CN113483090A - 一种p按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车自动换挡器技术领域，具体是一种P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器。一种P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，包括换挡器壳体，换挡器壳体内设有操纵杆，操纵杆上部设有与之连接的手球总成，手球总成上设有P按钮，操纵杆下部设有磁铁支架，P按钮与磁铁支架连接，磁铁支架侧面设有磁铁，换挡器壳体内设有换挡电路板，换挡电路板上与磁铁对应位置设有3D霍尔传感器。本发明的有益之处：通过手球总成上的P按钮下压安装在操纵杆中的芯杆驱动磁铁支架，通过磁铁位置的改变经过传感器标定，3D霍尔传感器直接通过PWM输出P挡位信号，P信号和其他挡位信号一样可以在4%~96%的占空比区间内由传感器直接以PWM的形式发给TCU。

Description

一种P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器
技术领域
本发明涉及汽车自动换挡器技术领域，具体是一种P按钮置于手球中上的域集成推杆式电子换挡器。
背景技术
目前市场上的域集成电子换挡器作为TCU的一个外设，通过传感器向TCU发送PWM能保证信号传输的可靠性，所以电路板上省去了MCU对于挡位的处理，简化了设计，降低了成本。但是由于TCU给换挡器端预留信号线数量的限制，仅PWM1和PWM2，因此电子换挡器上以按键形式输出的P挡信号只能通过拉低或拉高PWM1和PWM2来实现，没有MCU无法产生PWM波，只能是0%或是100%，而对于传感器来说<4%和>96%这2个区域是用于传感器本身故障诊断的信号的，这样的P挡按钮设计，一方面占用了<4%和>96%故障诊断的通道，无法实现传感器诊断信号的处理，并且可能将故障诊断信号误认为P信号导致出错，另一方面在P挡按钮卡滞的情况下会损伤传感器。
发明内容
为了解决上述现有域集成电子换挡器的P挡信号占用故障诊断的通道和P挡按钮卡滞容易损伤传感器的技术问题，本发明提供一种P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器。
本发明的技术方案如下：
一种P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，包括换挡器壳体，所述换挡器壳体内设有操纵杆，操纵杆上部设有与之连接的手球总成，手球总成上设有P按钮，操纵杆下部设有磁铁支架，P按钮与磁铁支架连接，磁铁支架侧面设有磁铁，换挡器壳体内设有换挡电路板，换挡电路板上与磁铁对应位置设有3D霍尔传感器，按动P按钮，带动磁铁支架动作，通过磁铁与3D霍尔传感器之间的位置变化来实现P挡的PWM输出，其他固定挡位的输出也通过磁铁与3D霍尔传感器的预定位置实现PWM输出。
所述操纵杆内设有芯杆，芯杆上部与P按钮连接，芯杆下部与磁铁支架接触。
所述磁铁支架与操纵杆活动连接，磁铁支架中部设有接触斜面，芯杆下端与接触斜面接触并推动磁铁支架向左位移，带动磁铁向3D霍尔传感器靠拢。
所述磁铁支架通过连接柱与操纵杆活动连接，连接柱与操纵杆之间设有弹簧。
所述操纵杆下部横向贯通形成磁铁支架安装位，磁铁支架安装位两侧贯通形成连接孔，磁铁支架活动安装在磁铁支架安装位内，连接柱活动安装在连接孔内，弹簧套设在连接柱外。
所述磁铁支架左部向上延伸形成限位块，限位块与操纵杆接触并限位。
所述芯杆下端呈半球面，芯杆下端和接触斜面均为光滑面。
所述芯杆与操纵杆之间设有弹簧。
所述换挡电路板下方设有与之连接的信号收集模块，3D霍尔传感器竖直设置在信号收集模块右端面，与之对应位置的磁铁竖直设置在磁铁支架左部。
使用本发明的技术方案，结构新颖，设计巧妙，通过手球总成上的P按钮下压安装在操纵杆中的芯杆驱动磁铁支架，通过磁铁位置的改变经过传感器标定，由于3D霍尔传感器直接通过PWM输出P挡位信号，这样P信号和其他挡位信号一样可以在4%~96%的占空比区间内由传感器直接以PWM的形式发给TCU，而不占用<4%和>96%区域传感器本身的故障诊断输出脉宽，更不会有输出故障PWM信号导致的P信号误触发问题，而且P信号不直接拉低或拉高PWM信号，长时间触发也不会损坏传感器，整体的可靠性更好；本发明设计中使用纯粹的机械形式，成本低，可靠性高，并且P按钮集成于手球总成的形式很容易被大众接受。
附图说明
图1是本发明的外壳结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是本发明的结构剖视图；
图4是本发明的结构剖视图；
图5是本发明的部分结构示意图；
图6是本发明的部分结构示意图；
图7是本发明的挡位设定示意图；
图8是现有非域集成电子换挡器挡位信号处理示意图；
图9是本发明的域集成电子换挡器挡位信号处理示意图；
图10是本发明的挡位分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1~7所示，本发明提供P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，包括换挡器壳体1，所述换挡器壳体1内设有操纵杆2，操纵杆2通过转换块15与换挡器壳体1活动连接，操纵杆2在换挡器壳体1内前后左右顺滑位移，操纵杆2上方设有手球总成3，手球总成3固定安装在操纵杆2上端，手球总成3表面中部设有P按钮4，手球总成3表面中部凹陷形成安装孔，P按钮4活动设置在安装孔内，操纵杆2内设有芯杆9，芯杆9可在操纵杆2内上下位移，芯杆9侧壁设有两道限位环16，限位环16与操纵杆2内壁接触，达到限制芯杆9左右位移的目的，防止芯杆9在操纵杆2内左右晃动进而破坏换挡手感及带来不必要的异响噪音，芯杆9与操纵杆2之间设有弹簧10，芯杆9下部侧壁向外凸起形成凸环17，操纵杆2下端内径变小形成弹簧限位部，弹簧10上端与凸环17接触，弹簧10下端与弹簧限位部接触，弹簧10对芯杆9提供一个向上的回复力，帮助芯杆9在动作后回位，P按钮4固定安装在芯杆9上端，操纵杆2下部设有磁铁支架5，磁铁支架5与操纵杆2活动连接，磁铁支架5通过两根连接柱12与操纵杆2活动连接，操纵杆2下部横向贯通形成磁铁支架安装位，磁铁支架安装位两侧贯通形成连接孔，磁铁支架5横向活动安装在磁铁支架安装位内，连接柱12活动安装在连接孔内，连接柱12与操纵杆2之间设有弹簧10，弹簧10套设在连接柱12外，弹簧10对磁铁支架5提供一个向右的回复力，帮助磁铁支架5在动作后回位，磁铁支架5左部向上延伸形成限位块13，限位块13与操纵杆2接触并限位，限制磁铁支架5在初始状态下向右的位移，磁铁支架5中部上表面设有接触斜面11，芯杆9下端与接触斜面11接触，芯杆9下端呈半球面，芯杆9下端和接触斜面11均为光滑面，保证芯杆9能顺滑带动磁铁支架5动作。
所述换挡器壳体1内横向设有换挡电路板7，换挡电路板7中部开口，操纵杆2穿过开口设置，换挡电路板7下方设有与之连接的信号收集模块14，信号收集模块14上设有3D霍尔传感器8，磁铁支架5上设有磁铁6，3D霍尔传感器8竖直设置在信号收集模块14右端面，磁铁6竖直设置在磁铁支架5左部，磁铁6与3D霍尔传感器8位置对应。
需要挂入P挡时，按动P按钮4，芯杆9带动磁铁支架5动作，推动磁铁支架5向左位移，带动磁铁6向3D霍尔传感器8靠拢，由于磁铁6位置的改变，磁通量也发生变化，3D霍尔传感器8感应到磁通变化后根据预先标定的挡位信息，通过2路PWM进行占空比输出，当释放P按钮4时，磁铁支架5在弹簧10的回复力下往3D霍尔传感器8反方向运动，直到磁铁支架5上的限位块13限位到位，而此时芯杆9在磁铁支架5斜面分力和弹簧10的双重作用力下带动P按钮4进行快速回位，需要切换其他挡位时，拨动手球总成3，带动操纵杆2转动，带动磁铁支架5上的磁铁6转动，通过磁铁6与3D霍尔传感器8之间的位置变化来实现PWM输出，在预定位置实现预设挡位PWM输出。
本发明提供P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器挡位控制系统，3D霍尔传感器8固定安装在换挡电路板7下部，通过操纵杆2带动安装在其下部的磁铁6来感应3D霍尔传感器8，根据磁铁6的不同位置来标定不同挡位，P挡信号通过按动P按钮4带动磁铁6向3D霍尔传感器8靠拢，通过磁铁6与3D霍尔传感器8之间的位置变化来实现P挡的PWM输出，然后直接将挡位信号和P挡信号通过PWM发送给TCU，信号脉宽在常用信号区域，不占用传感器本身的故障诊断脉宽，通过对3D霍尔传感器8进行定义的占空比值的标定，来实现10%-90%区域内的固定挡位的PWM输出。
本发明提供的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器操纵杆2通过2个轴销18将操纵杆2固定在转换块15内，从而实现前后方向的旋转运动。操纵杆2下部活动设置安装有磁铁6的磁铁支架5，通过2根弹簧10将磁铁支架5定位在初始位置，并实现下压后的自动回位。芯杆9置于操纵杆2内部，以传递P按钮4的下压力驱动磁铁支架5往3D霍尔传感器8方向运动，芯杆9下部的弹簧10则置于操纵杆2和芯杆9间，为芯杆9回位提供驱动力。换挡器壳体1分为上换挡支架和下换挡支架，整个换挡操纵杆总成由上换挡支架和下换挡支架固定，实现左右方向的运动，而信号采集模块14也置于其中间，实现磁铁6和3D霍尔传感器8间的挡位信号采集。换挡操纵杆总成通过子弹头总成和齿形板总成的共同作用实现挡位定位和换挡功能，子弹头总成包括子弹头、子弹头弹簧和子弹头衬套。操纵杆2上方设有防尘罩，防尘罩扣到操纵杆2上，面板扣到上换挡支架上，起到装饰作用。手球总成3卡接到操纵杆2上，为操纵提供介质，同时P按钮4置于手球总成3中心位置用于传递下压力。
本发明通过手球总成3上的P按钮4下压安装在操纵杆2中的芯杆9驱动磁铁支架5，通过磁铁6位置的改变经过传感器标定，由于3D霍尔传感器8直接通过PWM输出P挡位信号，这样P信号和其他挡位信号一样可以在4%~96%的占空比区间内由传感器直接以PWM的形式发给TCU，而不占用<4%和>96%区域传感器本身的故障诊断输出脉宽，更不会有输出故障PWM信号导致的P信号误触发问题，而且P信号不直接拉低或拉高PWM信号，长时间触发也不会损坏传感器，整体的可靠性更好；本发明设计中使用纯粹的机械形式，成本低，可靠性高，并且P按钮4集成于手球总成3的形式很容易被大众接受。
如图8所示，现有非域集成电子换挡器对于挡位信号和P挡信号处理主要是通过磁铁6和3D霍尔传感器8感应，3D霍尔传感器8通过采集X，Y，Z方向的磁通量，再经过DSP处理，然后以SPI形式将结果发送给主板上的MCU，MCU根据软件策略解析出当前的位置，并将挡位信号编译成帧的形式通过CAN收发器直接传输到BUS上和TCU进行交互。
由于现有的域集成式电子换挡器P信号都是以开关形式布置的，所以无法直接通过3D霍尔传感器8的PWM传输给TCU，而现有的解决方案是通过拉低或拉高PWM来实现0%和100%占空比的输出，而PWM<4%和>96%的区域是传感器用来输出自身故障诊断的脉宽区间，这样拉低或拉高占用了故障诊断输出的脉宽，两者形成了冲突，传感器发出诊断故障信号时系统可能会误判为入P信号，如果P按钮4长时间处于触发状态，PWM1和PWM2的内部电路非常容易遭到损坏，最终会导致传感器无法工作。
如图9所示，本发明设计中域集成电子换挡器对于挡位信号和P挡信号的处理主要是通过磁铁6和3D霍尔传感器8感应，然后对3D霍尔传感器8的标定然后实时以2路PWM和TCU进行交换。
本发明设计中域集成电子换挡器和现有非域集成电子换挡器的主要区别在于：域集成电子换挡器省去了MCU和CAN收发器，信号以PWM形式输出，而非域集成电子换挡器需要复杂的硬件和软件算法支持，信号以CAN形式输出；对于挡位的解析策略，域集成电子换挡器由TCU来完成，而非域集成电子换挡器由自身来完成。
本发明设计中域集成式电子换挡器的挡位信号采集利用磁铁6和3D霍尔传感器8感应来实现，通过对传感器进行如表一定义的占空比值的标定，来实现10%-90%区域内的固定挡位的PWM输出，输出过程充分考虑PWM上下波动问题（设置±5%的公差）、TCU端的采集误差、周边干扰等问题，在区间内实现多级可调的情况下尽量将挡位间的隔离区域拉大，实现稳定的输出。
Figure 709423DEST_PATH_IMAGE001
表一
具体设定挡位为Home、F2、F1、B1、B2、M、M+、M-和P，另外故障诊断脉宽为现有的<4%和>96%范围值，具体挡位与两路PWM输出值对应如下：
Home挡位下α输出值(PWM1)为50%±5，β输出值(PWM2)为50%±5；
F2挡位下α输出值(PWM1)为86%±5，β输出值(PWM2)为50%±5；
F1挡位下α输出值(PWM1)为68%±5，β输出值(PWM2)为50%±5；
B1挡位下α输出值(PWM1)为32%±5，β输出值(PWM2)为50%±5；
B2挡位下α输出值(PWM1)为14%±5，β输出值(PWM2)为50%±5；
M挡位下α输出值(PWM1)为50%±5，β输出值(PWM2)为86%±5；
M+挡位下α输出值(PWM1)为50%±5，β输出值(PWM2)为68%±5；
M-挡位下α输出值(PWM1)为50%±5，β输出值(PWM2)为32%±5；
P挡位下α输出值(PWM1)为50%±5，β输出值(PWM2)为14%±5。
其中P挡位作为P挡信号的信号输出使用，而其余挡位可根据需求标定。
如图10所示，本发明设计的换挡形式可以将原来在集成在面板上通过硅胶按键和金手指触发的P按钮4移到了手球总成3上，通过P按钮4的一系列机械运动来转化成磁铁6的磁通量变化，从而实现挡位状态的变化，这种变化由3D 霍尔传感器8内部标定产生，不需要外部的强行干预，解决了脉宽介于4%-96%的挡位信号区域，而不占用传感器本身的故障诊断脉宽，提高了可靠性。
应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，包括换挡器壳体（1），其特征在于：所述换挡器壳体（1）内设有操纵杆（2），操纵杆（2）上部设有与之连接的手球总成（3），手球总成（3）上设有P按钮（4），操纵杆（2）下部设有磁铁支架（5），P按钮（4）与磁铁支架（5）连接，磁铁支架（5）侧面设有磁铁（6），换挡器壳体（1）内设有换挡电路板（7），换挡电路板（7）上与磁铁（6）对应位置设有3D霍尔传感器（8），按动P按钮（4），带动磁铁支架（5）动作，通过磁铁（6）与3D霍尔传感器（8）之间的位置变化来实现P挡的PWM输出，其他固定挡位的输出也通过磁铁（6）与3D霍尔传感器（8）的预定位置实现PWM输出。
2.根据权利要求1所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述操纵杆（2）内设有芯杆（9），芯杆（9）上部与P按钮（4）连接，芯杆（9）下部与磁铁支架（5）接触。
3.根据权利要求2所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述磁铁支架（5）与操纵杆（2）活动连接，磁铁支架（5）中部设有接触斜面（11），芯杆（9）下端与接触斜面（11）接触并推动磁铁支架（5）向左位移，带动磁铁（6）向3D霍尔传感器（8）靠拢。
4.根据权利要求3所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述磁铁支架（5）通过连接柱（12）与操纵杆（2）活动连接，连接柱（12）与操纵杆（2）之间设有弹簧（10）。
5.根据权利要求4所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述操纵杆（2）下部横向贯通形成磁铁支架安装位，磁铁支架安装位两侧贯通形成连接孔，磁铁支架（5）活动安装在磁铁支架安装位内，连接柱（12）活动安装在连接孔内，弹簧（10）套设在连接柱（12）外。
6.根据权利要求4所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述磁铁支架（5）左部向上延伸形成限位块（13），限位块（13）与操纵杆（2）接触并限位。
7.根据权利要求3所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述芯杆（9）下端呈半球面，芯杆（9）下端和接触斜面（11）均为光滑面。
8.根据权利要求2所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述芯杆（9）与操纵杆（2）之间设有弹簧（10）。
9.根据权利要求1所述的P按钮置于手球上的域集成推杆式电子换挡器，其特征在于：所述换挡电路板（7）下方设有与之连接的信号收集模块（14），3D霍尔传感器（8）竖直设置在信号收集模块（14）右端面，与之对应位置的磁铁（6）竖直设置在磁铁支架（5）左部。
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