CN109163090A - 一种手动变速器挡位检测装置及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及提供一种手动变速器挡位检测装置及汽车，以解决现有技术中无法对变速器的挡位位置进行检测的问题。本发明的手动挡变速器挡位检测装置包括：固定在变速器的换挡轴上的磁铁，所述磁铁与所述换挡轴同步运动；固定在变速器的壳体上的传感器，所述传感器内布置有多个与变速器的多个挡位一一对应设置的霍尔元件，在所述换挡轴运动至任意一个挡位时，与所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件输出高电压；控制器，所述控制器与所述传感器连接，其用于：接收传感器发送的根据所述目标霍尔元件输出的高电压所产生的电信号，并根据所述电信号确定进行换挡后变速器的实际挡位。

Description

一种手动变速器挡位检测装置及汽车

技术领域

本发明涉及变速器控制领域，具体是一种手动变速器挡位检测装置及汽车。

背景技术

随着日趋严苛的国家油耗、排放等法规要求相继实施，需要整车根据工况运行在合适的挡位。为避免汽车驾驶者长期低挡高速、高挡低速等问题，汽车ECU会根据车速和发动机转速计算匹配的挡位，当实际挡位与计算匹配的挡位不符合时，通过仪表提醒驾驶者及时切换挡位。现有空挡位置传感器只能识别空挡和在挡功能，无法识别具体的挡位位置，即无法识别MT变速箱的1-5挡、N挡和R挡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手动变速器挡位检测装置及汽车，以解决现有技术中无法对变速器的挡位位置进行检测的问题。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种手动挡变速器挡位检测装置，包括：

固定在变速器的换挡轴上的磁铁，所述磁铁与所述换挡轴同步运动；

固定在变速器的壳体上的传感器，所述传感器内布置有多个与变速器的多个挡位一一对应设置的霍尔元件，在所述换挡轴运动至任意一个挡位时，所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件与所述磁铁相对，所述目标霍尔元件输出高电压；

控制器，所述控制器与所述传感器连接，其用于：

接收传感器发送的根据所述目标霍尔元件输出的高电压所产生的电信号，并根据所述电信号确定进行换挡后变速器的实际挡位。

优选地，所述控制器还用于：

根据所述实际挡位以及ECU发送的变速器的目标挡位，确定变速器的最佳挡位；

根据确定结果，输出用于提示变速器的最佳挡位的显示信息。

优选地，所述传感器内具有挡位检测电路，所述挡位检测电路包括：

多个并联设置的分压电路，每一分压电路对应连接一个所述霍尔元件，每一分压电路中设置有具有不同阻值的分压电阻，且每一所述分压电路的两端分别连接一个电压输出接口，所述电压输出接口与所述控制器连接；

在所述换挡轴移动到任意一个挡位时，与所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件输出高电压，与所述目标霍尔元件连接的分压电路导通，两个所述电压输出接口分别向所述控制器发送电信号。

优选地，所述变速器的挡位包括：前进挡挡位，倒退挡挡位和空挡挡位，两个所述电压输出接口中的第一电压输出接口连接一个第一电阻，两个所述电压输出接口中的第二电压输出接口连接一个第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻的另一端均接电源；

其中，所述前进挡挡位和所述倒退挡挡位各自连接的分压电路均包括：第一分压电路和第二分压电路，所述第一分压电路包括：

依次连接的第三电阻、第一三极管和第一二极管，所述第一二极管与所述霍尔元件连接，所述第三电阻连接在所述第一电压输出接口和所述第一电阻之间；

所述第二分压电路包括：

依次连接的第四电阻、第二三极管和第二二极管，所述第二二极管与所述霍尔元件连接，所述第四电阻连接在所述第二电压输出接口和所述第二电阻之间；

所述第三电阻和所述第四电阻的阻值不同，每一所述第一分压电路中的第三电阻的阻值不同，每一所述第二分压电路中的第四电阻的阻值不同。

优选地，与所述空挡挡位连接的所述分压电路包括：依次连接的第五电阻和第三二极管，所述第三二极管与所述霍尔元件连接，所述第五电阻连接在所述第二电阻和所述第二电压输出接口之间；

所述霍尔元件通过线束连接在所述第一电阻和所述第一电压输出接口之间；

所述第五电阻分别与所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值不同。

优选地，所述控制器具体用于：

按照预先确定的两个电压输出接口各自的电信号和变速器的实际挡位的对应关系表，根据所述传感器中的两个电压输出接口分别输出的电信号，确定所述变速器的实际挡位。

优选地，所述磁铁螺接于所述换挡轴上，所述霍尔元件螺接于所述变速器的壳体上。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，所述汽车包括上述的手动变速器挡位检测装置。

本发明的有益效果：

实现了对变速器在进行挡位切换后的实际挡位进行检测，同时根据切换后的实际挡位和切换前的预估的目标挡位进行比对，确定变速器的最佳挡位，并在实际挡位和目标挡位不一致时，通过提示用户进行挡位切换，降低汽车的油耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为磁铁的运动轨迹路线图；

图3为变速器处于1挡时磁铁与传感器的相对位置关系图；

图4为传感器内部的挡位检测电路的电路图；

图5为变速器的矩阵式电路的示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种手动挡变速器挡位检测装置，包括：

固定在变速器的换挡轴1上的磁铁2，所述磁铁2与所述换挡轴1同步运动；

固定在变速器的壳体3上的传感器4，所述传感器4内布置有多个与变速器的多个挡位一一对应设置的霍尔元件41，在所述换挡轴1运动至任意一个挡位时，所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件与所述磁铁相对，所述目标霍尔元件输出高电压；

控制器，所述控制器与所述传感器4连接，其用于：接收传感器4发送的根据所述目标霍尔元件输出的高电压所产生的电信号，并根据所述电信号确定进行换挡后变速器的实际挡位。

具体地，磁铁2通过螺栓5螺接于换挡轴1上，传感器4通过螺栓6固定在壳体3上，在驾驶员拨动换挡轴1时，固定在换挡轴1上的磁铁随着该换挡轴1同步运动。磁铁2在运动到不同的挡位时，磁铁2与该挡位对应的霍尔元件41的距离相对，使霍尔元件41产生霍尔效应，进而输出电压。

对于传感器4来说，由于霍尔元件41产生霍尔效应，其内部的挡位检测电路工作，传感器4的两个电压输出端口向控制器发出电压信号，使得控制器可以根据接收到的电压信号中的电压值大小，来判断变速器在换挡后的具体挡位。

对于控制器来说，其可以为单独设置的控制器，或者集成在车辆上的ECU、BCM等控制器上。

对于变速器来说，其包括前进挡挡位、后退挡挡位(R挡)和空挡挡位(N挡)，前进挡挡位包括1挡、2挡、3挡、4挡和5挡共5个挡位，5个前进挡、R挡和N挡共同组成一个王字型形状。在驾驶员对换挡手柄进行拨动时，换挡轴在换挡手柄的作用下，其运动轨迹也呈现为王字型。在图2中，王字型的线条代表换挡轴1和磁铁2的运动轨迹，方框表示变速器处于对于挡位时磁铁2所处位置。

对于传感器4来说，为了实现其在不同挡位时，两个电压输出接口能够输出可确定出变速器的实际挡位的电压值，在传感器4内部具有挡位检测电路，即是由测量1、2、3、4、5、N、R挡位的霍尔开关和大量的电阻、三级管、二极管组成的矩阵电路。该矩阵式电路设计将变速器的位置分为矩阵式的三行三列，如图5所示，其中行依次用A1、A2和A3，列依次用B1、B2和B3表示。其中行A1代表变速器处于奇数挡(1、3、5挡)，行A2代表变速器处于空挡位置(N挡)，行A3代表偶数挡(2、4、R挡)。其中列B1代表5挡和R挡位置，列B2代表3挡、4挡、空挡位置，列B3代表1挡和2挡位置。变速器处于的具体位置可以通过行列组合表达。

具体地，挡位检测电路包括：多个并联设置的分压电路，每一分压电路对应连接一个所述霍尔元件41，每一分压电路中设置有具有不同阻值的分压电阻，且每一所述分压电路的两端分别连接一个电压输出接口，所述电压输出接口与所述控制器连接；在所述换挡轴4移动到任意一个挡位时，与所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件输出高电压，与所述目标霍尔元件连接的分压电路导通，两个所述电压输出接口分别向所述控制器发送电信号。

由于每一分压电路中设置有不同阻值的分压电阻，在分压电阻的分压作用下，可以使得不同电压输出接口中输出不同的电压。具体地，如图3所示，两个所述电压输出接口中的第一电压输出接口44连接一个第一电阻R7，两个所述电压输出接口中的第二电压输出接口45连接一个第二电阻R8，所述第一电阻R7和所述第二电阻R8的另一端均接5v电源；其中，所述前进挡挡位和所述倒退挡挡位各自连接的分压电路均包括：第一分压电路42和第二分压电路43，所述第一分压电路42包括：依次连接的第三电阻、第一三极管和第一二极管，所述第一二极管与所述霍尔元件41连接，所述第三电阻连接在所述第一电压输出接口44和所述第一电阻R7之间；所述第二分压电路43包括：依次连接的第四电阻、第二三极管和第二二极管，所述第二二极管与所述霍尔元件41连接，所述第四电阻连接在所述第二电压输出接口45和所述第二电阻R8之间；所述第三电阻和所述第四电阻的阻值不同，每一所述第一分压电路42中的第三电阻的阻值不同，每一所述第二分压电路43中的第四电阻的阻值不同。与所述空挡挡位连接的所述分压电路包括：依次连接的第五电阻R5和第三二极管VT5，所述第三二极管VT5与所述霍尔元件41连接，所述第五电阻R5连接在所述第二电阻R8和所述第二电压输出接口45之间；所述霍尔元件41通过线束连接在所述第一电阻R7和所述第一电压输出接口44之间；所述第五电阻R5分别与所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值不同。

其中，如图4所示，对于1挡挡位对应的分压电路来说，其包括的第一分压电路42包括依次连接的电阻R3(第三电阻)、三极管VT3(第一三极管)和二极管VD4(第一二极管)，其包括的第二分压电路43包括依次连接的电阻R4(第四电阻)、三极管VT4(第二三极管)和二极管VD1(第二二极管)。其中，二极管VD1和二极管VD4的电流流向相反。

对于2挡挡位对应的分压电路来说，其包括的第一分压电路42包括依次连接的电阻R3(第三电阻)、三极管VT3(第一三极管)和二极管VD7(第一二极管)，其包括的第二分压电路43包括依次连接的电阻R6(第四电阻)、三极管VT6(第二三极管)和二极管VD10(第二二极管)。其中，二极管VD7和二极管VD10的电流流向相反。

对于3挡挡位对应的分压电路来说，其包括的第一分压电路42包括依次连接的电阻R2(第三电阻)、三极管VT2(第一三极管)和二极管VD5(第一二极管)，其包括的第二分压电路43包括依次连接的电阻R4(第四电阻)、三极管VT4(第二三极管)和二极管VD2(第二二极管)。其中，二极管VD5和二极管VD2的电流流向相反。

对于4挡挡位对应的分压电路来说，其包括的第一分压电路42包括依次连接的电阻R2(第三电阻)、三极管VT2(第一三极管)和二极管VD8(第一二极管)，其包括的第二分压电路43包括依次连接的电阻R6(第四电阻)、三极管VT6(第二三极管)和二极管VD11(第二二极管)。其中，二极管VD8和二极管VD11的电流流向相反。

对于5挡挡位对应的分压电路来说，其包括的第一分压电路42包括依次连接的电阻R1(第三电阻)、三极管VT1(第一三极管)和二极管VD6(第一二极管)，其包括的第二分压电路43包括依次连接的电阻R4(第四电阻)、三极管VT4(第二三极管)和二极管VD3(第二二极管)。其中，二极管VD6和二极管VD3的电流流向相反。

对于R挡挡位对应的分压电路来说，其包括的第一分压电路42包括依次连接的电阻R1(第三电阻)、三极管VT1和二极管VD9，其包括的第二分压电路43包括依次连接的电阻R6(第四电阻)、三极管VT6和二极管VD12。其中，二极管VD9和二极管VD12的电流流向相反。

其中，第一电阻R7和第二电阻R8的阻值为2KΩ，电阻R1(阻值为8KΩ)、电阻R2(阻值为3KΩ)和电阻R3(阻值为1.3KΩ)的电阻互不相同，电阻R4(阻值为8KΩ)、电阻R5(阻值为3KΩ)和电阻R6(阻值为1.3KΩ)的电阻互不相同。

以换挡轴运动到1挡前进挡位置处举例说明该挡位检测电路的工作原理。在换挡轴1运动到1挡前进挡位置处时，与1挡挡位对应的霍尔元件41在磁铁的作用下发生霍尔效应，与该霍尔元件41连接的二极管VD4和二极管VD1在其作用下正向导通，二极管VD2、VD3和VD7反向截止，三极管VT3和三极管VT4通路(三极管VT3和三极管VT4由于发射极和集电极均处于正向偏置，使得三极管处于饱和状态，实现通路)，使得第一电压输出端口42和第二电压输出端口43对外输出电压。同时，由于该电阻R3和电阻R4具有不同的电压值，在电阻R3和电阻R4的分压作用下，第一电压输出端口42和第二电压输出端口43对外输出不同的电压。

另外，本申请中第一电阻R7和第二电阻R8连接5V电源。这样，在换挡轴处于不同的挡位时，第一电压输出接口42和第二电压输出接口43各自输出的电压如下表所示。控制器在接收到传感器4的两个电压输出接口发送的电压信号后，按照预先确定的两个电压输出接口各自的电信号和变速器的实际挡位的对应关系表(即下表)，根据传感器中的两个电压输出接口分别输出的电信号，确定变速器的实际挡位。

挡位	第二电压输出接口	第一电压输出接口
			1	2V	4V
2	2V	2V
			3	3V	4V
4	3V	2V
			5	4V	4V
R	4V	2V
			N	5V	3V
过渡区域	5V	5V

其中，在上述表格中，“过渡区域”是指换挡轴处于挡位切换过程中，尚未移动至某一特定挡位所处的区域，在该状态下，第一电压输出接口42和第二电压输出接口43均输出电源电压值(即5v)。从上表中可以看出，由于每一分压电路中的第三电阻(如电阻R3)和第四电阻(如电阻R4)的阻值不同，且多个分压电路中的第三电阻(电阻R1、电阻R2和电阻R3)的电阻值互不相同，以及多个分压电路中的第四电阻(电阻R5、电阻R6和电阻R7)的电阻值互不相同，实现了在不同挡位下，第一电压输出接口42和第二电压输出接口43的输出电压不同。另外，在本申请中，所述控制器还用于：

根据所述实际挡位以及ECU发送的变速器的目标挡位，确定变速器的最佳挡位；

根据确定结果，输出用于提示变速器的最佳挡位的显示信息。

具体地，ECU发生的目标挡位，是通过发动机转速和车速进行确定的，ECU获取车辆实时发动机转速和车速，根据发动机转速、车速和变速器的目标挡位三者之间的预定对应关系表，确定目标挡位。控制器在判断时，若实际挡位和目标挡位不符合，则显示提示信息，提示驾驶员变速器的实际挡位非变速器的最佳挡位，提示驾驶员应当进行挡位切换，降低汽车的油耗和排放。

通过本发明提供的上述装置，实现了对变速器在进行挡位切换后的实际挡位进行检测，同时根据切换后的实际挡位和切换前的预估的目标挡位进行比对，确定变速器的最佳挡位，并在实际挡位和目标挡位不一致时，通过提示用户进行挡位切换，降低汽车的油耗。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种汽车，所述汽车还包括上述的手动变速器挡位检测装置。

Claims (8)

1.一种手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，包括：

固定在变速器的换挡轴（1）上的磁铁（2），所述磁铁（2）与所述换挡轴（1）同步运动；

固定在变速器的壳体（3）上的传感器（4），所述传感器（4）内布置有多个与变速器的多个挡位一一对应设置的霍尔元件（41），在所述换挡轴（1）运动至任意一个挡位时，所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件与所述磁铁相对，所述目标霍尔元件输出高电压；

控制器，所述控制器与所述传感器（4）连接，其用于：

接收传感器（4）发送的根据所述目标霍尔元件输出的高电压所产生的电信号，并根据所述电信号确定进行换挡后变速器的实际挡位。

2.根据权利要求1所述的手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，所述控制器还用于：

根据所述实际挡位以及ECU发送的变速器的目标挡位，确定变速器的最佳挡位；

根据确定结果，输出用于提示变速器的最佳挡位的显示信息。

3.根据权利要求1所述的手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，所述传感器（4）内具有挡位检测电路，所述挡位检测电路包括：

多个并联设置的分压电路，每一分压电路对应连接一个所述霍尔元件（41），每一分压电路中设置有具有不同阻值的分压电阻，且每一所述分压电路的两端分别连接一个电压输出接口，所述电压输出接口与所述控制器连接；

在所述换挡轴（1）移动到任意一个挡位时，与所述任意一个挡位对应的目标霍尔元件输出高电压，与所述目标霍尔元件连接的分压电路导通，两个所述电压输出接口分别向所述控制器发送电信号。

4.根据权利要求3所述的手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，所述变速器的挡位包括：前进挡挡位，倒退挡挡位和空挡挡位，两个所述电压输出接口中的第一电压输出接口（44）连接一个第一电阻（R7），两个所述电压输出接口中的第二电压输出接口（45）连接一个第二电阻（R8），所述第一电阻（R7）和所述第二电阻（R8）的另一端均接电源；

其中，所述前进挡挡位和所述倒退挡挡位各自连接的分压电路均包括：第一分压电路（42）和第二分压电路（43），所述第一分压电路（42）包括：

依次连接的第三电阻、第一三极管和第一二极管，所述第一二极管与所述霍尔元件（41）连接，所述第三电阻连接在所述第一电压输出接口（44）和所述第一电阻（R7）之间；

所述第二分压电路（43）包括：

依次连接的第四电阻、第二三极管和第二二极管，所述第二二极管与所述霍尔元件（41）连接，所述第四电阻连接在所述第二电压输出接口（45）和所述第二电阻（R8）之间；

所述第三电阻和所述第四电阻的阻值不同，每一所述第一分压电路（42）中的第三电阻的阻值不同，每一所述第二分压电路（43）中的第四电阻的阻值不同。

5.根据权利要求4所述的手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，与所述空挡挡位连接的所述分压电路包括：依次连接的第五电阻（R5）和第三二极管（VT5），所述第三二极管（VT5）与所述霍尔元件（41）连接，所述第五电阻（R5）连接在所述第二电阻（R8）和所述第二电压输出接口（45）之间；

所述霍尔元件（41）通过线束连接在所述第一电阻（R7）和所述第一电压输出接口（44）之间；

所述第五电阻（R5）分别与所述第三电阻和所述第四电阻的电阻值不同。

6.根据权利要求1所述的手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，所述控制器具体用于：

按照预先确定的两个电压输出接口各自的电信号和变速器的实际挡位的对应关系表，根据所述传感器中的两个电压输出接口分别输出的电信号，确定所述变速器的实际挡位。

7.根据权利要求1所述的手动挡变速器挡位检测装置，其特征在于，所述磁铁（2）螺接于所述换挡轴（1）上，所述霍尔元件（41）螺接于所述变速器的壳体（3）上。

8.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括权利要求1至7任一项所述的手动挡变速器挡位检测装置。