/地址总线与微处理器及输入/输出电路通信。如所属领域的技术人员将了解，计算机可读存储媒体可包含用于数据的暂时及/或持久存储的各种类型的物理装置。示范性物理装置包含但不限于DRAM、PROMS、EPROMS、EEPROMS及快闪存储器。

现在翻到图2，其描绘柱上的旋钮组合件的示意性剖视图，其展示旋转旋钮中心孔口的内表面92。特定来说，所述内表面配备有围绕中心孔口的内表面圆周间隔开的多个止动轮廓表面94。每一止动轮廓表面具有呈类似正弦波形的凸部96及谷部97。所述谷部经配置以提供对止动器的互补啮合表面。承载于柱14中的止动器啮合这些止动轮廓表面且与谷部部分相互作用以停止旋钮的旋转，并且提供旋转旋钮的旋转运动的行程止端。制动装置可在期望在旋钮的操作期间增强止动感觉时进一步提供增加的旋转扭矩。此可通过以渐进方式施加电流以借此视需要增加对旋钮组合件旋转的阻力以便以将在下文描述的方式赋予抵抗性的扭矩力而实现。

现在翻到图3，其描绘本发明的一个实施例的操作的方法102的示意性表示。特定来说，在步骤104处，方法监视交通工具以通过来自(举例来说)CAN的数据反馈发现改变。方法监视变速器、交通工具状态、速度或用于确定旋钮组合件是否在恰当位置中的其它方面。在步骤106处，操作者转动旋钮组合件。在步骤108处，旋钮的旋转致使磁性齿轮组合件旋转，且步骤110，传感器形成指示磁性齿轮的位置的数据信号，且步骤112，控制器从传感器接收所述数据。步骤114使用指示变速器状态及交通工具状态的来自磁性传感器及微控制器的数据确定旋钮是否被允许旋转。如果步骤114处的确定为“否”，那么方法进入位置校正模式。特定来说，在步骤130处，微控制器将当前止动位置重新指派到当前系统状态。方法接着进行到步骤132，其中微控制器基于当前系统状态确定新的旋转止端，且接着进行到步骤124，其中开关将改变传递到交通工具控制器总线且接着循环回到步骤104。

如果步骤114中的确定为“是”，那么方法进行到确定是否需要制动功能的步骤116。如果步骤116中的确定为“是”，那么步骤118给制动装置供能以暂停旋钮的旋转。步骤120确定变速器或其它交通工具状态是否被改变以准许旋钮的旋转。如果步骤120中的确定为“是”，那么步骤122从制动装置释放能量，步骤124为开关在微控制器中的交通工具总线上传递改变，且系统循环回到步骤104。

如果步骤120中的确定为“否”，那么步骤126通过将己逝去的时间与存储器中的时间进行比较而确定是否己达到超时。如果步骤126中的确定为“否”，那么系统循环回到步骤114。如果步骤126中的确定为“是”，那么微控制器在交通工具通信总线上发射“故障保护”消息，如在步骤128处。

如果步骤116处的确定为“否”，那么方法进行到确定是否需要增强的止动力的步骤134。如果步骤134中的确定为“否”，那么方法进行到步骤136，其中开关在微控制器总线上传递改变且方法循环回到步骤104。

如果步骤134中的确定为“是”，那么方法进入可变触觉模式。步骤138基于存储器中的预定响应曲线确定触觉反馈。步骤140给制动装置供能(且借此给磁阻流体供能)以按照步骤138中的确定调整触觉力。在步骤140之后，系统循环回到步骤104。

图4是基于预定响应曲线的使旋钮旋转所需的预定触觉力的一个实例的图解性表示。所述图中描绘表示从‘驻车档’到‘前进档’的旋转度数的X轴及以N*cm为单位表示在输入旋钮的给定位移处使输入旋钮旋转所需的扭矩量的Y轴。曲线142为在激活制动装置时所需的旋转扭矩，且曲线144为在不激活制动装置时所需的旋转力。在此实例中，制动器增加使输入旋钮在止动位置之间旋转所需的扭矩量。如果需要，那么可给制动器供能以进行个别止动转变(即，从倒车档到前进档的转变)以将己发生交通工具方向的改变传递到操作者。

在所描述的本发明的一个实施例中，如果换档器检测到换档器上所指示的当前排档不匹配当前变速器排档的系统状态改变(即，变速器由于引擎停车换档到空档)，那么位于PCB上的微控制器电子地重新指派当前止动输入旋钮位置以匹配当前变速器状态。此外，微控制器基于当前变速器状态确定新的旋转止端且将此信息存储于位于PCB板上的板上存储器中。

如果换档器上所指示的当前排档匹配当前变速器状态，且操作者将旋钮致动，那么旋钮中的齿轮齿驱动测量齿轮及磁性组合件以在位于PCB上的磁性传感器上面旋转。传感器测量旋钮的角度旋转且将值传递到PCB上的微控制器，并且将测量齿轮及磁性组合件的角度值与当前交通工具变速器状态进行比较。

如果基于交通工具变速器状态，旋钮不被允许旋转(即，在从驻车档换档时不按压交通工具制动器)，那么PCB上的微控制器给制动装置供能，所述制动装置可能通过布线线束电连接或以任何其它连接与PCB通信，使得信号从微控制器发射到制动装置。制动装置使用磁阻(MR)流体来充当制动器以抵抗旋转。制动装置通过允许由测量齿轮及磁性组合件测量的小的旋钮旋转量的滑动配合特征与旋钮介接。此滑动配合特征及MR流体迅速反应的能力允许制动装置充当单侧行程止端。此外，控制器激活超时计数器以防止制动装置无限期地被供能。

如果满足条件(即，交通工具制动踏板经下压以允许从驻车档旋转)，那么微控制器从制动装置释放能量且允许旋钮旋转。如果不满足允许旋钮旋转的条件且满足“超时”条件，那么微控制器在交通工具通信总线上发送故障保护消息，从而允许其它交通工具系统干预。

如果旋钮被允许旋转且不需要增强的止动力量(增大旋转力量以向操作者传达正发生重大事件(即，操作者正从空档旋转到前进档))。那么，止动柱塞中的每一者与形成于旋钮中心孔口的内壁中的止动轮廓介接。弹簧或其它偏置器向止动柱塞提供力。如果需要增强的止动力量，那么PCB上的微控制器基于如在图4中看到的预定响应曲线确定所需触觉力以承载适当层级以增加使旋钮旋转所需要的扭矩。

根据上述教示内容，对本发明实施许多修改及变化为可能的。因此，在所附权利要求书的范围内，可以不同于如所特定描述的方式来实践本发明。

Claims (18)

1.一种操作电子控制式旋转开关的方法，其包括：

基于可用于与旋转旋钮组合件电通信的控制器的数据确定所述旋钮组合件是否被准许旋转，所述控制器适于接收关于是否发生使所述开关旋转的尝试的所感测信息；

感测所述旋转开关的所尝试旋转；以及

在感测到所尝试旋转之后，如果所述旋转不被准许旋转，那么通过与制动装置电通信的所述控制器给所述制动装置供能以减缓或停止所述旋转旋钮的旋转。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

如果在给所述制动器供能之后已过去预定量的时间，那么释放所述制动装置。

3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

如果在给所述制动器供能之后已满足针对释放的预定条件，那么释放所述制动装置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述旋转开关与交通工具的变速器电通信。

5.根据权利要求4所述的方法，其中可用于所述控制器的所述数据为所述交通工具在前进档中，且所尝试旋转为将致使所述变速器将所述交通工具置于倒档中的旋转。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述制动装置停止所述旋转开关的旋转。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述制动装置通过使用磁流变流体使所述旋转开关的旋转需要增加的量值的扭矩来转动而提供触觉反馈。

8.一种旋转开关组合件，其包括：

底座组合件，其具有安装到一表面或与所述表面成整体的柱；

所述柱在轴向上及在径向上具有充足尺寸以同轴地且可旋转地承载制动装置及止动旋钮组合件；

所述柱配备有用以接纳紧固件的与所述柱同轴定位的孔口；

所述表面具有用以接纳附件的紧固件孔口以准许组装及拆卸所述旋转旋钮开关组合件；

所述柱具备经配置以在其中接纳止动组合件的横向通道；

所述止动组合件由通过偏置器分离的对置止动器组成，所述偏置器用以充分驱策所述止动器彼此远离而与所述旋钮组合件的内壁啮合；

所述制动装置包含具有对置凸缘的主体，所述对置凸缘配备有附接装置延伸穿过的孔口；

所述主体配备有环绕延伸穿过所述制动组合件的所述主体的中心孔口的制动组合件套圈；

所述制动组合件中心孔口经定尺寸以准许在所述底座的所述柱上方插入；

所述制动装置电子地连接到微控制器，所述微控制器具有存储器及指示装置的操作状态的表或图，使得所述操作状态可经传递以准许所述旋钮组合件的可变触觉操作；

所述套圈进一步包含用以充当所述旋钮组合件的旋转移动的止端的止动啮合表面；

所述止动旋钮组合件配备有具有旋钮套圈部分及柱主体部分的主体部分；

所述柱主体部分在远端处配备有对置止动器；

所述止动器经配置以使得其可配合地啮合所述制动组合件中的止动啮合表面；

所述止动旋钮组合件进一步配备有中心孔口，所述中心孔口延伸穿过所述旋钮组合件且具有充足尺寸以准许所述柱同轴地承载所述旋钮组合件；

所述柱主体进一步沿圆周配备有适于啮合磁性测量齿轮的齿轮啮合件；

所述磁性测量齿轮具有主体部分及齿轮齿部分以及中心孔口以在所述齿轮齿啮合所述旋钮组合件的齿轮齿啮合件时准许所述齿轮围绕其承载于的轴线旋转，使得所述旋钮的旋转致使所述磁性齿轮的旋转，所述磁性齿轮的旋转在磁性传感器上产生磁性信号；

所述传感器形成指示所述旋钮的旋转位置的数据信号且将其发射到所述控制器；

所述控制器具有存储器及常驻于其中的操作指令；

所述控制器将所述磁性齿轮的旋转位置与所述装置的所述操作状态进行比较且进而将所述旋转旋钮的所述位置与所述操作状态进行比较，以通过实际交通工具状态调整所述制动装置的操作以调整所述旋钮位置；且

所述旋转开关装置进一步采用所述制动装置中的磁阻流体来基于所述装置的所述操作状态渐进地调整所述旋钮旋转的触觉感觉。

9.一种交通工具，其包括根据权利要求8所述的旋转开关组合件。

10.一种交通工具变速器系统，其可通过根据权利要求8所述的旋转开关组合件的旋钮来调整，所述旋转开关组合件与交通工具变速器及其排档机电通信。

11.一种用于控制交通工具变速器的旋转开关组合件，其包括：

微控制器，其与旋转开关旋钮及能够直接或间接作用于所述旋钮的制动装置电通信，所述制动装置无电机或螺线管；

所述旋钮具有用以指示变速器状态的止端；

所述控制器适于检测所指示变速器状态何时不匹配变速器排档的物理状态；

所述控制器适于至少部分地基于变速器排档的所述物理状态重新计算及重新定位止端；

所述控制器适于发送以给制动装置供能达预定量以在于若干变速器状态之间切换时提供触觉反馈。

12.根据权利要求11所述的旋转开关组合件，其中所述旋钮可旋转360度。

13.根据权利要求11所述的旋转开关组合件，其中所述变速器状态包含驻车档、倒档及前进档。

14.根据权利要求13所述的旋转开关组合件，其中特定变速器状态间隔开预定量的旋转度数。

15.根据权利要求13所述的旋转开关组合件，其中必需预定量的扭矩来使所述旋钮在特定变速器状态之间旋转。

16.根据权利要求13所述的旋转开关组合件，其中用以从驻车档切换到前进档的扭矩量小于从前进档切换到倒档所需的扭矩量。

17.根据权利要求13所述的旋转开关组合件，其中所述制动装置经配置以提供触觉反馈以防止从前进档直接换档到倒档或使所述直接换档变得困难。

18.根据权利要求11所述的旋转开关组合件，其中所述制动装置包含磁阻流体。