CN108488371A - 用于车辆变速器换挡的手动操作装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明用于尤其是助力换挡变速器这样的车辆的手动换挡，以使手动换挡快捷方便和安全。本发明涉及一种换挡拨片和手动换挡系统，该换挡拨片可以向前后上下4个方向被拨动，并且松开后自动回到空闲位置。拨动或者松开换挡拨片都可以代表不同的换挡请求。每个换挡动作和请求换入的挡位对应并且可以通过软件调节。每个请求换入的挡位都对应一个允许换挡的车速范围，并且每个车速范围也可以通过软件来调节。该手动换挡系统由处理器配合软件、各种传感器、助力换挡变速器、显示屏/指示灯模块和震动/语音模块来实现。

Description

用于车辆变速器换挡的手动操作装置及系统

技术领域

本发明涉及一种换挡拨片和手动换挡系统，该换挡拨片可以向前后上下4个方向被拨动，并且是自复位的。该手动换挡系统由处理器配合软件、助力换挡变速器以及各种传感器等硬件来实现。

背景技术

在车辆驾驶中，手动换挡会更富有驾驶乐趣，不过相比自动变速箱的自动换挡，它操作繁琐。在传统的用变速杆手动换挡的车辆中，换挡时驾驶者除了要把握好方向盘还要抽出一只手来操纵变速杆，这样的操作不利于驾驶安全，也会让驾驶者感觉不方便，不舒适，时间久了会产生疲劳感和对驾驶产生厌倦。另外用变速杆换挡时也有换错挡的可能，比如在车辆低速情况下误换到了高的挡位，这样变速器容易损坏，也容易导致发动机熄火。再比如在车辆高速情况下误换到了低的挡位，这对发动机和传动系统都会产生很大的损害。

发明内容

本发明采用一种新的换挡拨片和手动换挡系统来解决传统变速杆手动换挡存在的问题和不足。本发明使得驾驶者不但可以享受手动挡车型所带来的驾驶乐趣，而且换挡非常方便和安全。本发明应用于具有助力换挡变速器的车辆，这样的助力换挡变速器在接收到电子控制信号后可以按照控制要求自动换到相应的挡位上。所述换挡拨片总共有2片，分别安装在相对于驾驶者的方向盘以下空间的左侧和右侧。所述2个换挡拨片可以安装在转向柱上不随方向盘的转动而转动，也可以安装在方向盘的下面随着方向盘的转动而转动。在所述两个换挡拨片安装在方向盘下面随着方向盘的转动而转动的情况下，两个拨片对于手的触感是不同的，这样方便驾驶者更好地区分左右两个拨片。例如左边拨片的表面带有圆形凸起而右边拨片的表面是平整的。圆形凸起只是一种优选的实施例，也可以用别的形状的凸起或者凹陷来实现。在所述两个换挡拨片安装在转向柱上不随方向盘的转动而转动的情况下，由于两个拨片相对于驾驶者的位置不变，所以两个拨片对于手的触感是可以相同的，表面可以都是平整的。

所述换挡拨片最多可以朝向4个方向被拨动，即前后上下4个方向。前就是朝向驾驶员的方向运动，可以用手指/手拉动来实现；后就是朝离开驾驶员的方向运动，可以用手指/手推动来实现；上就是平行于方向盘所在平面朝向车顶的方向运动，可以用手指/手向上拨动来实现；下就是平行于方向盘所在平面朝向底盘的方向运动，可以用手指/手向下拨动来实现。所述2个换挡拨片是自复位的，即当手指/手松开换挡拨片不再按压时，换挡拨片可以自行回到中间的空闲位置，这可以通过弹簧等装置来实现。所述两个换挡拨片的外部边缘带有若干个凹陷，这样方便驾驶者上下拨动拨片。每个换挡拨片有5个位置，即前后上下和空闲位置，这可以使用霍尔传感器来感知。这样处理器可以立即检测到每个换挡拨片处在了5个位置中的哪一个位置，处理器可以方便地判断出拨片是否被拨动了，是否处在按压状态以及是否被松开了。

本发明可以根据换挡拨片向不同位置的按压动作来作为不同的向处理器发送的换挡请求，也可以根据两个拨片从不同位置的松开动作及其组合来区分不同的换挡请求。按压动作指的是用手指/手把换挡拨片从空闲位置拨动到前后上下4个位置中的一个位置的动作过程。松开动作指的是换挡拨片从前后上下4个位置中的一个位置被手指/手松开而回到空闲位置的动作过程。在使用按压动作作为换挡请求的情况下，左侧拨片向前后上下4个位置中的一个位置的按压动作表示1种换挡请求，这样可以有4种不同的换挡请求。右侧拨片向前后上下4个位置中的一个位置的按压动作也表示1种换挡请求，这样也可以有4种不同的换挡请求。所以两个拨片的按压动作总共可以表达8种不同的换挡请求。处理器处理完第一个换挡请求才会响应第二个换挡请求，如果在处理完第一个换挡请求前又来了换挡请求，那么后面的换挡请求将被忽略，正在处理的第一个换挡请求继续不受影响地被处理。

在使用两个换挡拨片的松开动作及其组合来作为换挡请求的情况下，左侧拨片从前后上下4个位置中的一个位置的松开动作表示1种换挡请求，这样可以有4种不同的换挡请求。右侧拨片从前后上下4个位置中的一个位置的松开动作也表示1种换挡请求，这样也可以有4种不同的换挡请求。所以两个拨片分别单独的松开动作总共可以表示8种不同的换挡请求。两个拨片松开动作的组合也表示不同的换挡请求，例如同时或者先后拨动左侧拨片到上位置和右侧拨片到下位置，然后同时或者先后松开两个拨片，最后松开拨片的动作就触发了1种换挡请求。处理器根据两个拨片从不同位置的松开动作来区分不同的组合换挡请求。对于左侧拨片前后上下4个位置中的每个位置，右侧拨片都有前后上下4个位置与之组合，这样组合松开动作总共可以表示16种不同的换挡请求（4乘以4）。所以单独松开拨片和组合松开拨片加在一起总共有24种不同的换挡请求（8加16）。如果具体在实现时不需要这么多挡位，那么可以减少换挡拨片的可移动位置数量。例如当车辆需要的挡位数不超过8种时，两个拨片只需要可以前后被拨动就可以了。这时两个拨片单独的松开动作有4种挡位，组合的松开动作有4种挡位，总共有8种挡位。当拨片只能前后拨动时，所述拨片外部边缘的若干个凹陷就是不需要的了。以上所述的每种换挡动作和请求换入的挡位是一一对应的关系，并且这种对应关系可以通过软件来设置改变，这样可以适应不同的变速器以及不同的驾驶者的习惯偏好。

为了保障行车安全以及防止对车辆的损害，处理器会忽略不合理的换挡请求。比如请求换入挡位是车辆的当前挡位的换挡请求将被处理器忽略。所述换挡系统对每个请求换入的挡位设置允许的换挡车速范围，当换挡请求发生时的实际车速不在请求换入挡位允许的车速范围内，处理器将不会向助力换挡变速器发送换挡命令。这是一种换挡失败的情况，手动换挡系统将通过显示屏显示换挡失败及原因，并通过指示灯、语音和/或震动的方式告知驾驶者换挡失败的信息。所述每个请求换入挡位的允许换挡车速范围都可以通过软件来设置调节，这样新手驾驶者、熟练的驾驶者以及职业赛车手的需求都可以得到满足。所述换挡指示灯初始状态为亮（或熄灭）的状态，当合理的换挡动作产生后熄灭（或变亮），当助力换挡变速器换挡成功后指示灯重新变亮（或熄灭）以提示驾驶者换挡已经成功。如果换挡失败指示灯将继续保持熄灭（或亮）以提示驾驶者换挡失败。所述换挡系统也可以通过语音和/或震动的方式来提示驾驶者换挡已经成功。

附图说明

结合下述各个附图根据实施例的说明得到本发明的细节、特征和优点。

图1示出了从驾驶员视角观察具有本发明换挡拨片的方向盘的前视图。

图2示出了具有本发明换挡拨片的车辆方向盘的左视图。

图3示出了具有本发明换挡拨片的车辆方向盘的右视图。

图4示出了实施例的换挡系统原理架构图。

图5示出了实施例的处理器的软件流程图。

图6示出了实施例的处理器的软件流程图。

具体实施方式

图1是从驾驶员视角观察具有本发明换挡拨片的方向盘的前视图。11和12是所述的两个换挡拨片，13是拨片上所述的一个圆形凸起的正面图案，14是拨片边缘上用于方便上下拨动的凹陷。图1中的4个箭头15、16、17和18分别代表换挡拨片可以向前后上下4个方向被拨动。图2和图3分别是具有本发明换挡拨片的车辆方向盘的左视图和右视图。21，31分别是2个拨片的空闲位置。22，23，24，25分别代表左侧拨片11可以移动的前后上下4个方向和位置，拨片在各个方向上可以被拨动一小段距离。32，33，34，35分别代表右侧拨片12可以移动的前后上下4个方向和位置。每个换挡拨片可以向4个所述方向被拨动，在松开后会自行回到空闲位置。每个换挡拨片从空闲位置移动到4个位置中的一个称为一种按压动作，每种按压动作可以触发一种换挡请求。拨片处在前后上下4个位置中的一个称为处在此位置的按压状态。从4个位置中的一个位置回到空闲位置称为此位置的松开动作，两个换挡拨片的松开动作及其组合可以代表不同的换挡请求。图2中标记26是左侧拨片11前表面上的一个圆形凸起的侧面图，标记27是该拨片后表面上的另一个圆形凸起的侧面图。

本实施例以6挡助力换挡变速器为例来说明本发明，该变速器具有6个前进挡，1个倒挡（R挡）和1个空挡（N挡）。本变速器具有连接和分离发动机和传动系统的离合器。此离合器一般用人的左脚来控制。本实施例所用2个换挡拨片只保留了向前后拨动的功能，所以像所述14这样的拨片边缘的凹陷是不需要的。本实施例采用两个拨片的松开动作及其组合来表示不同的换挡请求，所以一共有8种不同的换挡请求。图4示出了本实施例的每种换挡动作和请求换入的挡位以及允许换挡的车速范围的对应关系。变量D1~D8代表8个要换入的挡位，它们代表的挡位通过软件是可以改变的。变量C1~C8表示各个挡位允许换入的车速范围，此车速范围的最低值用变量B1~B8来表示，最高值用变量T1~T8来表示。变量B1~B8表达各个请求换入的挡位允许换入的最低车速，变量T1~T8表达各个请求换入的挡位允许换入的最高车速。最低车速B1~B8和最高车速T1~T8的值通过软件也是可以调节改变的，图4中的具体数值只是一个示例。

图5示出了实施例的换挡系统原理架构图，图中每个组成部分用其左上角的数字来标记。处理器51用来处理整个换挡系统的软件流程。换挡拨片52通过两个拨片的松开动作及其组合来向处理器51发送换挡请求。离合器传感器53用来把发动机和传动系统是处在连接状态还是断开状态的信息实时传递给处理器51。所述离合器传感器53也适宜用霍尔传感器来实现。车速传感器54把车速信息实时传递给处理器51。当前挡位传感器55用于感知变速器的当前挡位，并把当前挡位信息实时地传递给处理器51。助力换挡变速器56接收并执行处理器51发送的换挡命令来完成车辆的换挡。显示屏/指示灯57始终可以显示当前车辆的挡位信息。指示灯亮（或灭）表示换挡成功，熄灭状态（或亮）表示正在换挡或者换挡失败。由于显示屏多是由液晶显示屏实现的，所以指示灯既可以是一个单独的硬件灯，也可以用显示屏里的一小块区域的亮或者灭来表示。指示灯的颜色优选对人眼友好的绿色。语音/震动模块58在换挡成功后会以语音和/或震动的方式来提示驾驶者换挡已经成功，在换挡失败时同样用来提示驾驶者换挡失败了。换挡成功命令和各种失败命令由处理器51发送给语音/震动模块58。语音播报换挡成功内容可以是“滴滴”几声，也可以是“成功换挡”等其它内容。当换挡失败原因是当前车速不允许请求挡位换入时，语音播报内容可以是“换挡失败，当前车速无法换入X挡”。X指的是请求换入的挡位，此信息也由处理器发送给语音/震动模块58。当换挡失败原因是助力换挡变速器无法在设定的时间内完成换挡时，语音播报内容可以是“换挡失败，变速器产生故障”。震动提醒可以是座椅震动也可以是方形盘震动提醒。换挡成功时的震动幅度可以小一点，震动时间短一点。换挡失败时的震动幅度可以大一点，震动时间长一点。

图6示出了实施例的处理器的软件流程图，图中每个组成部分用其左上角的数字来标记。首先处理器处在等待拨片换挡请求状态60。当有拨片换挡请求时处理器会判断离合器是否处于连接状态（发动机和传动系统连接），即进入软件阶段61。如果离合器处于连接状态，那么此次换挡请求将被处理器忽略，处理器软件回到初始状态60；如果离合器处在断开状态（发动机和传动系统断开），那么处理器再接着判断请求换入挡位是否是当前挡位，即进入软件阶段62。如果请求换入挡位是当前挡位，那么本次换挡请求是无效的，处理器软件回到初始状态60；如果请求换入挡位不是当前挡位，那么处理器控制指示灯熄灭（或变亮）以表示换挡程序开始，即进入软件阶段63。接着处理器判断当前车速是否允许请求挡位换入，即软件阶段64。如果当前车速不允许请求换挡换入，那么本次换挡请求失败，处理器将进入软件阶段68。在阶段68，显示屏显示换挡失败及原因（车速不允许），并且指示灯保持熄灭（或亮）以表示换挡失败，同时以语音和/或震动的方式提示驾驶者换挡失败及原因（车速不允许），然后处理器软件回到初始状态60。如果在软件阶段64时当前车速允许请求挡位换入，那么处理器将向助力换挡变速器发送换挡命令，即进入软件阶段65。在软件阶段65，处理器开启换挡使用时间计时，助力换挡变速器需要在设定的时间内完成换挡，否则处理器将判定此次换挡失败。在软件阶段66，处理器判断当前挡位是否已经是请求换入挡位。如果当前挡位还不是请求换入挡位，说明助力换挡变速器还没有完成换挡，软件将进入阶段67来判断换挡用时是否已经达到设定的时间。在阶段66，如果判断当前挡位已经是请求换入挡位，说明助力换挡变速器已经完成换挡，那么处理器进入软件阶段69来执行换挡成功程序。在阶段67，如果换挡用时还没有达到设定的时间，那么软件回到阶段66再次判断换挡是否已经成功。如果换挡用时已经达到设定的时间，那么本次换挡请求失败，软件进入阶段68，处理器按照助力换挡变速器有故障的原因来执行阶段68的换挡失败程序。换挡成功后软件流程将从阶段66进入到阶段69，在阶段69，处理器将控制指示灯重新变亮（或熄灭）以表示换挡成功，同时可以用语音和/或震动的方式来提示驾驶者换挡成功，然后处理器软件回到初始状态60来等待新的拨片换挡请求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.在一种用于车辆手动换挡系统，该系统包括：处理器51；可以向4个方向移动的自复位的换挡拨片（11, 12）；离合器传感器53；车速传感器54；当前挡位传感器55；助力换挡变速器56；显示屏/指示灯57；语音/震动模块58。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换挡拨片可以向前后上下4个方向移动，并且松开后是自复位的，可以自行回到空闲位置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述两个换挡拨片（11, 12）对于手的触感是不同的，例如其中一个拨片的表面带有圆形凸起，另一个拨片的表面是平整的。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述换挡拨片的外部边缘带有若干个凹陷。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换挡拨片从空闲位置移动到前后上下4个位置中的一个位置（按压动作）可以表示一种换挡请求。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换挡拨片从前后上下4个位置中的一个位置回到空闲位置（松开动作）可以表示一种换挡请求，两个换挡拨片松开动作的组合也可以表示不同的换挡请求。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述换挡动作和请求换入的挡位对应并且可以通过软件设置调节。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述每个请求换入的挡位都对应一个允许的换挡车速范围，如果换挡请求发生时的车速不在请求换入挡位对应的允许车速范围，车辆换挡将不会发生并且换挡系统会提示驾驶者换挡失败及原因。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，每个请求换入的挡位对应的允许换挡车速范围可以通过软件来设置改变。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述手动换挡系统通过显示屏，指示灯，语音和/或震动的方式来提示驾驶者换挡成功或者换挡失败及原因。