CN114576345A - 传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法 - Google Patents

传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法，所述传感器装置将换档意图传感器及档位传感器集成为一体，具有集成度高、体积小、安装空间小的优势。

Description

传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，具体涉及一种传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法。
背景技术
依据换档时的操作模式，汽车基本上被分为两大类，即手动档汽车和自动档汽车。其中，手动档汽车因油耗低、价格低廉、容易维修等优点而被消费者所青睐。但手动档汽车需要利用脚踩离合器来实现换档，对于不熟练的驾驶者而言，往往由于难以掌握离合器的踩踏时间及踩踏力度而导致汽车熄火等问题。另外，城市道路路况复杂，频繁踩踏离合器进行换档也给驾驶者带来疲劳感。
针对上述问题，博世(BOSCH)、舍弗勒(Schaeffler)等公司提出在手动档汽车上增加电子离合器(electronic clutch system，ECS)，以实现手动档汽车在无需踩踏离合器的情况下进行换档。ECS包括电子离合器执行器，该电子离合器执行器根据驾驶者的换档信息和变速箱的档位信息来控制离合器的接合与脱离，从而实现换档功能，其中，驾驶者的换档意图通过换档意图传感器来检测，而车辆的待切换档位则通过档位传感器检测。现有技术中换档意图传感器安装于换档杆附近，而档位传感器安装于变速箱换向塔上，即换档意图传感器和档位传感器是两个独立的部件，存在集成度低、成本高、安装空间大的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法，将换档意图传感器与档位传感器集成为一体，以达到提高集成度、降低成本，减小安装空间的目的。
为实现上述目的，本发明提供了一种传感器装置，应用于汽车上，包括壳体、第一转轴、第二转轴、第一传感器和第二传感器，所述第一转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一换档杆固定连接；所述第二转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一基座固定连接；所述第一传感器和所述第二传感器均设置在所述壳体内；其中，
所述换档杆用于驱动所述第一转轴自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转；所述第一传感器用于检测所述第一转轴的自转角度，所述第二传感器用于检测所述壳体的旋转角度；所述第一转轴的自转角度用于判断驾驶者是否有换档意图，所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度用于判断车辆的待切换档位信息。
可选地，所述第一转轴的轴线与所述第二转轴的轴线相互平行，且所述第一转轴和所述第二转轴设置在所述壳体的同一侧。
可选地，所述第一传感器和所述第二传感器均为电感式角度传感器；其中，
所述第一传感器包括对应设置的第一线圈和第一感应片，所述第一线圈与所述壳体保持相对静止，所述第一感应片与所述第一转轴连接并与所述第一转轴同步旋转；当所述第一转轴自转时，所述第一线圈产生感应信号；
所述第二传感器包括对应设置的第二线圈和第二感应片，所述第二线圈与所述壳体同步旋转，所述第二感应片与所述第二转轴连接并与所述第二转轴保持相对静止；当所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转时，所述第二线圈产生感应信号。
可选地，还包括信号处理芯片；所述第一线圈和所述第二线圈分别与所述信号处理芯片通信连接，所述信号处理芯片用于对所述第一线圈的感应信号进行处理，以获得所述第一转轴的自转角度，以及对所述第二线圈的感应信号进行处理，以获得所述壳体的旋转角度。
可选地，所述第一线圈包括两个相互独立的第一子线圈，两个所述第一子线圈分别与所述信号处理芯片连接；和/或，所述第二线圈包括两个相互独立的第二子线圈，两个所述第二子线圈分别与所述信号处理芯片通信连接。
为实现上述目的，本发明还提供了一种汽车换档控制系统，包括换档器、基座、控制单元、电子离合器执行器、以及如前任一项所述的传感器装置；
其中，所述换档器包括换档杆，所述换档杆与所述传感器装置的所述第一转轴固定连接；所述基座与所述传感器装置的第二转轴固定连接；所述控制单元的输入端与所述传感器装置的输出端通信连接；所述控制单元的输出端与所述电子离合器执行器的输入端通信连接；
所述汽车换档控制系统被配置为：所述换档杆用于在外力的作用下运动以驱动所述第一转轴自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转，且所述传感器装置获取所述第一转轴的自转角度和所述壳体的旋转角度；所述控制单元根据所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度判断驾驶者的换档意图及待切换档位信息，并控制所述电子离合器执行器执行换档操作。
可选地，当所述换档杆绕第一轴线转动时，所述换档杆驱动所述第一转轴自转；当所述换档杆绕第二轴线转动时，所述换档杆驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转；所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
可选地，所述基座上设有活动孔及活动槽，所述活动槽与所述活动孔连通；所述换档器还包括球头，所述球头与所述换档杆连接，所述球头可活动地设置在所述活动孔中；所述传感器装置的所述第一转轴穿过所述活动槽并与所述球头连接。
可选地，还包括复位弹簧，所述复位弹簧为配置为：当所述换档杆在所述外力的作用下运动而驱动所述第一转轴自转和/或驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线转动时，所述复位弹簧存储弹性势能；取消所述外力时，所述复位弹簧释放所述弹性势能，以使所述换档杆回到初始位置；所述初始位置是指所述换档杆在外力作用下运动前的位置。
为实现上述目的，本发明还提供了一种汽车换档方法，其基于如前所述的汽车换档控制系统，包括：
步骤S1：驾驶者操控所述换档杆运动，以驱动所述第一转轴自转，和/或驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线转动；
步骤S2：所述传感器装置获取所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度，并将所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度发送给所述控制单元；
步骤S3：所述控制单元依据所述第一转轴的自转角度判断驾驶者是否有换档意图；若驾驶者有换档意图，则执行步骤S4，若驾驶者无换档意图，则不换档；
步骤S4：所述控制单元发送指令至所述电子离合器执行器，以使车辆的离合器与变速箱脱离；
步骤S5：所述控制单元依据所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度判断车辆的待切换档位信息，并发送指令至所述电子离合器执行器；
步骤S6：电子离合器执行器完成档位切换；
其中，所述步骤S4和所述步骤S5能够同时进行。
可选地，在一预定水平面上，以空档时所述换档杆在所述一预定水平面上的位置为原点建立坐标系，所述坐标系的X轴与所述第二转轴的轴线平行，所述平面坐标系的Y轴与所述第二转轴的轴线垂直；
所述控制单元根据所述第一转轴的自转角度获取所述换档杆在Y轴上的坐标，并根据所述换档杆在Y轴上的坐标判断驾驶者是否有换档意图；所述控制单元还依据所述壳体的旋转角度获取所述换档杆在X轴上的坐标，并根据换档杆在Y轴和X轴上的坐标共同判断车辆的待切换档位信息。
与现有技术相比，本发明的传感器装置、汽车换档控制系统及换档方法具有如下优点：
前述的传感器装置包括壳体、第一转轴、第二转轴、第一传感器和第二传感器，所述第一转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一换档杆固定连接；所述第二转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一基座固定连接；所述第一传感器和所述第二传感器均设置在所述壳体内；其中，所述换档杆用于驱动所述第一转轴自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转；所述第一传感器用于检测所述第一转轴的自转角度，所述第二传感器用于检测所述壳体的旋转角度；所述第一转轴的自转角度用于判断驾驶者是否有换档意图，所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度用于判断车辆的待切换档位信息。将该传感器装置应用于汽车换档控制系统，该汽车换档控制系统还包括基座、换档杆、控制单元和电子离合器执行器，所述电子离合器执行器用于与控制单元连接，所述控制单元用于与所述传感器装置通信连接，并根据所述第一转轴的自转角度和所述壳体的旋转角度判断驾驶者是否有换档意图及待切换档位信息，当确定驾驶者有换档意图时，控制单元发送指令给电子离合器执行器以执行换档操作。也就是说，本发明提供的传感器装置兼具档位传感器及换档意图传感器的作用，具有集成度高、成本低、安装空间小的优点。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明根据一实施例所提供的传感器装置的外观示意图，图中未示出第一转轴和第二转轴；
图2a是本发明根据一实施例所提供的传感器装置与换档杆连接的示意图；
图2b是本发明根据一实施例所提供的传感器装置与换档杆、基座装配时示意图；
图3是本发明根据一实施例所提供的传感器装置的爆炸示意图；
图4是本发明根据一实施例所提供的传感器装置的PCB板与第一线圈及第二线圈的装配示意图；
图5是本发明根据一实施例所提供的传感器装置的第一感应片的结构示意图；
图6是图5所示的传感器装置的第一感应片与第一转轴的连接关系示意图；
图7a是本发明根据一实施例所提供汽车换档控制系统的局部结构示意图，图中未示出传感器装置的壳体。
图7b是本发明根据一实施例所提供的汽车换档控制系统的局部结构示意图，图中示出了传感器装置的壳体；
图8是本发明根据一实施例所提供的汽车的档位示意图。
[附图标记说明如下]：
100-传感器装置；
110-壳体；
111-第一子壳体，112-第二子壳体，113-转动孔；
120-第一转轴，121-卡接槽；
130-第二转轴；
141-第一线圈，142-第一感应片，143-卡接块；
150-PCB板；
161-第二线圈，162-第二感应片；
200-换档器；
210-换档杆，220-球头；
300-基座，310-活动孔；
400-安装架。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本发明者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本发明的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本发明实施时的弹性。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，复数形式“多个”包括两个以上的对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的核心思想在于提供一种传感器装置，该传感器装置可应用于安装有电子离合器(electronic clutch system，ECS)的手动档汽车。所述传感器装置包括壳体、第一转轴、第二转轴、第一传感器和第二传感器。所述第一转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一换档杆固定连接。所述第二转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一基座固定连接。所述第一传感器和所述第二传感器均设置在所述壳体内。其中，所述换档杆用于驱动所述第一转轴自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转。所述第一传感器用于检测所述第一转轴的自转角度，所述第二传感器用于检测所述壳体的旋转角度。所述第一转轴的自转角度用于判断驾驶者是否有换档意图，所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度用于判断车辆的待切换档位信息。
所述传感器装置安装于手动档汽车上并与电子离合器执行器联合使用，以用于检测驾驶者的换档意图及车辆的待切换档位信息，实现手动档汽车在无需踩踏离合器的情况下进行换档的目的，简化手动档汽车的换档操作，提高驾驶者的舒适度。特别地，本申请将换档意图传感器及档位传感器集成于一体，采用一根线束就可以实现两个传感器与汽车线束的连接，减小了安装空间，降低成本。
进一步地，本发明还提供了一种汽车换档控制系统及换档方法，改善手动档汽车的驾驶体验感。
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
图1示出了所述传感器装置的外观示意图，图2a示出了传感器装置与换档杆的连接关系示意图，图2b示出了传感器装置与换档杆及基座装配时的示意图，图3示出了传感器装置的爆炸示意图。
请参阅图1、图2a、图2b及图3，所述传感器装置100包括壳体110、第一转轴120、第二转轴130、第一传感器及第二传感器。其中，所述第一转轴120的一端与所述壳体110可转动地连接，另一端与一换档杆210固定连接。所述第二转轴130的一端与所述壳体110可转动地连接，另一端与一基座300固定连接。所述第一传感器和所述第二传感器均设置于所述壳体110内。在外力的作用下，所述换档杆210可驱动所述第一转轴120在所述壳体110上自转，以及驱动所述壳体110绕所述第二转轴130的轴线转动。所述第一传感器用于检测所述第一转轴120的自转角度，所述第二传感器用于检测所述壳体110的旋转角度。
实践中，所述传感器装置100用于与一控制单元通信连接，所述控制单元用于与电子离合器执行器通信连接。所述控制单元根据所述第一转轴120的自转角度判断驾驶者是否有换档意图，当确定驾驶者有换档意图后，所述控制单元发送指令至所述电子离合器执行器，以使车辆的离合器脱离。所述控制单元还用于根据第一转轴120的自转角度和/或所述壳体110的旋转角度判断车辆的待切换档位信息，进而发送指令至电子离合器执行器，以使所述电子离合器执行器进行档位切换。本实施例所提供的传感器装置100兼具档位传感器及换档意图传感器的双重作用，具有集成度高、成本低、安装空间小的优势。利用所述传感器装置判断驾驶者的换档意图以及车辆的待切换档位的具体方法将在后文中详细叙述。
本发明实施例对所述第一传感器和所述第二传感器的具体种类不作限定，只要其是角度传感器即可。所述第一传感器和所述第二传感器可分别选自电感式角度传感器、电涡流式角度传感器、霍尔式角度传感器、磁阻式角度传感器、光电式角度传感器中的任一种。作为优选，所述第一传感器和所述第二传感器可均为电感式角度传感器。电感式角度传感器具有较好的电磁兼容性能(Electro-Magnetic Compatibility，EMC)，可适应于各类型的混合动力汽车等电磁干扰较多的车辆。
请继续参阅图1至图3，并结合图4，所述壳体110为拼装式结构，并包括第一子壳体111和第二子壳体112，较佳地，所述第一子壳体111和所述第二子壳体112可拆卸连接，且所述第一子壳体111和所述第二子壳体112之间形成一内腔(图中未标注)。所述第二子壳体112上还设置有两个转动孔113，且两个所述转动孔113的轴线相互平行。所述第一转轴120和所述第二转轴130分别可转动地设置在两个所述转动孔113处，由此，第一转轴120与第二转轴130位于所述壳体110的同一侧，且两者相互平行地布置。
请重点参考图3并结合图4，所述第一传感器包括第一线圈141和第一感应片142，所述第一线圈141和所述第一感应片142均设置在所述壳体110的内腔中，且所述第一感应片142更靠近所述第二子壳体112。所述第一线圈141与所述壳体110保持相对静止，所述第一感应片142与所述第一转轴120连接，并与所述第一转轴120同步旋转。当所述第一转轴120在所述壳体110上自转时，所述第一线圈141产生感应信号。进一步地，所述第一线圈141设置于一PCB板150上，例如在所述PCB板150上刻蚀以形成所述第一线圈141，所述PCB板150设置在所述壳体110的内腔中，并与所述第一子壳体111连接，从而达到所述第一线圈141与所述壳体110保持相对静止的目的。请参考图5及图6，所述第一感应片142上设有卡接块143，所述第一转轴120上设有卡接槽121，所述卡接槽121可为U形结构。所述第一转轴120设有所述卡接槽121的一端插入一个所述转动孔113并与所述第一感应片142的卡接块143卡接。本领域技术人员可理解，本发明对所述第一线圈141和第一感应片142的具体形状没有限制，只要两者之间在发生相对旋转时，所述第一线圈141可产生感应信号即可。
所述第二传感器的设置可与所述第一传感器的设置方式相同，且所述第二传感器与所述第二转轴130的连接方法亦可参考第一传感器与第一转轴120的连接方式。即，所述第二传感器包括第二线圈161和第二感应片162，所述第二线圈161和所述第二感应片162均设置在所述壳体110的内腔中，且所述第二感应片162更靠近所述第二子壳体112。所述第二感应片162上设置有卡接块，所述第二转轴130上设有U形卡接槽，且所述第二转轴130从另一个所述转动孔113处伸入所述壳体110的内腔，并与所述第二感应片162卡接，以使所述第二感应片162与所述第二转轴130保持相对静止。所述第二线圈161设置在所述PCB板150上。这样当所述壳体110绕所述第二转轴130旋转时，所述第二线圈161随所述壳体110同步旋转，以产生感应信号。
此外，在一些实施例中，所述第一子壳体111的外壁上注塑形成有插头(图中未示出)，第一子壳体111的内壁上设置有信号引脚(图中未示出)，所述PCB板150与所述信号引脚可拆卸连接。在另一些实施例中，所述PCB组件160还可注塑于所述第一子壳体111上而与所述第一子壳体111形成一体式结构。本实施例中，所述传感器装置上仅设置有一个插头，使得所述第二传感器和所述第一传感器可通过同一个插座和同一个线束与所述控制单元连接。
进一步地，所述传感器装置100还包括信号处理芯片(图中未示出)，优选所述信号处理芯片焊接于所述PCB板150上。所述第一线圈141与所述第二线圈162分别与所述信号处理芯片通信连接，所述信号处理芯片用于对所述第一线圈141的感应信号进行处理，以得到所述第一转轴120的自转角度，以及用于对所述第二线圈161的感应信号进行处理，以得到所述壳体110的旋转角度。
较佳地，所述第一线圈141包括两个相互独立的第一子线圈，两个所述第一子线圈分别与所述信号处理芯片通信连接，这样两个所述第一子线圈可分别输出所述第一转轴120的自转角度，以便进行相互校正，提高判断准确率。类似地，所述第二线圈161也可包括两个相互独立的第二子线圈，两个相互独立的第二子线圈分别与所述信号处理芯片通信连接。
进一步地，本实施例还提供一种汽车换档控制系统。请返回参考图2a和图2b，所述汽车换档控制系统包括换档器200、基座300、控制单元(图中未示出)、电子离合器执行器(图中未示出)和如前所述的传感器装置100。所述换档器200包括换档杆210，所述换档杆210与所述传感器装置100的所述第一转轴120连接。所述传感器装置100的第二转轴130远离所述壳体110的一端与所述基座300连接，所述基座300固定安装在车辆的驾驶室内。所述控制单元的输入端与所述传感器装置100的输出端通信连接，所述控制单元的输出端与所述电子离合器执行器的输入端通信连接。所述汽车换档控制系统被配置为：所述换档杆210用于在外力的作用下驱动所述第一转轴120在所述壳体110上自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴130的轴线旋转。所述传感器装置100的所述第一传感器获取所述第一转轴120的自转角度，所述传感器装置100的所述第二传感器获取所述壳体110的旋转角度。所述控制单元根据所述第一转轴120的自转角度判断驾驶者的换档意图，以及根据所述第一转轴120的自转角度和/或所述壳体110的旋转角度判断车辆的待切换档位信息，并发送指令给所述电子离合器执行器，所述电子离合器执行器执行换档操作。
请继续参考图2b，所述基座300上设有活动孔310及活动槽(图中未标注)，所述活动槽与所述活动孔310连通。所述换档器200还包括球头220，所述球头220与所述换档杆210的下端连接，且所述球头220可活动地设置在所述活动孔310中。所述传感器装置100的所述第一转轴120穿过所述活动槽与所述球头220连接。这样一来，当所述换档杆210在外力的作用下绕第一轴线转动时，所述第一转轴120可随之进行自转运动，而当所述换档杆210在外力的作用下绕第二轴线转动时，由于杠杆作用，所述第一转轴120带动所述壳体110绕所述第二转轴130的轴线转动，所述第一轴线即为所述第一转轴120的轴线，所述第二轴线垂直于所述第一转轴120。
可选地，如图7所示，所述汽车换档控制系统还包括安装架400，所述安装架400可为三角形结构，所述传感器装置100的所述壳体110与所述安装架400固定连接，所述第一转轴120和所述第二转轴130分别穿过所述安装架400后与所述壳体110可转动地连接。
进一步地，所述汽车换档控制系统还包括复位弹性件(图中未示出)，所述复位弹性件被配置为：所述换档杆210在外力作用下运动以驱动所述第一转轴120自转和/或所述壳体110绕所述第二转轴130的轴线旋转时，所述复位弹性件存储弹性势能；取消所述外力时，所述复位弹性件释放所述弹性势能，以使所述换档杆210回到初始位置。这里所述的“初始位置”是指所述换档杆210在外力作用下运动前的位置。这样一来，每次操控换档杆210运动前，所述换档杆210都处在同一位置，方便通过所述第一转轴120的自转角度和/或所述壳体110的旋转角度判断换档意图以及车辆的待切换档位。本实例中，所述复位弹性件可为包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧可设置在所述第一转轴120与所述安装架400之间，所述第二弹簧可设置在所述第二转轴120与所述安装架400之间。实际上，所述复位弹性件的具体设置位置是本领域技术人员可以根据实际需要确定的，只要其能够使换档杆210在偏离空档位置之后，再恢复至空档位置即可，因此本发明中对所述复位弹性件的具体位置不作限定。
接着，本文将详细介绍所述汽车换档控制系统的换档方法。
图8示出了一个手动档汽车的档位示意图，该档位示意图一般设置在所述换档杆210的顶部。请参考图8，图示中包括七个档位，其中一个为空档，其余五个为在档档位。如图8所示，六个在档档位分别为R档(倒档)、1档、2档、3档、4档及5档。以车辆的前后方向为第一方向，以车辆的左右方向为第二方向，按照通常情况下车辆上换档杆的安装方位，R档、1档档位、3档档位及5档档位沿第二方向排成一行，2档档位和4档档位沿第二方向排成另一行；1档档位及2档档位沿第一方向排成一列，3档档位、空档档位及4档档位沿第一方向排成一列。此时，所述第二转轴130垂直于第一方向布置。
以该档位示意图为例，选定一个水平面，并以空档时车辆的换档杆210(通常情况下，当车辆处于空档时，换档杆210沿竖直方向布置)在该水平面上的位置为原点建立一坐标系，所述坐标系的X轴沿所述第二方向延伸，所述坐标系的Y轴沿所述第一方向延伸。这样，当所述换档杆210在外力的作用下绕X轴转动(即换档杆210在前后方向摆动)时可驱动所述第一转轴120自转，当所述换档杆210在外力的作用下绕Y轴转动(即换档杆210在左右方向摆动)时可驱动所述壳体110绕所述第二转轴130旋转，取消外力时，所述换档杆210回到空档位置。
请继续参考图8，在所述坐标系中，定义空档档位的坐标为(0,0)，R档档位的坐标为(-2a，b)，1档档位的坐标为(-a，b)，2档档位的坐标为(-a，-b)，3档档位的坐标为(0，b)，4档档位的坐标为(0，-b)，5档档位的坐标为(a，b)。请继续参考图7并结合图2b，当所述换档杆210从空档运动至所述R档时，所述换档杆210绕所述X轴旋转θ角度，以及绕Y轴旋转-2α角度，也就是说此时所述第一转轴120自转θ角度，所述壳体110旋转-2α角度。类似地，当所述换档杆210从空档运动至1档时，所述第一转轴120自转θ角度，所述壳体110旋转-α角度。当所述换档杆210从空档运动至2档时，所述第一转轴120自转-θ角度，所述壳体110旋转-α角度。当所述换档杆210从空档运动至3档时，所述第一转轴120自转θ角度。当所述换档杆210从空档运动至4档时，所述第一转轴120自转-θ角度。当所述换档杆210从空档运动至5档时，所述第一转轴120自转θ角度，所述壳体110旋转α角度。由此可建立各档位及换档杆在坐标系中的位置与所述第一转轴120的自转角度及所述壳体110的旋转角度之间的对应关系，进而可确定操作者是否有换档意图，以及车辆的待切换档位信息。
更为详细地，所述控制单元中还用于将所述第一转轴120的自转角度以及所述壳体110的旋转角度换算为所述换档杆210在所述坐标系中的坐标，以便于判断操作者是否有换档意图以及车辆的待切换档位信息。本实施例中，所述控制单元中可预存有一Y方向的变化量阈值ΔY，且0<ΔY≤b，以及一Y方向的参考阈值Y0，且0<Y0≤b。
在一个实施例中，当驾驶者仅操控所述换档杆210绕X轴旋转时，所述传感器装置中第一转轴120自转。所述控制单元根据第一转轴120的自转角度换算换档杆210在所述坐标系中的Y方向的坐标Y1，当某一时刻控制单元判断|Y1|大于ΔY时，可判定驾驶者具有换档意图，此时所述控制单元发送指令给所述离合器执行器，以使离合器与变速箱脱离。当某一时刻，控制单元判断Y1>Y0时，控制单元可判定车辆的待切换档位为3档，或者某一时刻，控制单元判断Y1<-Y0时，控制单元可判定车辆的待切换档位为4档。
在另一实施例中，当驾驶者操控换档杆210执行两个阶段的运动，其一是绕Y轴转动，其二是绕X轴转动，例如先绕Y轴旋转，再绕X轴旋转，则在所述传感器装置100中，所述壳体110先绕所述第二转轴130的轴线旋转，所述第一转轴120再自转。所述控制单元根据所述壳体110的旋转角度换算为所述换档杆210在所述坐标系中X方向的坐标，以及将所述第一转轴120的自转角度换算所述换档杆210在所述坐标系中Y方向的坐标。若换档杆210绕Y轴转动结束时，所述换档杆210在坐标系X方向上的坐标为-a，且在所述换档杆210绕X轴转动过程中的某一时刻，所述换档杆210在Y方向上的坐标小于-Y0时，所述控制单元可判定车辆的待切换档位为2档。当驾驶者操控所述换档杆210运动的角度为其他值时，可参考上述的方法判断车辆的待切换档位信息，此处不再赘述。
本领域技术人员可理解，在替代性实施例中，所述控制单元也可不将所述第一转轴120的自转角度及所述壳体110的旋转角度换算为所述换档杆210在所述坐标系中的坐标。即，所述控制单元直接根据所述第一转轴120的旋转角度判断驾驶者的换档意图，以及根据第一转轴120的自转角度和/或壳体110的旋转角度判断车辆的待切换档位，此外，所述控制单元中预存的为角度的变化阈值，及角度的参考阈值。
此外，本领域技术人员还可理解，前述的a、b、ΔY、Y0，以及θ、α等都是根据实际需要设定的数值。以及，为使所述换档杆210在所述坐标系内的坐标随换档杆210的运动而发生变化，坐标系原点所在的水平面因位于所述球头220的上方。
进一步地，本发明实施例还提供了一种基于前述汽车换档控制系统的换档方法，包括：
步骤S1：驾驶者操控所述换档杆运动，以驱动所述第一转轴自转，和/或驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线转动；
步骤S2：所述传感器装置获取所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度，并将所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度发送给所述控制单元；
步骤S3：所述控制单元依据所述第一转轴的自转角度判断驾驶者是否有换档意图；若驾驶者有换档意图，则执行步骤S4，若驾驶者无换档意图，则不换档；
步骤S4：所述控制单元发送指令至所述电子离合器执行器，以使车辆的离合器与变速箱脱离；
步骤S5：所述控制单元依据所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度判断车辆的待切换档位信息，并发送指令至所述电子离合器执行器。
步骤S6：所述电子离合器执行器进行档位切换。
其中，所述步骤S4和所述步骤S5能够同时进行。
本实施例中，在一预定的水平面上，以空档时所述换档杆在所述预定水平面上的位置为原点建立坐标系，所述坐标系的X轴与所述第二转轴的轴线平行，所述坐标系的Y轴与所述第二转轴的轴线垂直。所述控制单元将所述第一转轴的自转角度换算所述换档杆在Y轴上的坐标，并根据所述换档杆在Y轴上的坐标判断驾驶者是否有换档意图；所述控制单元还将所述壳体的旋转角度换算所述换档杆在X轴上的坐标，并根据换档杆在Y轴的坐标以及在X轴的坐标共同判断车辆的待切换档位信息。具体的换算方法可参考前文的介绍，此处不再赘述。
虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种传感器装置，应用于汽车上，其特征在于，包括壳体、第一转轴、第二转轴、第一传感器和第二传感器，所述第一转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一换档杆固定连接；所述第二转轴的一端与所述壳体可转动地连接、另一端与一基座固定连接；所述第一传感器和所述第二传感器均设置在所述壳体内；其中，
所述换档杆用于驱动所述第一转轴自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转；所述第一传感器用于检测所述第一转轴的自转角度，所述第二传感器用于检测所述壳体的旋转角度；所述第一转轴的自转角度用于判断驾驶者是否有换档意图，所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度用于判断车辆的待切换档位信息。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一转轴的轴线与所述第二转轴的轴线相互平行，且所述第一转轴和所述第二转轴设置在所述壳体的同一侧。
3.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述第一传感器和所述第二传感器均为电感式角度传感器；其中，
所述第一传感器包括对应设置的第一线圈和第一感应片，所述第一线圈与所述壳体保持相对静止，所述第一感应片与所述第一转轴连接并与所述第一转轴同步旋转；当所述第一转轴自转时，所述第一线圈产生感应信号；
所述第二传感器包括对应设置的第二线圈和第二感应片，所述第二线圈与所述壳体同步旋转，所述第二感应片与所述第二转轴连接并与所述第二转轴保持相对静止；当所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转时，所述第二线圈产生感应信号。
4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于，还包括信号处理芯片；所述第一线圈和所述第二线圈分别与所述信号处理芯片通信连接，所述信号处理芯片用于对所述第一线圈的感应信号进行处理，以获得所述第一转轴的自转角度，以及对所述第二线圈的感应信号进行处理，以获得所述壳体的旋转角度。
5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于，所述第一线圈包括两个相互独立的第一子线圈，两个所述第一子线圈分别与所述信号处理芯片连接；和/或，所述第二线圈包括两个相互独立的第二子线圈，两个所述第二子线圈分别与所述信号处理芯片通信连接。
6.一种汽车换档控制系统，其特征在于，包括换档器、基座、控制单元、电子离合器执行器、以及如权利要求1-5中任一项所述的传感器装置；
其中，所述换档器包括换档杆，所述换档杆与所述传感器装置的所述第一转轴固定连接；所述基座与所述传感器装置的第二转轴固定连接；所述控制单元的输入端与所述传感器装置的输出端通信连接；所述控制单元的输出端与所述电子离合器执行器的输入端通信连接；
所述汽车换档控制系统被配置为：所述换档杆用于在外力的作用下运动以驱动所述第一转轴自转，以及驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转，且所述传感器装置获取所述第一转轴的自转角度和所述壳体的旋转角度；所述控制单元根据所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度判断驾驶者的换档意图及待切换档位信息，并控制所述电子离合器执行器执行换档操作。
7.根据权利要求6所述的汽车换档控制系统，其特征在于，当所述换档杆绕第一轴线转动时，所述换档杆驱动所述第一转轴自转；当所述换档杆绕第二轴线转动时，所述换档杆驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线旋转；所述第一轴线垂直于所述第二轴线。
8.根据权利要求7所述的汽车换档控制系统，其特征在于，所述基座上设有活动孔及活动槽，所述活动槽与所述活动孔连通；所述换档器还包括球头，所述球头与所述换档杆连接，所述球头可活动地设置在所述活动孔中；所述传感器装置的所述第一转轴穿过所述活动槽并与所述球头连接。
9.根据权利要求6所述的汽车换档控制系统，其特征在于，还包括复位弹簧，所述复位弹簧为配置为：当所述换档杆在所述外力的作用下运动而驱动所述第一转轴自转和/或驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线转动时，所述复位弹簧存储弹性势能；取消所述外力时，所述复位弹簧释放所述弹性势能，以使所述换档杆回到初始位置；所述初始位置是指所述换档杆在外力作用下运动前的位置。
10.一种汽车换档方法，其基于权利要求6-9中任一项所述的汽车换档控制系统，其特征在于，包括：
步骤S1：驾驶者操控所述换档杆运动，以驱动所述第一转轴自转，和/或驱动所述壳体绕所述第二转轴的轴线转动；
步骤S2：所述传感器装置获取所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度，并将所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度发送给所述控制单元；
步骤S3：所述控制单元依据所述第一转轴的自转角度判断驾驶者是否有换档意图；若驾驶者有换档意图，则执行步骤S4，若驾驶者无换档意图，则不换档；
步骤S4：所述控制单元发送指令至所述电子离合器执行器，以使车辆的离合器与变速箱脱离；
步骤S5：所述控制单元依据所述第一转轴的自转角度和/或所述壳体的旋转角度判断车辆的待切换档位信息，并发送指令至所述电子离合器执行器；
步骤S6：电子离合器执行器完成档位切换；
其中，所述步骤S4和所述步骤S5能够同时进行。
11.根据权利要求10所述的汽车换档方法，其特征在于，在一预定水平面上，以空档时所述换档杆在所述一预定水平面上的位置为原点建立坐标系，所述坐标系的X轴与所述第二转轴的轴线平行，所述平面坐标系的Y轴与所述第二转轴的轴线垂直；
所述控制单元根据所述第一转轴的自转角度获取所述换档杆在Y轴上的坐标，并根据所述换档杆在Y轴上的坐标判断驾驶者是否有换档意图；所述控制单元还依据所述壳体的旋转角度获取所述换档杆在X轴上的坐标，并根据换档杆在Y轴和X轴上的坐标共同判断车辆的待切换档位信息。
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