CN110185785A - 一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，主要包括：转轴组件、固定在转轴组件端部的旋钮组件、安装于转轴组件底部的磁铁和置于磁铁一侧的3D霍尔传感器；转轴组件的外圈同轴套有导轨，所述导轨的内壁对应转轴组件设有一圈弧形齿，所述转轴组件外壁中嵌有与弧形齿配合工作的的弹簧定位珠。与增加电磁阀、回位电机的传统多稳态旋钮换档器相比，该方案具有结构简单、低成本的优点。与单稳态旋钮换档器相比，该方案减少了1个P档按键，且相对三点式单稳态旋钮换档器，R/D档切换只需要操作一次，具有操作简单的优点。

Description

一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器
技术领域
本发明属于汽车换档器领域，特别涉及一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器。
背景技术
根据旋钮稳态的数量分类，现有旋钮电子换档器分2类：单稳态式、多稳态式。稳态是指旋钮经释放后可以稳定停留的位置，非稳态是指旋钮一经释放后不能停住的位置。
现有单稳态式旋钮电子换档器，旋钮一般用于控制R/N/D三个档位的切换。根据稳态和非稳态的总数量又分为3点式（1个稳态，2个非稳态）和5点式（1个稳态，4个非稳态）。3点式旋钮如图1所示，在R档与D档切换时，需要操作2次旋钮，第1次切换到N档，再1次切换到目标档位。这种操作方式比较繁琐。另外1种5点式旋钮,如图2所示，增加了2个中间非稳态位置。R档与D档切换，只需要操作1次旋钮。由于单稳态式旋钮电子换档器局限于三个档位的切换，需要额外增加1个按键控制P档。
现有多稳态式旋钮电子换档器，根据档位需求，一般有3个或4个稳态。每一个稳态位置会对应一个固定的请求档位，如R/N/D或P/R/N/D。这种换档器的缺点是特定工况下会出现旋钮位置与变速器实际档位不符的现象，影响客户主观感受。举例1：车辆高速前进D档状态，此时转动旋钮至R档位置，TCU收到换档器R档请求经判断后不会执行。虽然不会引起安全风险，但旋钮还是停留在了R档位置，和车辆实际档位不一致。现有的解决方案是增加电磁阀，对档位锁止，只有满足释放条件才能转动旋钮。 举例2：2016年切诺基全球召回配备电子换档器的车型110万辆，原因是换档器没有设计自动P档功能，驾驶员下车又忘挂P档导致溜车，引起人员伤亡。出于安全考虑，现有电子换档器一般都会开发自动P档功能，解决方案是增加1个回位电机，当识别到车辆熄火后，回位电机将旋钮拖动至P档位置，发出P档请求。
综上所述：单稳态式旋钮电子换档器，3点式的旋钮操作繁琐，且需要额外增加P档按键。而多稳态电子换档器，为了满足档位锁止、自动P档等功能需求，增加电磁阀和电机的解决方案，增加了换档器的复杂度和成本。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，从而克服上述现有技术中的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，主要包括：转轴组件、固定在转轴组件端部的旋钮组件、安装于转轴组件底部的磁铁和置于磁铁一侧的3D霍尔传感器；
转轴组件的外圈同轴套有导轨，所述导轨的内壁对应转轴组件设有一圈弧形齿，所述转轴组件外壁中嵌有与弧形齿配合工作的的弹簧定位珠。
优选地，上述技术方案中，弧形齿的数量和间距根据实际的稳定态数量需求设定。
优选地，上述技术方案中，弹簧定位珠的数量为两个，周向对称分布在转轴组件的外壁上。
优选地，上述技术方案中，根据稳态数量n，相邻两个弧形齿的角向位移量为360/n°。
优选地，上述技术方案中，还包括面板、上壳体、PCB板和下壳体，上壳体和下壳体通过螺钉固定在面板上，导轨通过螺钉固定在PCB板上，3D霍尔传感器集成在PCB板上，PCB板通过螺钉固定在上壳体上。
一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器请求档位识别方法，包括如下分步骤：步骤1，3D霍尔传感器检测其自身所在位置X、Y、Z三维方向的磁场强度分量值，计算出磁铁的旋转角度位置，检测过程中再叠加上时间分量，最终获得磁铁的运动轨迹；
步骤2，3D霍尔传感器通过SPI总线，将旋钮的运动状态信息发送至PCB板上主控制器MCU；
步骤3，主控制器MCU通过车辆CAN网络读取当前变速器实际档位、车辆状态信息，再结合3D霍尔传感器发送过来的旋钮运动状态，识别出驾驶员操作的请求档位，通过CAN总线将请求档位发送至变速器控制器TCU。
多稳态可连续转动式旋钮电子换档器的请求档位识别策略，具体为：
当前档位为P档，换档器逆时针旋转360/n度及以上或者不踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转360/n度及以上，则发出的请求档位依旧为P档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转360/n度，则发出的请求档位为R档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转720/n度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转1080/n 度，则发出的请求档位为D档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转360/n度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转720/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为R档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转720/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为D档；
当前档位为R档，换档器逆时针旋转360/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为R档，换档器逆时针旋转360/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为R档；
当前档位为N档，换档器顺时针旋转360/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为N档，换档器顺时针旋转360/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为D档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转360/n度，不能同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转360/n度，同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位为R档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转720/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转720/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为D档，换档器顺时针旋转360/n度及以上，则发出的请求档位依旧为D档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转360/n度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转720/n度,不能同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位依旧为D档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转720/n度，同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位为R档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转1080/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转1080/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为D档。
优选地，上述技术方案中，无论任意当前档位，电子换档器识别到车辆熄火后，则自动发出P档请求。
需要说明的是，本申请中的n为稳态数量。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所描述的换档器，每一个稳态位置并不对应特定的档位，且旋钮整个360°圆周方向外观是一样的，这样就不会出现传统多稳态旋钮档位不一致的现象。该换档器通过CAN网络读取TCU反馈的当前档位，点亮换档器面板上的随档指示灯。驾驶员可以通过仪表或换档器面板指示灯知晓变速器当前档位。
在实现熄火自动P档请求功能时，换档器MCU识别到熄火信号后，自动发出P档请求。由于旋钮整个360°圆周方向外观是一样的，无需通过回位电机拖动旋钮。与增加电磁阀和电机的方案相比，具有结构简单、低成本的优点。与三点式单稳态旋钮换档器相比， R/D档切换只需要操作一次，具有操作简单的优点。
附图说明：
图1：三点式单稳态旋钮；
图2：五点式单稳态旋钮；
图3：多稳态旋钮；
图4 硬件电路总体设计框图（大框内为旋钮电子换挡器）；
图5 换档器请求档位识别策略；
图6 产品总成图；
图7 产品爆炸示意图；
其中：1-下壳体，2-PCB板，3-导轨，4-磁铁，5-转轴组件，6-上壳体，7-面板，8-旋钮组件，9-3D霍尔传感器。
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述（以12稳态可连续转动式旋钮电子换档器为例），但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，主要包括：旋钮组件8、面板7、上壳体6、转轴组件5、磁铁4、导轨3、PCB板2、下壳体1。
其中导轨3通过三颗螺钉固定在PCB板2上，导轨的内侧面为弧形齿。转轴组件5内嵌有两组弹簧及定位子弹头。
驾驶员手动旋转旋钮组件8时，可带动转轴组件5在导轨3内绕其中心线360°转动。通过导轨弧形齿与弹簧及弹簧定位珠的配合，可以实现每旋转30°到达1个稳态位置。旋钮组件可以360°旋转，合计12个稳态位置。
磁铁3安装在转轴组件5的正下方，当驾驶员转动旋钮就会带动磁铁旋转，从而引起空间磁场强度分布变化。而PCB板2上集成有1颗双裸片3D霍尔传感器9，其型号为MLX90363，可以检测其自身所在位置X、Y、Z三维方向的磁场强度分量值，从而计算出磁铁的旋转角度位置。检测过程中再叠加上时间分量，就可以计算出磁铁的运动轨迹。
多稳态可连续转动式旋钮电子换档器的硬件电路总体设计框图，如图4所示。
3D霍尔传感器MLX90363通过SPI总线，将旋钮的运动状态信息发送至PCB板上主控制器MCU：瑞萨R5F10BGDL。主控制器MCU通过车辆CAN网络读取当前变速器实际档位、车辆状态信息，再结合MLX90363发送过来的旋钮运动状态，就可以识别出驾驶员操作的请求档位，通过CAN总线将请求档位发送至变速器控制器TCU。
多稳态可连续转动式旋钮电子换档器的请求档位识别策略，如图5所示。
本专利所描述的换档器，每一个稳态位置并不对应特定的档位，且旋钮整个360°圆周方向外观是一样的，这样就不会出现传统多稳态旋钮档位不一致的现象。该换档器通过CAN网络读取TCU反馈的当前档位，点亮换档器面板上的随档指示灯。驾驶员可以通过仪表或换档器面板指示灯知晓变速器当前档位。
在实现熄火自动P档请求功能时，换档器MCU识别到熄火信号后，自动发出P档请求。由于旋钮整个360°圆周方向外观是一样的，无需通过回位电机拖动旋钮。
多稳态可连续转动式旋钮电子换档器的请求档位识别策略，具体为：
当前档位为P档，换档器逆时针旋转30度及以上或者不踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转30度及以上，则发出的请求档位依旧为P档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转30度，则发出的请求档位为R档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转60度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转90 度，则发出的请求档位为D档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转30度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转60度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为R档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转60度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为D档；
当前档位为R档，换档器逆时针旋转30度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为R档，换档器逆时针旋转30度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为R档；
当前档位为N档，换档器顺时针旋转30度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为N档，换档器顺时针旋转30度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为D档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转30度，不能同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转30度，同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位为R档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转60度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转60度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为D档，换档器顺时针旋转30度及以上，则发出的请求档位依旧为D档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转30度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转60度,不能同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位依旧为D档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转60度，同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位为R档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转90度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转90度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为D档。
无论任意当前档位，电子换档器识别到车辆熄火后，则自动发出P档请求。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实 现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，其特征在于，主要包括：转轴组件（5）、固定在转轴组件（5）端部的旋钮组件（8）、安装于转轴组件（5）底部的磁铁（4）和置于磁铁（4）一侧的3D霍尔传感器（9）；转轴组件的外圈同轴套有导轨，所述导轨的内壁对应转轴组件设有一圈弧形齿，所述转轴组件外壁中嵌有与弧形齿配合工作的的弹簧定位珠。
2.根据权利要求1所述的多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，其特征在于，弧形齿的数量和间距根据实际的稳态数量需求设定。
3.根据权利要求1所述的多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，其特征在于，弹簧定位珠的数量为两个，周向对称分布在转轴组件的外壁上。
4.根据权利要求1所述的多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，其特征在于，根据稳态数量n，相邻两个弧形齿的角向位移量为360/n度。
5.根据权利要求1所述的多稳态可连续转动式旋钮电子换档器，其特征在于，还包括面板（7）、上壳体（6）、PCB板（2）和下壳体（1），上壳体（6）和下壳体（1）通过螺钉固定在面板（7）上，导轨（3）通过螺钉固定在PCB板（2）上，3D霍尔传感器（9）集成在PCB板（2）上，PCB板（2）通过螺钉固定在上壳体（6）上。
6.一种多稳态可连续转动式旋钮电子换档器请求档位识别方法，其特征在于，包括如下分步骤：步骤1，3D霍尔传感器检测其自身所在位置X、Y、Z三维方向的磁场强度分量值，计算出磁铁的旋转角度位置，检测过程中再叠加上时间分量，最终获得磁铁的运动轨迹；
步骤2，3D霍尔传感器通过SPI总线，将旋钮的运动状态信息发送至PCB板上主控制器MCU；
步骤3，主控制器MCU通过车辆CAN网络读取当前变速器实际档位、车辆状态信息，再结合3D霍尔传感器发送过来的旋钮运动状态，识别出驾驶员操作的请求档位，通过CAN总线将请求档位发送至变速器控制器TCU。
7.多稳态可连续转动式旋钮电子换档器的请求档位识别策略，其特征在于：
当前档位为P档，换档器逆时针旋转360/n度及以上或者不踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转360/n度及以上，则发出的请求档位依旧为P档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转360/n度，则发出的请求档位为R档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转720/n度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为P档，踩制动踏板情况下换档器顺时针旋转1080/n 度，则发出的请求档位为D档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转360/n度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转720/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为R档；
当前档位为R档，换档器顺时针旋转720/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为D档；
当前档位为R档，换档器逆时针旋转360/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为R档，换档器逆时针旋转360/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为R档；
当前档位为N档，换档器顺时针旋转360/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为N档，换档器顺时针旋转360/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为D档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转360/n度，不能同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转360/n度，同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位为R档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转720/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为N档，换档器逆时针旋转720/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为N档；
当前档位为D档，换档器顺时针旋转360/n度及以上，则发出的请求档位依旧为D档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转360/n度，则发出的请求档位为N档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转720/n度,不能同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位依旧为D档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转720/n度，同时满足车速≤3km/h且踩制动踏板时发出的请求档位为R档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转1080/n度及以上，车速≤3km/h时发出的请求档位为P档；
当前档位为D档，换档器逆时针旋转1080/n度及以上，车速＞3km/h时发出的请求档位依旧为D档。
8.根据权利要求7所述的多稳态可连续转动式旋钮电子换档器的请求档位识别策略，其特征在于：无论任意当前档位，电子换档器识别到车辆熄火后，则自动发出P档请求。
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