CN106573537A

CN106573537A - 旋转换挡器

Info

Publication number: CN106573537A
Application number: CN201580038752.XA
Authority: CN
Inventors: S.P.勒夫斯克; B.D.豪
Original assignee: Dura Operating LLC
Current assignee: Dura Operating LLC
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-04-19
Also published as: US20160017983A1; EP3169545A1; WO2016011351A1; EP3169545A4

Abstract

在至少一个实施例中，用于车辆变速器的旋转切换器包括选择器、马达、控制器和制动器。选择器适于与车辆变速器连通且旋转至对应于不同变速器齿轮的多个位置。马达联接至选择器以选择性地改变使选择器在选择器的多个位置之间旋转所需的力，且控制器联接至马达且响应于选择器的旋转以至少部分地随选择器的旋转定向而变来控制马达的促动。制动器联接至选择器或马达中的至少一者以选择性地阻止或选择性地防止选择器的旋转。

Description

旋转换挡器

共同未决的申请的引用

本申请请求享有2014年7月18日提交的序列号为62/026058和2014年12月9日提交的序列号为62/089434的美国临时专利申请的权益，它们通过引用以其整体并入本文中。

技术领域

本公开内容涉及用于在变速器齿轮之间切换的旋转换挡器。

背景

在一些车辆中，车辆的乘客舱中的换挡杆可由车辆的操作者移动来使车辆变速器在其驻车挡位(gear)与其它挡位(诸如倒挡、空挡和前进驾驶挡)之间切换。切换杆通过线缆机械地联接至变速器，线缆将切换杆的移动传递至变速器切换机构。其它车辆使用所谓的"线控切换"系统，其中操作者切换杆或切换控制单元并未通过线缆物理地联接至变速器切换机构。作为替代，切换控制单元电联接至切换促动器，其布置成在接收到来自切换控制单元的操作者期望的变速器换挡的信号时使变速器切换。

概要

在至少一个实施方式中，制动器包括磁场发生器、联接至马达的转子，以及响应于由磁场发生器生成的磁场选择性地接合转子和阻止或防止转子和马达的旋转的制动部件。磁场发生器可包括电气线圈。在至少一些实施方式中，制动部件在电功率未供应至磁场发生器时接合转子，且制动部件在电功率供应至磁场发生器时从转子释放。

在至少一些实施方式中，控制器可在制动部件与转子接合时响应于选择器的尝试旋转，且控制器基于选择器的位置或与选择器的尝试旋转时的车辆操作有关的状况中的至少一者判断是否从转子释放制动部件或保持制动部件与控制器接合。

在至少一些实施方式中，制动器包括第一转子部分和第二转子部分，第一转子部分联接至马达以用于与马达一起旋转，且第二转子部分由第一转子部分选择性地接合以允许第一转子部分与第二转子部分之间的有限相对旋转。偏压部件可相对于第二转子部分可屈服地偏压第一转子部分。

在至少一些实施方式中，旋转切换器包括变速器齿轮选择器和辅助选择器。变速器齿轮选择器可适于与车辆变速器连通且旋转至多个位置以在变速器齿轮之间切换，且具有本体和由本体限定的凹部。辅助选择器可至少部分地接纳在凹部内，且布置成使得辅助选择器可与变速器齿轮选择器分开地促动。在至少一些实施方式中，变速器齿轮选择器可相对于辅助选择器旋转。

在至少一些实施方式中，辅助选择器包括按钮，其可独立于变速器齿轮选择器的旋转被按下以促动开关。

在至少一些实施方式中，变速器齿轮选择器内的空动联接允许两个构件之间的相对移动。两个构件之间的相对移动可在齿轮选择开始时发生。

在至少一些实施方式中，变速器齿轮选择器包括可旋转的旋钮，其适于与车辆变速器连通且旋转至多个位置来命令变速器换挡，且辅助选择器由旋钮承载且布置成使得辅助选择器可与旋钮的旋转分开地促动，且其中旋钮可相对于辅助选择器旋转，且其还包括：

马达，其联接至旋钮以选择性地旋转旋钮或选择性地改变使旋钮在旋钮的多个位置之间旋转所需的力；以及

控制器，其联接至马达且响应于旋钮的旋转以至少部分地随旋钮的旋转定向而变来控制马达的促动。

在至少一些实施方式中，包括了主壳体，且辅助选择器连接至主壳体，使得辅助选择器不与旋钮一起旋转。

在至少一些实施方式中，旋转切换器包括切换选择器、步进马达、控制器和光学传感器。切换选择器可旋转，且适于与车辆变速器连通且旋转至多个位置来命令变速器换挡。步进马达联接至切换选择器以选择性地提供影响切换选择器的旋转的力，且控制器联接至步进马达且响应于切换选择器的旋转以至少部分地随切换选择器的旋转定向而变来控制步进马达的促动。光学传感器与切换选择器相关联以确定切换选择器或与切换选择器相关联的构件的旋转位置。

在至少一些实施方式中，光学传感器包括光学编码器。

在至少一些实施方式中，切换选择器具有表示机动车辆的行驶状况的至少一个棘爪谷感觉，且步进马达阻止切换选择器的移动在位置上越过棘爪谷感觉，在棘爪谷感觉之前协助切换选择器的移动，且提供趋于将切换选择器的位置保持在棘爪感觉处的力。并且，控制器可联接至步进马达组件，其可具有响应于来自控制器的信号供以功率的线圈，其中功率取决于切换选择器的位置变化。

在至少一些实施方式中，光学移动传感器组件电联接至控制器且具有表示切换选择器的信号。

其它实施例可从上文和来自以下附图和描述中所示的实施例的那些的组合导出。此外，在本申请的范围内，构想出了前述段落中、权利要求中和/或以下描述和附图中提出的各种方面、实施例、示例、特征和备选方案可独立地或以其任何组合得到。例如，结合一个实施例公开的特征适用于所有实施例，除非存在特征的不相容。

附图的简要描述

将参照附图来描述优选实施方式的以下详细描述和最佳模式，在附图中：

图1为旋转换挡器的透视图；

图2为换挡器的俯视图；

图3为换挡器的侧视图；

图4为换挡器的截面视图；

图5为换挡器的分解视图；

图6为换挡器的截面视图；

图7为图6的换挡器的另一个截面视图；

图8为换挡器的分解视图；

图9为图8的换挡器的截面视图；

图10为换挡器中的某些构件的透视图；以及

图11为换挡器中的制动组件的一部分的透视图。

优选实施例的详细描述

更详细参看附图，图1-图5示出了可用于在变速器的各个齿轮之间切换的旋转换挡器10。在至少一些实施方式中，切换器10并不直接地机械联接至变速器，且改为与促动器电连通，促动器继而又引起所谓的线控切换系统中的选择的变速器齿轮的变化。切换器10可包括旋转选择器，诸如拨盘或旋钮12，其可由使用者手动地旋转经过对应于车辆变速器的多个齿轮的多个位置。此外，在至少一些实施方式中，切换器10还包括一个或多个辅助选择器14，诸如按钮或开关，其可独立于旋转旋钮12操纵，向使用者提供其它控制选择。作为非限制性示例，旋钮12可包括且可旋转至对应于车辆变速器的驻车挡、倒挡、空挡和行驶挡的一个或多个位置。按钮14可用于提供变速器中的向前行驶挡之间的不连续的升挡或降挡(例如，"运动"或"手动"模式中的手动切换)，或用于与变速器切换器有关或可能与另一车辆系统有关的一些其它原因，诸如娱乐或信息娱乐系统。在此方面，旋钮12和按钮14以及称为切换器10的全体可用于除切换变速器齿轮之外的系统中，且可包括可用于范围广的系统中的人机界面(HMI)装置。此外，HMI装置可容易编程来提供范围广的操作功能、用户反馈和控制。

切换器10可包括主壳体16，其具有旋转旋钮12安装到其上的本体18。本体18可为任何期望的形状，且示为具有四个直线侧壁20、底壁22和旋钮12附近的上壁或表面24，且限定大致完整的封壳和可容易地安装到车辆中的模块化切换器。壳体16可由任何适合的材料形成，且底壁22可与侧壁22整体结合形成或连接到其上，诸如通过一个或多个紧固件。

在壳体16内，如图4和图5中所示，切换器10可包括马达26、位置传感器28和制动器30或锁定机构。马达26可为适合至少部分地控制旋钮12的旋转的任何装置，且在至少一些实施方式中为步进马达，其可允许更精确的旋转、力施加和位置确定。马达26可电动地操作，且具有本体或壳32和销34，其受驱动以用于在电能施加至马达26时旋转。销34可从马达壳32向外延伸且联接至制动器30、位置传感器28和一个或多个齿轮。在所示实施方式中，制动器30和位置传感器28在一端处联接至马达销34，且齿轮36联接至从壳32的相对侧延伸的马达销34的相对端。齿轮36继而又联接至旋钮12，使得旋钮12的旋转引起齿轮36的旋转和马达销34的旋转，如将在下文中更详细描述的那样。马达26可选择成向齿轮36提供期望的力输出、期望的响应轮廓、期望的电流吸引、期望的尺寸或这些性质中的全部、一个都没有或任何组合。在所示的实施方式中，马达壳32大体上为圆柱形，且马达销34与马达26同轴，且受驱动以用于围绕该轴线38旋转。

制动器30可为能够选择性地阻止或防止马达26和/或旋钮12的旋转的任何装置或构件。在此方面，制动器30可主动地锁定和防止马达26的旋转，或其可阻止或防止旋转达到力阈值。在一个实施方式中，制动器30包括联接至马达销34以用于与马达销共同旋转的转子40，以及可相对于转子40移动来选择性地接合和阻止或防止马达40的旋转(其继而又阻止或防止马达销34的旋转)的夹具或其它构件。在所示实施方式中，转子40是装键马达销34且具有中心部分42的薄板或盘，在所示的示例中，中心部分42沿轴向偏移或升高，以适应相邻的构件，且具有周缘44。由于转子40被装键以用于与马达销34共同旋转，故阻止或防止转子40的旋转将阻止或防止马达销34的旋转。在所示实施方式中，夹具包括位于转子40的一侧上的第一夹板46以及位于转子40的相对侧上的第二夹板48。夹板46、48可为环形、大体上平的，且布置成接合转子40的边缘44。如果期望，制动块50可设在夹板46、48与转子40之间以改善其间的摩擦制动。如果期望，夹板46、48和转子40可由金属形成，且制动块50可由金属或不同材料形成。制动块50可上覆边缘44的任何期望的部分，以在制动器30促动时将期望的制动力提供到转子40上。没有结构或材料性质意在是制动块50中必需的，且用语"块"仅为了方便描述附图中所示的非限制性实施方式而使用。

制动器30还可包括促动器52，其改变至少一个夹板46、48的状态或位置以促动或释放制动器30。在至少一些实施方式中，制动器促动器52包括磁场发生器，诸如在电功率施加至线圈53时生成磁场的线圈53。线圈53可承载在壳体54中，且为了紧凑性，线圈53和线圈壳体54可包绕马达壳32的至少一部分且与其沿轴向重叠。线圈壳体54可包括开口56，且紧固件57可将马达26联接至壳体。开口56还可与夹板46、48中的开口58对准，以用于接纳将制动夹板46、48和块50保持就位且在转子40和线圈壳体54附近的紧固件60。夹板46、48中的至少一个可相对于线圈壳体54移动，以选择性地施加制动力至转子40。在所示实施方式中，第一夹板46可相对于线圈壳体54移动，且间隔物62(图5)可围绕紧固件60设置且设在线圈壳体54与第二夹板48之间，以防止第二夹板48的移动且确保这些构件之间的期望间距。

为了促动制动器30，可提供一个或多个偏压部件64(图5)以使第一夹板46朝第二夹板48移动，且因此将转子40夹在夹板46、48(和设在其间的任何制动块50)之间。偏压部件64可包括位于线圈壳体54与第一夹板46之间的一个或多个弹簧。弹簧64在第一夹板46上提供的力可选择成防止转子40的旋转，直到阈值力通过旋钮12施加至转子40，或另外如期望的那样。

为了释放制动器30，电功率提供至线圈53，且磁场由线圈53生成。磁场朝线圈壳体54且远离转子40吸引可由电磁响应材料形成的第一夹板46，这释放或充分地减小提供在转子40上的力，以允许转子40相对于夹板46、48和任何制动块50的旋转。以此方式，功率仅在期望允许使用者转动旋钮12时才提供至线圈53。可使用备选布置，其中至线圈53的功率设为引起夹板46、48接合转子40且提供制动力，且弹簧64用于在电功率未提供至线圈53时释放制动器30。但是，此布置可导致较大的功率消耗，因为旋钮12未旋转时的时间可能大于旋钮12实际旋转的时间。

位置传感器28可为能够确定马达26的至少某些位置的任何构件。在所示的实施方式中，位置传感器包括光学编码器28和相关联的电路。编码器28包括或响应于与马达销34一起旋转的至少一个构件。在所示实施方式中，编码器28包括轮66(图4)，其联接至马达销34以用于与马达销34一起旋转。轮66可包括标记、缺口等，其在轮66与马达26一起旋转时由编码器电子装置检测到。以此方式，编码器28可在使用的编码器28的分辨率限制内在任何给定时间确定轮66的旋转位置。制动器30可设在编码器28与马达26之间。编码器28可联接至安装板68，且包括接纳在编码器28与切换器主壳体16的底壁22之间的电路板70。安装板68可包括马达销34延伸穿过其间的中心开口72，以及紧固件76延伸穿过其间以将安装板68联接至主壳体16的一个或多个安装孔74。当然，其它布置也是可能的且可使用，且可使用除光学编码器之外的传感器(例如而不限于各种电阻卡和接触滑动片等)。在至少一些实施方式中，由编码器28感测到的旋转由旋钮12的使用者旋转引发，其完成来切换变速器。

旋钮12联接至马达26，且马达可协助或阻止旋钮12的旋转，以在变速器切换时控制旋钮旋转的移动和感觉。在所示实施方式中，旋钮12通过一个或多个齿轮联接至马达26，齿轮允许旋钮旋转的进一步控制，诸如通过减小或增大转矩，和/或减小或增大旋钮12的给定旋转量下的旋转输出。在至少一些实施方式中，为了适应内部按钮或出于其它原因，旋钮12包括径向表面78和侧壁80，其限定一个或多个辅助选择器(诸如按钮14或其它电促动器、开关等)接纳在其中的凹部82。侧壁80可从径向表面78沿轴向延伸，径向表面78从侧壁80向内延伸。侧壁80可为圆柱形的且沿周向连续，或具有任何期望的形状。侧壁80的外表面86可由使用者抓握来使旋钮12相对于主壳体16旋转，且实现变速箱齿轮改变，这将在下文中更详细描述。径向表面78可限定凹部82的底部且直接地或经由设置在旋钮12与第一齿轮88之间的齿轮板90安装至第一齿轮88。当然，旋钮12可按任何其它期望的方式连接至齿轮或齿轮板。

在所示实施方式中，第一齿轮88为齿轮系的一部分，齿轮系包括旋钮12与马达26之间的一组或多组的多个齿轮。第一齿轮88与一个多个辅助齿轮92(在所示实施方式中使用了三个)匹配，且这些齿轮可一起限定第一齿轮组。第一齿轮组可位于主壳体16外，且可接纳在连接至主壳体16的盖94内，主壳体16可为装饰性的且/或作用为将污染物保持在齿轮系和壳体16外(且可能至少部分地由如图6中所示的装饰性或保护性玻璃框95覆盖)。第一齿轮组联接至第二齿轮组，第二齿轮组可位于主壳体16内，以将旋钮12的旋转运动传递至主壳体16的内部。在所示的示例中，第一齿轮88为环形齿轮，其直接地联接至旋钮12，且具有内齿，且辅助齿轮92可包括带有与环形齿轮齿匹配的外齿的多个正齿轮。齿轮88、92间的齿数可控制成提供旋钮12与马达26之间的旋转运动和转矩的期望增大或减小。在所示的示例中，第一齿轮88包括36个齿，且辅助齿轮92包括9个齿，提供了4:1的比率。这意味着辅助齿轮92在第一齿轮88的每次旋转中旋转4次。当然，可提供任何期望的齿轮比。

第一齿轮组的辅助齿轮92安装至轮轴96，轮轴96延伸穿过主壳体16中的开口98。各个轮轴96可联接至第二齿轮组的单独的齿轮100。第二齿轮组还可包括马达齿轮36，其固定至马达销34以用于与马达销34共同旋转。马达齿轮36位于第二齿轮组中的其它齿轮100的外齿之间且具有与其啮合的齿。这里，齿轮100和马达齿轮36又可提供第二齿轮组内的任何期望的齿轮比。在所示的示例中，齿轮100具有18个齿，且马达齿轮36具有9个齿，提供了2:1的比率。这意味着马达26齿轮在第二齿轮组中的其它齿轮100的每次旋转中旋转2次。在附图中所示的非限制性示例中，第一齿轮组和第二齿轮组一起提供8:1的齿轮比。这意味着马达销34在旋钮12的每次旋转中旋转8次。

转子26可促动成协助或阻止旋钮12的旋转。可这样做的一个原因在于在使用者旋转旋钮12时提供期望的感觉或感测反馈至使用者。在一个示例中，马达26对于从第一位置到第二位置的旋钮旋转的第一部分(例如，从驻车到倒车的旋转的第一部分)阻止旋钮12的旋转达期望量，且然后在朝第二位置的旋钮旋转的第二部分期间向旋钮12的继续旋转提供较少阻力、无阻力或甚至一些协助。这可给予使用者旋钮12在棘爪或其它机械特征上在第一位置与第二位置之间旋转的感觉且用于分开和限定第一位置和第二位置。马达26在第一位置与第二位置之间在旋钮12的任何给定旋转位置处提供的力的量可如期望那样电子地控制和编程。在一个示例中，该力稳定地增大至第一位置与第二位置之间的中途的峰值力，且然后从峰值力减小，直到达到第二位置。此后，至第三位置的继续旋转又由增大的力阻止。这向使用者提供了已经准确地选择第二位置(相比于仅依靠旋钮位置改变的视觉指示)的更确切的感觉，且减小了使用者将超越第二位置且改为将旋钮12放在其第三位置或另一位置的可能性。

在旋钮旋转的第二部分期间，马达26可提供协助旋钮旋转的力(如果期望)。这可确保旋钮12不留在两个位置之间，即使使用者停止旋转旋钮12(例如，释放旋钮)，且将通过旋钮12提供此反馈至使用者(如果使用者仍握住旋钮12)。同样，如果使用者在两个位置之间的给定旋转点之前释放旋钮12，则马达26可使旋钮12转回两个位置的初始位置，因为旋钮旋转的阈值量并未由使用者达到以引起齿轮改变。当然，其它力反馈可按期望提供至使用者，且这可包括来自马达、制动器或两者的力。

在电子切换器中，马达与旋钮的相互作用可向操纵旋钮的使用者提供棘爪谷感觉。棘爪谷感觉可表示机动车辆的行驶状态，例如，车辆切换至车辆操作的一个或多个挡位。联接至切换选择器的步进马达组件可阻止切换选择器的移动在位置上越过棘爪谷感觉，在棘爪谷感觉之前协助切换选择器的移动，且将切换选择器的位置保持在棘爪谷感觉处。在至少一些实施方式中，棘爪谷感觉由对沿远离选择的位置的任一方向的切换选择器的旋转的增大的阻力限定。

在至少一些形式中，电子切换器可包括联接至步进马达组件的控制器，且步进马达组件可包括响应于来自控制器的信号供以功率的线圈。提供至线圈的功率可取决于切换选择器的位置改变，且这可按期望编程和调整。电子切换器还可包括电连接至控制器的光学移动传感器组件。光学移动传感器组件可具有或提供表示切换选择器的移动的信号。

在至少一些实施方式中，非旋转按钮14由旋钮12承载。按钮14可由接纳在旋钮凹部82内且固定至切换器主壳体16的按钮壳体104承载，使得按钮壳体104和按钮14不与旋钮12一起旋转。按钮壳体104可包括底座106和按钮引导件108。底座106可包括沿轴向延伸的柄110，其被接纳穿过径向表面78中的开口112，且诸如由紧固件113固定至主壳体16(例如，至壳体16上的直立的凸台114)。底座106还可包括安装表面116，其可在旋钮凹部82内沿径向延伸，且提供相关联的电子装置可安装到其上的表面。在所示实施方式中，按钮14可相对于旋钮12压下或按下以接合电路板118上的开关。可提供LED 128以按期望照亮按钮14或按钮上的标记，且可提供盖122以防止按钮14与电路板118之间的直接接触(如果期望)。按钮引导件108可设在旋钮侧壁80与按钮14之间，大体上相对于底座106沿轴向延伸且在凹部82内。按钮14承座在按钮引导件108上且相对于按钮引导件108促动/移动以促动电路板118上的开关。在一个示例中，提供了两个按钮14。一个按钮14可用于使变速器手动地升挡，且另一个可用于使变速器手动地降挡，这是某些手动或"运动"驾驶模式中常见的，以给予使用者各种向前行驶挡位之间的变速器变速点的一些控制。当然，按钮14(以及切换器10的全部)可用于除切换之外且与变速器不相关的目的，例如，诸如信息娱乐系统、车辆照明、温度控制等。

为了阻止或防止旋钮12的意外、非预期或非期望的旋转，可应用制动器30。如上文所述，制动器30可在电功率未施加到制动器线圈53时一直应用。这提出了关于检测使用者引发的切换何时发生和防止车辆的非预期或非期望切换方面的挑战。在至少一些实施方式中，线圈壳体54和第二夹板48连接在一起(例如，通过紧固件)且有效地为整体的，换言之，它们表现为单个刚性构件。当应用制动器30时，转子40且因此马达26和其销34也有效地联接至第二夹板48。除联接至线圈壳体54之外，第二夹板48也可通过空动联接件126(图5)连接至切换器主壳体16。空动联接件126可采用任何期望的形式，且允许旋钮的至少有限的旋转，而不会引起变速器切换。在至少一些实施方式中，空动联接件允许切换器10的一部分(例如，旋钮和一些相关联的构件)的有限旋转，这可由编码器感测到，同时应用制动器30，或另外防止旋钮的旋转或变速器切换。

在所示的实施方式中，空动联接件允许第二夹板48和/或线圈壳体54相对于主壳体16的至少有限的移动(例如，旋转)。由于编码器28固定至主壳体16且并未与马达26一起旋转，故第二夹板48相对于主壳体16的有限移动可由编码器28感测到或确定，因为马达26、马达销34和转子40将在转矩施加至旋钮12时相对于主壳体16和编码器28移动。当然，可使用其它布置。

在所示实施方式中，空动联接件126包括形成在第二夹板48中的槽口128，以及延伸穿过槽口128的紧固件130(例如，每个槽口一个紧固件)，且紧固件130固定至主壳体16。因此，在制动器30应用时施加至旋钮12的转矩将导致第二夹板48相对于紧固件128(由于由槽口128提供的它们之间的空隙)且因此相对于主壳体16的一些移动。一个或多个偏压部件132提供成相对于主壳体16可屈服地偏压第二夹板48。当转矩不再施加至旋钮12时，偏压部件132可使第二夹板48返回到原始位置，其中紧固件128与第二夹板48中的槽口130的各端间隔开。这允许第二夹板48相对于主壳体16沿任一旋转方向的移动，因为转矩可在使用中沿两个方向施加至旋钮12，且两个移动方向可能都需要感测。偏压部件可包括弹簧、回弹性或可压缩的套筒132(诸如附图中所示)或任何其它适合的机构或构件，且这些物件可定位在主壳体16或紧固件128与可相对于其移动的任何构件(例如，第二夹板48或线圈壳体54)之间，以引起至原始位置的期望的返回旋转。此外，在带有旋钮12与马达26之间的如上文所述的齿轮比的实施方式中，旋钮12的相对较小的移动将导致第二夹板48和线圈壳体54相对于主壳体16的较大移动，使得移动可以可靠地且略微容易地由控制器140确定，以便于随后的动作，诸如释放制动器30。尽管图解地示为单独的项目，但控制器140可容纳在壳体内，诸如在一个或多个电路板70或180上或与其相关联。

当转矩施加至旋钮12同时应用制动器30且感测到某些构件相对于主壳体16或编码器28的旋转时，可后接一个过程来判断制动器30是否应当释放或旋钮12的尝试旋转是否应当由制动器30的继续应用阻止或防止。该过程可编程到与马达26、编码器28和线圈53相关联的电子控制器140(图4)中。可能期望防止旋钮12的旋转的时候的一个示例包括尝试旋转超过切换器10的预定位置。例如，如果没有驻车的反时针方向的位置，则在切换器10处于对应于驻车的位置时防止使旋钮12反时针方向旋转的企图，即，制动器30未释放。同样，如果没有行驶的顺时针方向的位置，则在切换器10处于对应于行驶的位置时也由制动器30防止旋钮12顺时针方向旋转的企图。该过程还可考虑其它车辆状态，例如，车辆是否启动(如果否，则可能不允许切换，或者可能仅切换至空挡)，车辆是否向前移动，由此切换至倒车将由制动器30防止，或车辆是否向后移动，由此将由制动器30防止切换至行驶，等等。

如果确定施加至旋钮12的转矩与在该过程内允许的变速器的尝试切换相关，则控制器140可允许或引起电功率供应至线圈53来释放制动器30。旋钮12然后可按期望旋转以切换变速器，且在切换停止时，如由经过的时间的阈值量、一些检测到的车辆状况或其它确定的那样，然后至线圈53的功率终止且再应用制动器30。

在一些实施方式中，在不期望或不允许变速器切换时除阻止旋钮旋转之外或替代其，旋钮12的旋转可由控制器140忽略，切换器10与控制器140相关联。此外，在这些情形中，即使旋钮12旋转，也不会有变速器切换发生(如期望的那样)。此外，在上文提到的示例中，可提供物理止挡表面以接合旋钮和防止旋钮旋转超过旋钮12的端部位置，例如，驻车的反时针方向或行驶的顺时针方向。

因此，本文公开的切换器10可高度可控且容易编程来用于范围广的车辆应用。旋钮12可旋转到的位置的数目可编程，且可容易地从一种应用到下一种调整。旋钮12从一个位置到下一个位置改变需要旋转的角度可按期望编程/调整，且可按期望在所有位置中相同或不同。由马达26施加的力的大小和马达力的变化率可按期望编程/调整。任何给定旋钮位置或车辆操作状态中的制动器30的应用或释放都可按期望编程和控制。此外，编码器28和控制器140可允许变速器位置的反馈控制，且可针对故障校正，或相对于变速器换挡改变旋钮位置，以自动地解决变化且允许连续的切换器操作。可能需要二次动作来允许旋钮12旋转至某些位置。例如，旋钮12旋转至对应于倒车车辆操作的位置或运动/手动切换模式可需要旋钮12在其旋转之前沿轴向移位，以提供针对变速器意外或非预期切换至这些位置的防护。当然，除旋钮轴向移位之外或替代其，可使用其它二次动作，包括与旋钮或切换器不相关的动作。一个非限制性示例包括需要在切换器10可移出驻车位置之前将车辆制动踏板压下阈值量。

图6和图7示出了备选切换器150。此切换器150的大部分和其构件和操作/功能与之前实施例的切换器10相同，且相同参考标号将为了描述的方便而使用。此外，将仅强调切换器150中的不同的构件。

在该实施方式中，马达152相对较平(且可为所谓的"扁平型马达")，且线圈154沿轴向位于马达152下方，而非包绕马达152。线圈壳体156为圆柱形，且该布置允许使用较大的线圈154来提供较强的磁场，同时对于切换器150仍保持相对较小的总体尺寸。将第一夹板46偏压到转子158上的弹簧64位于线圈壳体156中，且可设在定位在线圈154的径向内侧的凹穴160中。在该示例中，转子158是平的，且具有升高或较厚的环形边缘162，其由第一夹板46和第二夹板48直接地接合，而无其间的任何块(但当然，可使用块)。另外，切换器150可构造且作用为类似前述切换器。

图8-图11示出了切换器200的另一实施方式，其提供了不同空动联接件202，联接件202有助于在应用制动器时感测旋钮旋转。切换器200可在许多方式中类似于前述切换器10、150，且为了便于描述切换器200，相似的参考标号可用于描述可与已经描述的构件相同或相似的构件。

在切换器200的该实施方式中，空动联接件202设在制动器转子处，其可提供为一件以上，其中在件之间允许至少一些相对移动或旋转。如图所示，第一转子部分204联接至马达轴34以用于与其一起旋转，诸如通过将轴装键。第二转子部分206可沿第一转子部分的任一旋转方向且在第一转子部分的初始旋转量之后与第一转子部分204接合。以此方式，允许了第一转子部分204与第二转子部分206之间的有限相对移动，且转子部分在有限相对移动之后一起旋转。为了提供制动力，如关于其它切换器实施例所述，第二转子部分206可在一侧或两侧上包括可由夹盘以关于转子158所述的相同方式接合的制动表面208。

在至少一个实施方式中，轴向紧凑的布置可设有环形第二转子部分206，其具有第一转子部分204的至少一部分接纳在其中的中心开口210。为了第二转子部分206可由第一转子部分204的旋转驱动，驱动表面212设在第一转子部分204上，且从动表面214设在第二转子部分206上。在所示实施方式中，驱动表面212包括第一转子部分204上的一个或多个向外延伸的凸片216或至少部分地由其限定。所示实施方式使用三个凸片，但也可使用其它数目(包括仅一个)。对应的从动表面214由凸片216的至少一部分接纳在其中的第二转子部分206中的一个或多个腔218的表面限定。各个凸片216均可接纳在对应的腔218中，且各个凸片均可沿两个旋转方向接合腔内的第二转子部分206。因此，各个腔218均可包括两个从动表面214，在凸片216的每侧上一个。各个腔218均比接纳在其中的凸片216更宽(沿旋转方向)，以便凸片可相对于腔内的第二转子部分206移动。

如之前的实施例中那样，旋钮12可沿任一方向旋转，且所以可能期望能够检测到沿任一方向的旋转。为了便于此，偏压部件220(图10)可提供成趋于使凸片216在腔218内居中(沿旋转方向)，以便凸片居中时可在引起或趋于引起第二转子部分206的移动之前沿任一旋转方向移动。在至少一些实施方式中，偏压部件220可设在腔218内，在从动表面214的至少一部分上或上方，且凸片216可在第一转子部分204相对于第二转子部分206旋转时接合偏压部件。在至少一些实施方式中，凸片216可不直接地接合从动表面214，但与偏压部件220接合的力可在从动表面214处或通过从动表面214传递至第二转子部分206。以此方式，在至少一些实施例中，偏压部件220也可认作是具有或限定从动表面214，且偏压部件可认作是第二转子部分206的一部分。

在第一转子部分204经由马达轴34旋转时(例如，旋钮旋转时)，凸片216在腔218内旋转，且该旋转由编码器28检测到。在此旋转期间，凸片216接合和压缩偏压部件220，且在这样做时，且在沿相同方向的进一步旋转期间，第一转子部分204旋转地联接至第二转子部分206。在应用制动器30时，防止了(或至少大致阻止了)第二转子部分206的旋转，这防止第一转子部分204的旋转。当制动器30释放或未应用时，第一转子部分204和第二转子部分206一起旋转。当引起旋钮12和第一转子部分204的旋转的力除去时，压缩的偏压部件220扩张或以其它方式回弹地返回到未压缩或较少压缩的状态，这使凸片216朝其相应的腔218的中心移动，引起第一转子部分204与第二转子部分206之间的一些相对旋转。这重置了第一转子部分204与第二转子部分206的相对位置，以允许沿任一方向的相对旋转，且因此将由旋钮12的后续旋转引起的沿任一方向的后续旋转的检测。

偏压部件220可包括将趋于重置第一转子部分204和第二转子部分206的相对位置的任何回弹性构件。一些非限制性示例包括连接至凸片216或腔218内的第二转子部分206的柔性材料块(例如，橡胶或其它弹性体)、承载在形成于第二转子部分或凸片中的凹穴中的弹簧，或者可能布置成在第一转子部分和第二转子部分之间的相对移动时储存能量或释放该能量以按期望重置腔内的凸片的位置的扭力弹簧222。当然，可使用其它偏压部件，或可使用以任何期望组合的一种以上的类型的偏压部件。

如图8-图11中所示，可提供盖224以固持扭力弹簧222、其它偏压部件或其它构件。盖224可连接至第二转子部分206，大体上上覆第一转子部分204和弹簧222。在图11中，盖224示为透明的，以便于查看盖下方的弹簧222和第一转子部分204。可提供电连接器226(图8和图9)以便于切换器与车辆控制或功率组件的电联接。连接器226可释放地安装至壳体16，诸如通过紧固件228(如果期望)，且切换器200可构造成使得连接器可定向在一个以上的位置中，以提高切换器200的灵活性。例如，连接器可从壳体的侧壁延伸，或从底壁延伸，使得单个切换器组件较容易安装在多种应用中。

切换器200需要相对较少的构件的旋转以允许编码器感测到旋钮的初始旋转。这需要较少质量旋转，且在旋转力终止(即，旋钮不再转动)时，需要重置较少质量的位置来检测随后的旋转。相比重置/旋转组件中的更多构件所需的，需要来自偏压部件220的较少的力来可靠地重置第一转子位置204和第二旋转位置206的相对位置。另外，在该实施方式中，相比旋转如切换器10和150中的切换器组件的大部分所需的，需要较少的初始力来使旋钮12、齿轮88、92、100、轴34和第一转子部分204相对于第二转子部分204旋转。此外，对切换器200中的初始旋钮旋转期间旋转的相对较少和较低质量的构件的初始旋转和重置存在较少摩擦和其它阻力。这便于旋钮的初始旋转和旋转的检测，以及切换器可靠重置以用于旋钮旋转的随后检测。在切换器200中，在马达销从夹持的转子释放以用于有限的相对旋转的情况下，马达可用于通过使内转子沿相反方向旋转来重置腔内的凸片。这可在无任何偏压部件的情况下完成，或除偏压部件之外和协助偏压部件完成。

如前述实施方式中那样，马达可为步进马达，且在至少一些实施方式中，可为所谓的混合步进马达，但也可使用可变磁阻或永磁体步进马达。步进马达可为无刷的，且以一定旋转增量准确地驱动，其中旋转位置的分辨率随旋转增量的大小而变。例如，混合步进马达可包括类似可变磁阻马达构造的定子以及类似永磁马达构造的转子。这可导致定子上的绕组和转子上的一个或多个磁体。提供了两个绕组，且各个绕组设在定子极的一半上。定子极和转子具有齿(转子可具有2组齿，其围绕转子的外周延伸，且沿轴向和沿周向彼此偏离)。在任何时间，一些定子齿与转子齿对准且一些定子齿与转子齿失准，以便电流施加到绕组上将引起转子的已知旋转。马达的分辨率(resolution)可取决于各种因素，包括但不限于齿之间的间隙，其中齿的数目和尺寸是因素。在至少某些实施方式中，步进马达步进角(即，分辨率)可为0.9度、1.8度或3.6度，但其它增量也是可能的。较小的步进角可提供较好的感觉，但也可更易受切换器组件内的公差的影响，而较大的步进角可适应公差，但需要较大的旋转移位来提供期望旋转的指示，且/或提供对旋转和切换器反馈力的较少控制。

尽管本文公开的发明的形式构成了当前优选的实施例，但许多其它实施例是可能的。本文中不期望提到本发明的所有可能的等同形式或衍生物。将理解的是，本文使用的用语仅为描述性的，而非限制性的，且可作出各种变化，而不脱离本发明的精神或范围。例如，诸如上、下、侧、顶部、底部、左、右等的相对位置或定向用语针对附图中的构件的定向，且不意在限制本发明，除非明确提出此限制。可构想出的是，构件可按其它方式定向和布置。

Claims

1.一种用于车辆变速器的旋转切换器，包括：

选择器，其适于与车辆变速器连通且旋转至对应于不同变速器齿轮的多个位置；

马达，其联接至所述选择器以选择性地改变使所述选择器在所述选择器的多个位置之间旋转所需的力；

控制器，其联接至所述马达且响应于所述选择器的旋转以至少部分地随所述选择器的旋转定向而变来控制所述马达的促动；以及

制动器，其联接至所述选择器或所述马达中的至少一者以选择性地阻止或选择性地防止所述选择器的旋转。

2.根据权利要求1所述的切换器，其特征在于，所述制动器包括磁场发生器、联接至所述马达的转子，以及响应于由所述磁场发生器生成的磁场选择性地接合所述转子和阻止或防止所述转子和马达的旋转的制动部件。

3.根据权利要求2所述的切换器，其特征在于，所述磁场发生器包括电气线圈。

4.根据权利要求2所述的切换器，其特征在于，所述制动部件在电功率未供应至所述磁场发生器时接合所述转子，且所述制动部件在电功率供应至所述磁场发生器时从所述转子释放。

5.根据权利要求2所述的切换器，其特征在于，所述控制器在所述制动部件与所述转子接合时响应于所述选择器的尝试旋转，且所述控制器基于所述选择器的位置或与所述选择器的尝试旋转时的车辆操作有关的状况中的至少一者判断是否从所述转子释放所述制动部件或保持所述制动部件与所述控制器接合。

6.根据权利要求1所述的切换器，其特征在于，所述制动器包括第一转子部分和第二转子部分，所述第一转子部分联接至所述马达以用于与所述马达一起旋转，且所述第二转子部分由所述第一转子部分选择性地接合以允许所述第一转子部分与所述第二转子部分之间的有限相对旋转。

7.根据权利要求6所述的切换器，其特征在于，所述切换器还包括偏压部件，所述偏压部件相对于所述第二转子部分可屈服地偏压所述第一转子部分。

8.一种旋转切换器，包括：

变速器齿轮选择器，其适于与车辆变速器连通且旋转至多个位置以在变速器齿轮之间切换，所述变速器齿轮选择器具有本体和由所述本体限定的凹部；以及

辅助选择器，其至少部分地接纳在所述凹部内且布置成使得所述辅助选择器可与所述变速器齿轮选择器分开地促动，其中所述变速器齿轮选择器可相对于所述辅助选择器旋转。

9.根据权利要求8所述的切换器，其特征在于，所述辅助选择器包括按钮，所述按钮可独立于所述变速器齿轮选择器的旋转被按下以促动开关。

10.根据权利要求8所述的切换器，其特征在于，所述切换器还包括所述变速器齿轮选择器内的空动联接件，所述空动联接件允许两个构件之间的相对移动。

11.根据权利要求10所述的切换器，其特征在于，所述两个构件之间的相对移动在齿轮选择开始时发生。

12.根据权利要求8所述的切换器，其特征在于，所述变速器齿轮选择器包括可旋转的旋钮，所述可旋转的旋钮适于与车辆变速器连通且旋转至多个位置来命令变速器换挡，且所述辅助选择器由所述旋钮承载且布置成使得所述辅助选择器可与所述旋钮的旋转分开地促动，且其中所述旋钮可相对于所述辅助选择器旋转，且所述切换器还包括：

马达，其联接至所述旋钮以选择性地旋转所述旋钮或选择性地改变使所述旋钮在所述旋钮的多个位置之间旋转所需的力；以及

控制器，其联接至所述马达且响应于所述旋钮的旋转以至少部分地随所述旋钮的旋转定向而变来控制所述马达的促动。

13.根据权利要求12所述的切换器，其特征在于，所述切换器还包括主壳体，且其中所述辅助选择器连接至所述主壳体，使得所述辅助选择器不与所述旋钮一起旋转。

14.一种旋转切换器，包括：

可旋转的切换选择器，其适于与车辆变速器连通且旋转至多个位置来命令变速器换挡；

步进马达，其联接至所述切换选择器以选择性地提供影响所述切换选择器的旋转的力；

控制器，其联接至所述步进马达且响应于所述切换选择器的旋转以至少部分地随所述切换选择器的旋转定向而变来控制所述步进马达的促动；以及

光学传感器，其与所述切换选择器相关联以确定所述切换选择器或与所述切换选择器相关联的构件的旋转位置。

15.根据权利要求14所述的切换器，其特征在于，所述光学传感器包括光学编码器。

16.根据权利要求14所述的切换器，其特征在于，所述切换选择器具有表示机动车辆的行驶状况的至少一个棘爪谷感觉，且所述步进马达阻止所述切换选择器的移动在位置上越过所述棘爪谷感觉，在所述棘爪谷感觉之前协助所述切换选择器的移动，且提供趋于将所述切换选择器的位置保持在棘爪感觉处的力。

17.根据权利要求16所述的电子切换器，其特征在于，所述电子切换器还包括联接至所述步进马达组件的控制器，所述步进马达组件具有线圈，所述线圈响应于来自所述控制器的信号供以功率，所述功率取决于所述切换选择器的位置变化。

18.根据权利要求16所述的电子切换器，其特征在于，所述电子切换器还包括电联接至所述控制器的光学移动传感器组件，所述光学移动传感器组件具有表示所述切换选择器的移动的信号。