CN110536809B - 换档装置 - Google Patents

Abstract

换档装置包括：基板(3)；操作旋钮(4)(4)，能够在第一方向上在第一位置与第二位置之间位移，第二位置比第一位置更靠近基板(3)；触点式开关(10、11)，设于基板(3)，在操作旋钮(4)处于第二位置时接通；电极(20)，设于基板(3)；弹性片部件(300)，具有在第一方向上与电极(20)对置的导电体层(310)，并且在第一方向上电极(20)与导电体层(310)的距离对应于操作旋钮(4)的第一位置与第二位置之间的位移而变化；以及介电层(220)，设于电极(20)以及导电体层(310)中的至少某一方，并位于电极(20)以及导电体层(310)之间。

Description

换档装置

技术领域

本公开涉及换档装置。

背景技术

已知有代替换档杆而根据经由操作旋钮(按钮)的换档操作输入进行变速比的切换的技术。

现有技术文件

专利文献1：国际公开第2013/183513号小册子

专利文献2：日本特开2015-128050号公报

发明内容

本发明要解决的问题

然而，在上述那样的现有技术中，为了检测换档操作输入而仅使用触点式开关，因此难以高精度地检测触点式开关的接触不良(开路故障)、卡在接通位置(日文：オン固着)(短路故障)等那样的故障。在触点式开关中，由于接触不良状态与未对操作旋钮进行操作的状态在电路上完全等价，因此即使使用三个以上的触点式开关并利用多数表决的原理，也难以完全排除触点式开关的故障的误检测的可能性。另外，在触点式开关中，由于卡在接通位置状态与对操作旋钮进行操作的状态在电路上完全等价，因此即使使用三个以上的触点式开关并利用多数表决的原理，也难以完全排除触点式开关的故障的误检测的可能性。

因此，在一个方面中，本发明的目的在于，能够高精度地检测触点式开关的故障。

用于解决课题的手段

在一个方面中，提供一种换档装置，

包括：

基板；

操作旋钮，能够在第一方向上在第一位置与第二位置之间位移，所述第二位置比所述第一位置更靠近所述基板；

触点式开关，设于所述基板，在所述操作旋钮处于所述第二位置时接通；

电极，设于所述基板；

弹性片部件，具有在所述第一方向上与所述电极对置的导电体层，在所述第一方向上所述电极与所述导电体层的距离与所述操作旋钮的所述第一位置与所述第二位置之间的位移连动地变化；以及

介电层，以位于所述电极以及所述导电体层之间的方式设于所述电极以及所述导电体层中的至少某一方。

发明效果

在一个方面中，根据本发明，能够高精度地检测触点式开关的故障。

附图说明

图1A是概略地表示一实施例的换档装置的主视图。

图1B是概略地表示换档装置的侧视图。

图2是换档装置的电路的概略图。

图3是形成可变电容器的构造的说明图。

图4是沿着图3的线A－A的剖面图。

图5是示意地表示非操作状态下的片部件与滑块的关系的图。

图6是示意地表示操作状态下的片部件与滑块的关系的图。

图7是表示电极间距离与可变电容器的电容的关系的一个例子的图。

图8是表示通过本实施例能够检测的故障模式与故障判定条件的关系的一个例子的表图。

图9是表示控制装置与电极的连接方法的一个例子的图。

具体实施方式

以下，一边参照添附附图一边对各实施例进行详细说明。

图1A以及图1B是概略地表示一实施例的换档装置1的两个视图。在图1A以及图1B中，定义有正交的三个轴X、Y、Z。另外，在Z轴以及Y轴上，各个侧用Z1、Z2等来表示。Z轴(第一方向的一个例子)与基板3的厚度方向(法线方向)对应。图2是换档装置1的电路的概略图。

换档装置1是变速比的切换操作用的操作装置，由用户进行操作。变速器(变速机)的变速比、变速器的形式是任意的。换档装置1搭载于具有变速器的移动体、例如车辆、航空器等。例如，在车辆中，换档装置1也可以用于线控换挡式的换档操作。

换档装置1包括基板3、操作旋钮4、触点式开关10、11、可变电容器40、以及控制装置50(处理装置的一个例子)。另外，换档装置1也可以以多组的方式包括操作旋钮4、触点式开关10、11、以及可变电容器40。在该情况下，基板3可以共用，也可以按每组来设置。操作旋钮4的一部分也可以用于变速器的变速模式的切换操作。以下，对一组操作旋钮4、触点式开关10、11、以及可变电容器40进行说明。

基板3例如是印刷基板，具有以Z方向为法线方向的表面。基板3由橡胶片320保护。橡胶片320例如由橡胶材料(例如硅橡胶)形成，以覆盖基板3上的电子部件的方式设置。橡胶片320具有防水功能，从而对基板3上的电子部件进行保护。在基板3上，安装触点式开关10、11，并且安装可变电容器40。

操作旋钮4是由用户操作的部件。在操作旋钮4的Z方向Z2侧设置滑块4a(可动部件的一个例子)。滑块4a与操作旋钮4为一体，能够与操作旋钮4一起在Z方向上位移。滑块4a被支承为能够相对于未图示的壳体主体部仅在Z方向上位移。在从Z方向观察时，滑块4a以与触点式开关10、11、以及后述的片部件300(弹性片部件的一个例子)重叠的方式在X方向上延伸。当操作旋钮4被向Z方向Z2侧按压时(参照图1A以及图1B的箭头R1)，滑块4a将触点式开关10、11向Z方向Z2侧按压(参照图1A以及图1B的箭头R2)，并且将后述的片部件300的Y方向Y1侧的端部向Z方向Z2侧按压(参照图1A以及图1B的箭头R3)。

触点式开关10、11分别是在可动接点侧包含橡胶圆顶的开关，如图1A所示，沿着X方向(第二方向的一个例子)并排地配置。在本实施例中，触点式开关10、11的橡胶圆顶与后述的片部件300都由硅橡胶等橡胶材料的橡胶片320形成。即，触点式开关10、11的橡胶圆顶与后述的片部件300一体地橡胶成型。由于能够一体地成型，因此不会增加部件数量，廉价且组装性良好。另外，在本实施例中，使用两个触点式开关10、11，但触点式开关的个数也可以是一个，也可以是三个以上。如图2所示，触点式开关10、11与控制装置50电连接。触点式开关10、11通过圆顶状的橡胶圆顶的裙部向Z方向Z2侧位移，使得设于圆顶内的可动接点与设于基板3上的固定接点接触而接通。另外，圆顶状的橡胶圆顶的裙部在向Z方向Z2侧变形时，产生点击感(操作感)。

如图1A所示，触点式开关10、11与滑块4a的X方向的两侧的端部在Z方向上抵接。在该情况下，由于触点式开关10、11同质，因此相对于滑块4a的操作感的X方向的平衡良好。

可变电容器40形成模拟地检测操作旋钮4的Z方向的位移量的静电传感器。另外，“模拟”是指，不是像触点式开关10、11的接通/断开信号那样的两个值的意思。可变电容器40例如由后述的片部件300等形成。如图2所示，可变电容器40与控制装置50电连接。关于可变电容器40的进一步的详细情况，与片部件300一起在后面进行叙述。

控制装置50例如由微控制器形成。控制装置50基于触点式开关10、11的状态(接通/断开状态)与可变电容器40的静电电容(电容)的状态，对换档装置1的状态(故障的有无、基于用户的操作的有无)进行检测。例如，控制装置50基于触点式开关10、11的状态(接通/断开状态)与可变电容器40的电容的状态，利用多数表决的原理对换档操作输入进行检测。例如，在触点式开关10、11中的接通的触点式开关的个数为两个以上的情况下、触点式开关10、11中的某一方接通并且可变电容器40的电容C为阈值Cth(参照图7)以上的情况下，控制装置50对换档操作输入进行检测(有效地检测)。控制装置50在检测到换档操作输入时，变更变速器的变速比(或变速模式)。关于控制装置50的进一步的详细情况，后面进行叙述。

图3是形成可变电容器40的构造的说明图，是概略地表示基板3的仰视(从Z方向观察)时的图。在图3中，被片部件300隐藏的电极20(以及介电膜220)的外形用虚线表示。图4是沿着图3的线A－A的剖面图。

可变电容器40由电极20、介电膜220(介电层的一个例子)、以及片部件300的导电体层310形成。如图3所示，可变电容器40在从Z方向观察时，在X方向上位于触点式开关10、11之间。由于有效地活用触点式开关10、11之间的空置空间，因此即使设置可变电容器40也容易防止装置整体的大型化。

电极20在基板3上与触点式开关10、11邻接地形成。由于邻接，因此能够用作为单一部件的滑块4a同时按压触点式开关10、11与片部件300，所以能够不受部件的组装精度等的影响而可靠地进行操作。电极20例如也可以由形成于基板3上的导体图案来实现。电极20例如是正极侧，如图2所示那样，与控制装置50电连接。

介电膜220覆盖电极20的表面(Z方向Z1侧的表面)。介电膜220也可以由抗蚀剂等形成。

片部件300如图3所示那样，通过大致コ字状的狭缝322成为在仰视(从Z方向观察)时与Y方向Y2侧的1边相连且剩余的3边被切去的大致长方形的外形，如图4所示那样，Y方向的一端(Y方向Y2侧的端部)固定于基板3，另一端在Z方向上远离基板3。片部件300的Y方向Y2侧的端部也可以通过粘合剂等固定于基板3。在图4所示的例子中，片部件300的Y2侧的端部通过抑制部件302压接于基板3。另外，如图1B所示，片部件300的Y方向Y1侧的端部也可以通过粘合剂301等固定于滑块4a。或者片部件300的Y方向Y1侧的端部也可以仅卡合于滑块4a(参照图5以及图6)。

片部件300包括导电体层310与基材层320A。导电体层310例如也可以由低电阻的碳膜形成。另外，碳膜也可以由溅射法等形成。基材层320A利用作为橡胶片320的材料的橡胶材料(例如硅橡胶)，如前述那样，与触点式开关10、11的橡胶圆顶一体形成。即，基材层320A由橡胶片320中的被狭缝322包围的区域形成。片部件300因基材层320A的弹性而具有弹性。

片部件300可以遍及基材层320A的整体地形成有导电体层310，也可以仅在基材层320A中的与电极20对置的范围形成有导电体层310。其中，导电体层310延伸至Y2侧的端部，并与基板3上的接地触点(未图示)电连接(参照图2)。导电体层310例如由抑制部件302压接于基板3上的接地触点(未图示)。

图5以及图6是示意地表示片部件300与滑块4a的关系的说明图。在图5以及图6中，也一并示出了触点式开关10、11。图5表示操作旋钮4处于非操作位置(第一位置的一个例子)的非操作状态(操作旋钮4未被操作的状态)，图6表示操作旋钮4处于操作位置(比第一位置靠近基板的第二位置的一个例子)的操作状态(操作旋钮4被操作的状态)。另外，在图5以及图6中，省略了介电膜220的图示。并且，在图5以及图6中，省略了与橡胶片320中的片部件300、触点式开关10不相关的部分的图示。

片部件300以及触点式开关10、11的圆顶状的橡胶圆顶的裙部均能够弹性变形。即，片部件300以及触点式开关10、11的圆顶状的橡胶圆顶的裙部在操作旋钮4被向Z方向Z2侧操作时，伴随着滑块4a向Z方向Z2侧位移而向Z方向Z2侧弹性变形(参照图6)。

具体而言，片部件300在操作旋钮4从Z方向Z1侧向Z方向Z2侧移动、Y方向Y1侧的端部经由滑块4a被向Z方向Z2侧按压时，以在Z方向上Y方向Y1侧的端部的导电体层310与基板3的电极20之间的距离(以下，称为“电极间距离d”)与操作旋钮4的位移连动地减少的方式发生弹性变形(参照图6)。发生了弹性变形的片部件300在滑块4a向Z方向Z1侧位移时，恢复到原来的状态，电极间距离d增加(返回到原来的距离)(参照图5)。在图5以及图6所示的例子中，在非操作状态下，电极间距离d为d＝Z0，但在操作状态下，电极间距离d减少为d＝Z1(＜Z0)。

图7是表示电极间距离d与可变电容器40的电容(静电电容)的关系的一个例子的图。在图7中，在横轴上取电极间距离d[mm]，在纵轴上取电容[F]，电极间距离d与可变电容器40的电容的关系用特性曲线P1来表示。一般来说，可变电容器40的电容C能够用以下的式子来表示。

C＝ε×S/d

这里，ε为介电常数，S为电极面积。另外，电极面积S是电极20的面积或导电体层310的面积。因而，可变电容器40的电容C如图7所示那样，与电极间距离d成反比例的关系。

这样，可变电容器40的电容C能够模拟地表示电极间距离d。这里，电极间距离d对应于操作旋钮4的Z方向的位移量而发生变化。即，在将操作旋钮4处于非操作位置时的位移量设为“0”时，操作旋钮4处于操作位置时的位移量为电极间距离d的减少量(＝Z0－Z1)。因而，可变电容器40的电容C能够模拟地表示操作旋钮4的Z方向的位移量。

根据本实施例，除了触点式开关10、11之外，还设置片部件300(可变电容器40)，因此能够模拟地传感检测操作旋钮4的Z方向的位移量。因而，能够基于触点式开关10、11的状态(接通/断开状态)与可变电容器40的电容C，高精度地且迅速地检测触点式开关10、11中的一个触点式开关的故障。

图8是表示通过本实施例能够检测的故障模式与故障判定条件的关系的一个例子的表图。故障判定条件由传感器状态规定，传感器状态意味着触点式开关10、11的状态(接通/断开状态)以及可变电容器40的电容C。

图9是图8的说明图，并且是表示控制装置50与电极20的关系的一个例子的图。在图9中，控制装置50的传感器端子501通过布线401与电极20电连接，并且控制装置50的充电端子502通过布线402经由充电电阻R1与电极20电连接。在图9中，作为一个例子，控制装置50在动作时，将充电端子502的电压在“高”与“低”之间周期性地切换，并基于传感器端子501的状态(“高”或“低”)，对静电传感器的电容进行检测。具体而言，控制装置50将充电端子502的电压在“高”与“低”之间切换，并待机至传感器端子501的状态成为相同的电压为止。然后，例如，控制装置50基于从充电端子502的电位自“低”切换至“高”到传感器端子501的状态成为“高”为止的时间ΔT，对可变电容器40的电容C进行检测。此时，控制装置50通过利用可变电容器40的电容C越小时间ΔT越长，能够对可变电容器40的电容C进行检测。例如，控制装置50在时间ΔT为规定值以下的情况下，可以判断为可变电容器40的电容C为阈值Cth(参照图7)以上。阈值Cth例如像图7所示那样，以能够对操作旋钮4处于操作位置时进行检测的方式而设定。另外，在变形例中，也可以利用对可变电容器40的电容C直接进行检测的IC(integrated circuit：集成电路)。

在图8中，所谓静电传感器成为“高”(静电传感器＝高)，表示传感器端子501的状态为“高”。另外，同样，所谓静电传感器成为低(静电传感器＝低)，表示传感器端子501的状态为“低”的状态。

情况一为，在动作时静电传感器不变成“高”的情况。在该情况下，能够检测可变电容器40的故障。例如，作为可变电容器40的故障，充电端子502与传感器端子501之间的断线(例如布线401、402的断线)、充电端子502或传感器端子501的接地短路、充电电阻R1的开路故障等为故障模式的例子。

情况二为，在动作时静电传感器不变成“低”的情况。在该情况下，能够检测可变电容器40的故障。例如，作为可变电容器40的故障，充电端子502与传感器端子501之间的断线(例如布线401、402的断线)、充电端子502或传感器端子501的电源短路、充电电阻R1的开路故障等为故障模式的例子。

情况三为，在动作时静电传感器的状态(“高”或“低”)在一定时间内追随充电端子502的电压(“高”或“低”)的情况。一定时间是比正常时追随所需的时间明显短的时间。在该情况下，能够检测可变电容器40的故障。例如，作为可变电容器40的故障，充电端子502与传感器端子501之间的短路为故障模式。

情况四为，触点式开关10、11的状态不一致(仅某一方接通、另一方断开的状态)、并且静电传感器为“高”的情况。在该情况下，能够检测触点式开关10、11中的断开的触点式开关的开路故障。这是因为，静电传感器为“高”，因此操作旋钮4处于操作位置的可能性高，所以触点式开关10、11中的断开的触点式开关的开路故障的可能性高。在该情况下，在理论上，基于静电传感器成为“高”的一个事件，能够检测断开的一个触点式开关的开路故障，因此能够高精度地且迅速地检测触点式开关10、11中的一个触点式开关的故障。

情况五为，触点式开关10、11的状态不一致(仅某一方接通、另一方断开的状态)、并且静电传感器为低的情况。在该情况下，能够检测触点式开关10、11中的接通的触点式开关的短路故障。这是因为，静电传感器为“低”，因此操作旋钮4处于非操作位置的可能性高，所以触点式开关10、11中的接通的触点式开关的短路故障的可能性高。在该情况下，在理论上，基于静电传感器成为“低”的一个事件，也能够检测接通的一个触点式开关的开路故障，因此能够高精度地且迅速地检测触点式开关10、11中的一个触点式开关的故障。

在本实施例中，通过将上述那样的检测单元应用于由换档装置1的换档旋钮4进行的输入操作，对检测换档旋钮4的上下位置的可变电容器40以及触点式开关10、11的输入的有无以及故障进行高精度地且迅速的检测，特别是即使在检测到对行驶的车辆等的输入操作时达到故障的情况下，也能够进行用于确保更加安全的行驶的正确的故障检测。

以上，对各实施例进行了详细叙述，但并不限定于特定的实施例，在权利要求书所记载的范围内，能够进行各种变形以及变更。另外，也能够将上述的实施例的构成要素的全部或者多个进行组合。

例如，在上述的实施例中，形成静电传感器的介电膜220(介电层的一个例子)形成于电极20侧，但并不限定于此。例如，也可以代替介电膜220或在其基础上，在片部件300的导电体层310的Z方向Z2侧赋予介电层。在该情况下，片部件300的导电体层310上的介电层代替介电膜220或在其基础上形成静电传感器。

以上，基于实施例对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例，能够在权利要求书所记载的范围内进行各种变形。

本申请主张在2017年5月8日向日本专利局提出申请的基础申请2017－092604号的优先权，通过参照其全部内容来援引。

附图标记说明

1 换档装置

3 基板

4 操作旋钮

4a 滑块

10 触点式开关

11 触点式开关

20 电极

40 可变电容器

50 控制装置

220 介电膜

300 片部件

301 粘合剂

302 部件

310 导电体层

320 橡胶片

320A 基材层

401 布线

402 布线

501 传感器端子

502 充电端子

Claims (7)

1.一种换档装置，包括：

基板；

操作旋钮，能够在第一方向上在第一位置与第二位置之间位移，所述第二位置比所述第一位置更靠近所述基板；

触点式开关，设于所述基板，在所述操作旋钮处于所述第二位置时接通；

电极，设于所述基板；

弹性片部件，具有在所述第一方向上与所述电极对置的导电体层，在所述第一方向上所述电极与所述导电体层的距离与所述操作旋钮的所述第一位置与所述第二位置之间的位移连动地变化；以及

介电层，以位于所述电极以及所述导电体层之间的方式设于所述电极以及所述导电体层中的至少某一方。

2.如权利要求1所述的换档装置，其中，

所述触点式开关包含橡胶圆顶，所述弹性片部件与所述橡胶圆顶一体地成型。

3.如权利要求1或2所述的换档装置，其中

所述触点式开关设置两个以上，

所述电极位于两个以上的所述触点式开关之间。

4.如权利要求3所述的换档装置，其中，

所述两个以上的所述触点式开关与所述电极在所述基板上沿着第二方向并排地配置，

还包括可动部件，该可动部件在所述第一方向上设于所述操作旋钮与所述基板之间，在从所述第一方向观察时，以与所述两个以上的所述触点式开关以及所述弹性片部件重叠的方式在所述第二方向上延伸，与所述操作旋钮的所述第一位置与所述第二位置之间的位移连动地在所述第一方向上位移。

5.如权利要求1所述的换档装置，其中，

所述弹性片部件的一端固定于所述基板，另一端在所述第一方向上远离所述基板，

所述导电体层设于所述弹性片部件中的至少所述另一端。

6.如权利要求3所述的换档装置，其中，

所述换档装置还包括处理装置，该处理装置基于由所述电极、所述介电层以及所述导电体层形成的电容器的静电电容的状态与所述两个以上的所述触点式开关的状态，利用多数表决的原理，对换档操作输入进行检测。

7.如权利要求3所述的换档装置，其中，

所述换档装置还包括处理装置，该处理装置基于由所述电极、所述介电层以及所述导电体层形成的电容器的静电电容的状态与所述两个以上的所述触点式开关的状态，对所述两个以上的所述触点式开关中的某一个的故障进行检测。

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