CN113124143B - 一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成，包括下壳和上壳，所述下壳内固定安装有主控板，主控板上安装有旋转霍尔元件；所述上壳内固定安装有支座体，所述支座体内固定安装有挡位块，所述挡位块内侧设置有挡位齿形，所述支座体内还转动安装有感应轮，所述感应轮的外侧具有外齿，所述感应轮正对旋转霍尔元件固定安装有永磁体；所述支座体内转动安装有挡位轮，所述挡位轮的外侧固定安装有外齿，所述挡位轮的外齿和感应轮的外齿啮合，所述挡位轮的两端设置有顶针盲孔，所述顶针盲孔内安装有顶针弹簧和顶针，所述顶针与挡位齿形配合，所述旋钮穿过上壳通过储力机构带动挡位轮转动。本发明具有减少机构报错的几率，提高驾驶安全性的优点。

Description

一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成

技术领域

本发明涉及电子换挡器技术领域，特别是涉及一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成。

背景技术

随着电子技术在汽车领域的飞速发展，现今汽车上越来越多的使用电子控制***替代原有的机械控制单元，例如换挡器、执行器、驻车等等，这些电子机构也替换了以前体积硕大、笨重的机械机构，体积越来越小、重量越来越轻，操作越来越简单，使现今汽车快速向智能化推进。

在这些电子机构中，数换挡机构的变化最大、最广。

以前的换挡器受机械传动控制的限制，无论换挡器安装在哪里，如地板上、前仪表板支架上、方向盘下部的组合开关上等，均采用了挡杆操作形式。

现今电控单元的推广，以前都不敢想象的旋钮式换挡器诞生了。由于换挡方式简单，跟家里的风扇等采用旋钮操作的机构一样；换挡力轻巧，即使力气较小的女士都可以轻松驾驭，很快就得到了市场的认可，至今，已经发展到第二代产品了。

旋钮换挡器是通过换挡时，驾驶员转动旋钮，旋钮通过咬合齿形带动挡位轮旋转，在挡位轮上安装了顶针弹簧和顶针，在顶针对应支座体上设计了对应的换挡齿形，通过与顶针、顶针弹簧、挡位轮的配合使用，实现换挡手感。在挡位轮上设计有齿轮结构，挡位轮旋转时同时带动感应轮旋转，感应轮上同样设计了齿轮结构，这样安装在感应轮上的永磁体就会随感应轮一起旋转，永磁体旋转时会使磁场发生改变，在永磁体对应位置的主控板总成上布置了旋转霍尔元件，霍尔元件会去感应永磁体引起的磁场变化，并输出这个变化角度，实现换挡信号的输出。

如图1所示，由于采用较小的换挡力，约5N至8N，考虑到换挡噪音问题，换挡挡位块的齿形1齿尖高度就不大，挡位块均采用塑料材料制造。塑料材料在制造时，当出现尖点结构时，注塑时会自动产生圆角现象，也就是R圆角，考虑到换挡过程顺滑，这个R圆角也是需要存在的。换挡时，顶针在齿根2时开始爬坡，这个时候的换挡力等于爬坡阻力加上摩擦阻力，这个换挡力可以被感觉到；当顶针运动过程中，换挡力会越来越小，当运动到这个R圆角最高点时，换挡力就没有了，剩下的就是摩擦阻力，加之顶针弹簧4受压后力值较大，再加之材料之间会产生摩擦力，所以当施加的换挡力与换挡摩擦力接近时，顶针就会在齿形的尖点3停留、站住，形成换挡过程死点现象。当出现这个现象的时候，机构的中央处理器无法判别具体的挡位，会引起换挡挡位输出错误，引起中央处理器误判换挡挡位失效，从而引起汽车操控失效，严重的，引起交通事故。所以这个R圆角不能没有，做多大合适是现今挡位块齿形设计的一大难点。

如果有一个自动产生的沿换挡方向的推力，当顶针运动到齿形尖点，换挡爬坡角度结束，剩下的就只是摩擦力，摩檫力通常很小，这个自动产生的向前推的力只要比摩擦力大，可以继续推动顶针继续运动，就不会出现死点现象。

当换挡过程中出现换挡死点现象，换挡器上的微型中央处理器无法识别、判断旋转霍尔元件发送来的角度信号，就会断定挡位故障，并将故障信号发送给汽车，当汽车上的中央处理器接收到这个挡位故障信号时，就会做出相应的一系列不受驾驶员操控的整车自动控制，例如接管驾驶员的加速器(油门)操作权，同时发出整车故障信号闪烁灯光，打开应急车灯，然后实施紧急制动等等。

中央处理器的这些紧急处理方式都是预先设定的保护车上乘坐人员的措施，当这一换挡死点现象发生时，车辆行驶在城区道路上，车速不快的情况下 (小于60迈)，结果会好些，车上的乘坐人员会因为紧急制动受到惊吓，并发生车辆擦挂交通事故，但如果是发生在高速路上，车速很快(大于100迈)的情况下，后果就很严重了。

虽然市面上的第二代旋钮换挡器在电器上针对这种换挡死点现象这个弊端做出了许多次改进，例如刚刚上市不久的长城大狗SUV等车型，针对这个换挡死点现象做出了采用无级换挡模式、换挡延时及旋钮增加配重等等改进，使换挡模糊化，增加容错度，但至今针对换挡死点这一弊端都没有得到最根本的解决。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本专利申请所要解决的技术问题是如何提供一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成，减少机构报错的几率，提高驾驶安全性，降低了交通事故的发生，从而降低了质量成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成，包括下壳和上壳，所述下壳内固定安装有主控板，所述主控板上安装有旋转霍尔元件，所述主控板上安装有与旋转霍尔元件信号连接的MCU(微型中央处理器)；

所述上壳与下壳固定连接，所述上壳上贯穿设置有允许旋钮穿过的穿孔；

所述上壳内固定安装有支座体，所述支座体内固定安装有挡位块，所述挡位块内侧设置有挡位齿形，所述支座体内还转动安装有感应轮，所述感应轮的外侧具有外齿，所述感应轮正对旋转霍尔元件固定安装有永磁体；

所述支座体内转动安装有挡位轮，所述挡位轮的外侧固定安装有外齿，所述挡位轮的外齿和感应轮的外齿啮合，所述挡位轮的两端设置有顶针盲孔，所述顶针盲孔内安装有顶针弹簧和顶针，所述顶针与挡位齿形配合，所述旋钮穿过穿孔通过储力机构带动挡位轮转动。

作为优化，所述储力机构包括储力盘，所述储力盘与旋钮固定连接，所述储力盘通过储力元件与挡位轮连接，所述挡位轮上设置有安装孔，所述储力元件位于所述安装孔内；

所述储力元件包括储力块和储力簧，所述储力块呈T形，所述储力块的上端位于挡位轮上方，所述储力块的下端位于所述安装孔内，所述储力块与储力盘固定连接，

所述储力块上设置有安装槽，所述储力簧位于所述安装槽内，所述储力簧的两侧位于安装槽外侧，所述安装孔正对储力簧的两侧设置有容纳槽。

作为优化，所述储力盘上固定安装有挡块，所述旋钮的下端正对挡块开设有与挡块匹配的缺口。

作为优化，所述储力元件设置有两个且设置在挡位轮相对的两侧。

作为优化，所述安装槽相对的两端凸出设置有安装块，所述储力簧的两端位于安装块外侧。

作为优化，所述储力块的上端固定安装有卡块，所述储力盘上设置有与卡块匹配的卡槽。

综上，本换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成具有以下有益效果：

1、本发明将旋钮换挡器的换挡力进行了详细分解，并阐述了旋钮换挡器上关键零件设计、制造难点，根本上解决了换挡死点这一弊端；

2、本发明在旋钮启动时增加了启动距离、停止时增加了制动距离，储力盘的位移是固定的(这个位移可以根据实际要求调整)，不在受停止时的质量惯性和到位不固定的影响，控制电路不再需要自学习功能和提前停止的要求，控制电器功能要求减少、降低；

3、本发明分解了执行负载，增加了启动行程，降低了执行器上辅料润滑脂的要求；

4、整体上降低了换挡器的加工制造成本。

附图说明

图1为本发明背景技术公开的换挡挡位块的齿形与顶针和顶针弹簧的示意图。

图2为本发明所述的一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成的结构示意图。

图3为图2去掉上壳和下壳之后的另一个方位的示意图。

图4为旋钮、储力盘、储力元件的连接图。

图5为储力元件的轴测图。

图6为储力盘的轴测图。

图7为图3去掉主控板后的轴测图。

图8为挡位块与顶针和顶针弹簧的轴测图。

图9为图7去掉支座体之后的示意图。

图10为挡位轮与储力元件的连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“上、下”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

如图2-10所示，一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成，包括下壳5和上壳6，所述下壳内固定安装有主控板7，所述主控板上安装有旋转霍尔元件28，所述主控板上安装有与旋转霍尔元件信号连接的MCU；

所述上壳与下壳固定连接，所述上壳上贯穿设置有允许旋钮穿过的穿孔；

所述上壳内固定安装有支座体9，所述支座体内固定安装有挡位块10，所述挡位块内侧设置有挡位齿形11，所述支座体内还转动安装有感应轮12，所述感应轮的外侧具有外齿，所述感应轮正对旋转霍尔元件固定安装有永磁体；

所述支座体内转动安装有挡位轮13，所述挡位轮的外侧固定安装有外齿，所述挡位轮的外齿和感应轮的外齿啮合，所述挡位轮的两端设置有顶针盲孔，所述顶针盲孔内安装有顶针弹簧14和顶针15，所述顶针与挡位齿形配合，所述旋钮16穿过穿孔通过储力机构带动挡位轮转动。

本实施例中，所述储力机构包括储力盘17，所述储力盘与旋钮固定连接，所述储力盘通过储力元件8与挡位轮连接，所述挡位轮上设置有安装孔18，所述储力元件位于所述安装孔内；

所述储力元件包括储力块19和储力簧20，所述储力块呈T形，所述储力块的上端位于挡位轮上方，所述储力块的下端位于所述安装孔内，所述储力块与储力盘固定连接，

所述储力块上设置有安装槽，所述储力簧位于所述安装槽内，所述储力簧的两侧位于安装槽外侧，所述安装孔正对储力簧的两侧设置有容纳槽22。

本实施例中，所述储力盘上固定安装有挡块23，所述旋钮的下端正对挡块开设有与挡块匹配的缺口。

本实施例中，所述储力元件设置有两个且设置在挡位轮相对的两侧。

本实施例中，所述安装槽相对的两端凸出设置有安装块25，所述储力簧的两端位于安装块外侧。

本实施例中，所述储力块的上端固定安装有卡块26，所述储力盘上设置有与卡块匹配的卡槽27。

原理：

转动旋钮，旋钮绕着支座体中心旋转时，不是直接带动的挡位轮，而是带动储力盘绕支座体中心旋转(也可以直接带动储力块，这需要根据产品结构决定)，储力盘再带动2件储力块，储力块安装在挡位轮上，通过2件储力簧与挡位轮连接，储力簧的释放力仅大于换挡摩擦阻力。换当时，旋转旋钮，带动储力盘、储力块，储力块再压缩储力簧压缩储力，由于换挡力大于摩擦阻力，所以储力簧压缩储力后在带动挡位轮运动。在挡位轮上安装了2件顶针弹簧和2 件顶针，它们与安装在支座体上的挡位块配合使用，使旋钮在换挡时有明显的挡位感，当顶针运动到挡位块上的挡位齿齿顶时，换挡阻力消失，储力簧的储力开始释放，由于这个释放力大于换挡摩擦阻力，释放力会继续推动挡位轮沿换挡方向运动，从而使装在挡位轮上的顶针快速迈过死点，进入下一个挡位位置。

挡位轮在旋转时，换挡轮上的外齿同时带动与之配合的感应轮组件旋转，感应轮组件上布置了永磁体，永磁体正好对正下方主控板上布置的旋转霍尔元件，旋转霍尔元件会采集永磁体的旋转角度发送给主控板上的MCU(微型中央处理器)，MCU会将接收到的角度信号转换成挡位信号发送给汽车，实现换挡。

最后应说明的是：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统计数的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (1)

1.一种换挡无死点的电子旋钮换挡机构总成，其特征在于，包括下壳和上壳，所述下壳内固定安装有主控板，所述主控板上安装有旋转霍尔元件，所述主控板上安装有与旋转霍尔元件信号连接的MCU；

所述上壳与下壳固定连接，所述上壳上贯穿设置有允许旋钮穿过的穿孔；

所述上壳内固定安装有支座体，所述支座体内固定安装有挡位块，所述挡位块内侧设置有挡位齿形，所述支座体内还转动安装有感应轮，所述感应轮的外侧具有外齿，所述感应轮正对旋转霍尔元件固定安装有永磁体；

所述支座体内转动安装有挡位轮，所述挡位轮的外侧固定安装有外齿，所述挡位轮的外齿和感应轮的外齿啮合，所述挡位轮的两端设置有顶针盲孔，所述顶针盲孔内安装有顶针弹簧和顶针，所述顶针与挡位齿形配合，所述旋钮穿过穿孔通过储力机构带动挡位轮转动；

所述储力机构包括储力盘，所述储力盘与旋钮固定连接，所述储力盘通过储力元件与挡位轮连接，所述挡位轮上设置有安装孔，所述储力元件位于所述安装孔内；

所述储力元件包括储力块和储力簧，所述储力块呈T形，所述储力块的上端位于挡位轮上方，所述储力块的下端位于所述安装孔内，所述储力块与储力盘固定连接，

所述储力块上设置有安装槽，所述储力簧位于所述安装槽内，所述储力簧的两侧位于安装槽外侧，所述安装孔正对储力簧的两侧设置有容纳槽；

所述储力盘上固定安装有挡块，所述旋钮的下端正对挡块开设有与挡块匹配的缺口；所述储力元件设置有两个且设置在挡位轮相对的两侧；所述安装槽相对的两端凸出设置有安装块，所述储力簧的两端位于安装块外侧；所述储力块的上端固定安装有卡块，所述储力盘上设置有与卡块匹配的卡槽。

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