挡位开关、换挡机构及具有该换挡机构的车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种挡位开关，包括：换挡拨块，换挡拨块适于安装在换挡轴上；磁钢，磁钢固定在换挡拨块上；壳体，壳体设置在磁钢的上方；设置在壳体内的第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器，第一线性霍尔传感器用于感应磁钢随所述换挡拨块沿换挡轴的轴向运动时的磁场变化，并生成第一电压信号，第二线性霍尔传感器用于感应磁钢随换挡拨块旋转时的磁场变化，并生成第二电压信号。根据本发明实施例的挡位开关，可以精确地判断出挡位状态以及当前挡位。本发明还提出了一种换挡机构及具有该换挡机构的车辆。
【专利说明】挡位开关、换挡机构及具有该换挡机构的车辆
【技术领域】
[0001] 本发明涉及汽车【技术领域】，特别涉及一种挡位开关、换挡机构及具有该换挡机构 的车辆。
【背景技术】
[0002] 相关技术中，汽车机械式变速器的挡位开关，利用开关式霍尔传感器实现挡位状 态（即空挡、在挡）的检测。
[0003] 然而，相关技术中的汽车机械式变速器的挡位开关存在以下缺点：仅可以检测出 车辆的在挡状态与空挡状态，不能够检测出具体的挡位，即只能够检测出在挡状态还是空 挡状态，而前进挡和倒挡均为在挡状态，并且前进挡包括诸如1挡、2挡、3挡、4挡等多个挡 位，当处于在挡状态下时，由于存在多个挡位，相关技术中的汽车机械式变速器的挡位开关 无法检测出当前挡位为几挡，影响车辆的驾驶体验。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种挡位开关，该挡位开关可以准确地判断出 挡位状态以及当前挡位。
[0006] 本发明的另一个目的在于提出一种换挡机构。
[0007] 本发明的再一个目的在于提出一种车辆。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的第一方面的实施例公开了一种挡位开关，包括：换挡 拨块，所述换挡拨块适于安装在换挡轴上；磁钢，所述磁钢固定在所述换挡拨块上；壳体， 所述壳体设置在所述磁钢的上方；以及设置在所述壳体内的第一线性霍尔传感器和第二线 性霍尔传感器，所述第一线性霍尔传感器用于感应所述磁钢随所述换挡拨块沿所述换挡轴 的轴向运动时的磁场变化，并生成第一电压信号，所述第二线性霍尔传感器用于感应所述 磁钢随所述换挡拨块旋转时的磁场变化，并生成第二电压信号。
[0009] 根据本发明实施例的挡位开关，在磁钢随换挡拨块沿换挡轴的轴向运动时，第一 线性霍尔传感器可感应到上述轴向上的磁场变化，并随磁场变化产生电压值变化的第一电 压信号，在磁钢随换挡拨块旋转时，第二线性霍尔传感器可感应到上述旋转方向磁场变化， 并随磁场变化产生电压值变化的第二电压信号，由于磁钢在不同位置时，第一电压信号和 第二电压信号中的至少一个发生变化，也就是说，不同位置对应不同的第一电压信号和第 二电压信号，因此，本发明实施例的挡位开关可通过第一电压信号和第二电压信号反映出 换挡拨块的位置，进而在实际应用中，可以准确地反映出挡位状态和当前的挡位。
[0010] 另外，根据本发明实施例的挡位开关还可以具有如下附加的技术特征：
[0011] 在一些示例中，还包括：处理器，所述处理器分别与所述第一线性霍尔传感器和所 述第二线性霍尔传感器相连，以根据所述第一电压信号和所述第二电压信号判断挡位状态 和当前挡位。
[0012] 在一些示例中，所述磁钢为圆孔型磁钢。
[0013] 在一些示例中，所述第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器设置在所述壳体 的底部。
[0014] 在一些示例中，所述换挡拨块具有与所述换挡轴相适配的换挡轴安装孔，所述换 挡轴设置在所述换挡轴安装孔内。
[0015] 本发明第二方面的实施例公开了一种换挡机构，包括：变速箱，所述变速箱包括变 速器壳体和换挡轴；挡位开关，所述挡位开关为根据上述任意一个实施例所述的挡位开关， 所述壳体安装在所述变速器壳体上，所述换挡拨块固定在所述换挡轴上。
[0016] 根据本发明实施例的换挡机构，换挡轴动作进行换挡时，磁钢随换挡拨块与换挡 轴一同运动，从而，第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器中的至少一个感应到磁场 变化，从而得到不同的第一电压信号和第二电压信号，这样，第一电压信号和第二电压信号 可反映出挡位情况，例如挡位状态和当前的挡位。因此，本发明实施例的换挡机构可以准确 地判断出当前挡位情况，进而能够了解车辆运行状态，提升车辆的驾驶体验。
[0017] 另外，根据本发明上述实施例的换挡机构还可以具有如下附加的技术特征：
[0018] 在一些示例中，所述第一线性霍尔传感器的感应面与所述换挡轴的轴向垂直，所 述第二线性霍尔传感器的感应面与所述第一线性霍尔传感器的感应面垂直。
[0019] 本发明第三方面的实施例公开了一种车辆，包括：根据上述任意一个实施例所述 的换挡机构。
[0020] 根据本发明实施例的车辆，可以准确地判断出当前挡位情况，进而能够了解车辆 运行状态，提升车辆的驾驶体验。
[0021] 另外，根据本发明实施例的车辆还可以具有如下附加的技术特征：
[0022] 在一些示例中，还包括：倒车灯；倒车灯驱动电路，所述倒车灯驱动电路根据所述 第一线性霍尔传感器输出的第一电压信号和所述第二线性霍尔传感器输出的第二电压信 号判断车辆的挡位是否为倒挡，并在判断为倒挡时，驱动所述倒车灯点亮。
[0023] 在一些示例中，所述倒车灯驱动电路包括：与非门，所述与非门的第一输入端接收 所述第一电压信号，所述与非门的第二输入端接收所述第二电压信号；开关管，所述开关管 的漏极通过第一电阻与所述与非门的输出端相连，所述开关管的栅极通过第二电阻与所述 与非门的输出端相连，所述开关管的源极与所述倒车灯相连，所述开关管的漏极和所述第 一电阻之间的节点与电源相连；稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述开关管的栅极 和所述第二电阻之间的节点相连，所述稳压二极管的负极与所述电源相连。
[0024] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中：
[0026] 图1是根据本发明一个实施例的挡位开关的示意图；
[0027] 图2是根据本发明一个实施例的挡位开关的壳体、第一线性霍尔传感器、第二线 性霍尔传感器、电路板和线束接插件的示意图；
[0028] 图3是根据本发明一个实施例的挡位开关的换挡拨块和磁钢的示意图；
[0029] 图4是根据本发明一个实施例的挡位开关的壳体、线束接插件和挡位开关安装孔 的不意图；
[0030] 图5是是根据本发明一个实施例的挡位开关的换挡拨块和磁钢的主视图；
[0031] 图6是根据本发明一个实施例的挡位开关的第一电压信号和所述第二电压信号 与挡位之间对应关系的示意图；以及
[0032] 图7是根据本发明一个实施例的倒车灯和倒车灯驱动电路的电路图。
【具体实施方式】
[0033] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0034] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于 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，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0035] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0036] 以下结合附图描述根据本发明实施例的挡位开关、换挡机构及具有该换挡机构的 车辆。
[0037] 图1是根据本发明一个实施例的挡位开关的示意图。如图1所示，结合图2和图 3,根据本发明一个实施例的挡位开关，包括：换挡拨块1、磁钢2、壳体3、第一线性霍尔传感 器4和第二线性霍尔传感器5。
[0038] 其中，换挡拨块1适于安装在换挡轴上。磁钢2固定在换挡拨块1上，如图3所示， 在本发明的具体示例中，磁钢2为圆孔型磁钢。壳体3设置在磁钢2的上方。第一线性霍 尔传感器4和第二线性霍尔传感器5设置在壳体3内，第一线性霍尔传感器4用于感应磁 钢2随换挡拨块1沿换挡轴的轴向运动时的磁场变化，并生成第一电压信号，第二线性霍尔 传感器5用于感应磁钢2随换挡拨块1旋转时的磁场变化，并生成第二电压信号。
[0039] 根据本发明实施例的挡位开关，在磁钢随换挡拨块沿换挡轴的轴向运动时，第一 线性霍尔传感器可感应到上述轴向上的磁场变化，并随磁场变化产生电压值变化的第一电 压信号，在磁钢随换挡拨块旋转时，第二线性霍尔传感器可感应到上述旋转方向磁场变化， 并随磁场变化产生电压值变化的第二电压信号，由于磁钢在不同位置时，第一电压信号和 第二电压信号中的至少一个发生变化，也就是说，不同位置对应不同的第一电压信号和第 二电压信号，因此，本发明实施例的挡位开关可通过第一电压信号和第二电压信号反映出 换挡拨块的位置，进而在实际应用中，可以准确地反映出挡位状态和当前的挡位，例如前进 挡状态，挡位为2挡。
[0040] 通过上面的分析可知，换挡轴在不同位置时（如换挡轴沿其轴向运动到不同位置 和/或旋转到不同位置），第一线性霍尔传感器4和/或第二线性霍尔传感器5感应到的 磁场不同，生成的第一电压信号和/或第二电压信号不同。这样，可以利用第一电压信号和 /或第二电压信号判断出当前的挡位情况（如在挡状态、空挡状态、在挡状态下处于几挡）。 因此，本发明实施例的挡位开关，还包括：处理器（图1中没有示出），具体地说，处理器分 别与第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5相连，从而可根据第一电压信号和第 二电压信号准确地判断挡位状态和当前挡位，了解车辆运行状态。进一步地，可将判断结 果通过显示，甚至可以是语音等方式告知驾驶员，使驾驶员了解车辆运行状态，提高驾驶体 验。
[0041] 如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传 感器5设置在壳体3的底部，由此，可以更好地感应磁场变化，提高检测精度。
[0042] 如图2所示，挡位开关的壳体3内还设有电路板7,并且壳体3的上部设有线束接 插件6,从而通过电路板可以对第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5输出的电压 信号进行处理，例如放大等，并将处理的信号可以通过线束接插件6方便地传输给外围设 备，供外围设备使用，其中，外围设备为但不限于整车控制器。
[0043] 如图1和图5所示，换挡拨块1具有与换挡轴相适配的换挡轴安装孔11，换挡轴设 置在换挡轴安装孔11内。由此，方便换挡拨块1与换挡轴的安装，并且方便换挡拨块1随 换挡轴一同运动。
[0044] 本发明实施例的挡位开关可在换挡机构中应用，因此，本发明的实施例还提出了 一种换挡机构，包括：变速箱和上述的挡位开关。其中，变速箱包括变速器壳体和换挡轴 (图中未示出）。挡位开关的壳体可安装在变速器壳体上，换挡拨块1固定在换挡轴上。
[0045] 具体地说，结合图1至图5,在使用时，挡位开关安装在变速器壳体上（如图4所 示，挡位开关通过挡位开关安装孔8可方便地安装在变速器壳体上）。位于挡位开关的壳 体3底部的第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5分别感应纵向、横向的磁场变 化，并分别输出随磁场变化而线性变化的第一电压信号和第二电压信号，其中，第一线性霍 尔传感器4的感应面与换挡轴的轴向垂直，第二线性霍尔传感器5的感应面与第一线性霍 尔传感器4的感应面垂直，从而第二线性霍尔传感器5和第一线性霍尔传感器4能够感应 横向、纵向的磁场变化；换挡拨块1安装在换挡轴上以便随换挡轴一起运动。将换挡拨块1 对应挡位开关的壳体3的底部中心位置处设置磁钢2,磁钢2随换挡拨块1 一起运动的过程 中，改变空间的磁场分布，从而使第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5分别感应 到的纵向、横向的磁场发生变化。
[0046] 当第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5感应到的磁场强度为零高斯时 (高斯为磁场强度的单位，1特斯拉=1000高斯），第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔 传感器5的输出一个特定的电压值，当第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5感 应到的磁场强度为正高斯时（即处于磁场南极）时，第一线性霍尔传感器4和第二线性霍 尔传感器5输出的电压增加，第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5感应到的磁 场强度为负高斯时（即处于磁场北极）时，第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器 5输出的电压降低。
[0047] 如图1、图2、图3和图5所示，当换挡拨块1随换挡轴做直线运动时（即沿换挡轴 的轴向方向运动），进行选挡操作，当换挡拨块1随换挡轴做旋转运动时，进行换挡操作。如 图6所示，示出了换挡轴处于不同位置时，第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5 感应到纵向和横向上磁场变化后产生的两个电压值对应的挡位。
[0048] 如图3和图5所示，在上述示例中，纵向指换挡轴的轴向方向，横向指换挡轴的旋 转方向。车辆停止时，汽车变速器处于空挡状态，此时，换挡拨块1处于3挡、4挡的选挡位 置，此时第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5感应到的纵向、横向的磁场强度为 零，输出的电压值分别均为VM1、VM2。当换挡拨块1随换挡轴做选挡操作时，第一线性霍尔 传感器4输出的电压会因感应到磁场强度的变化而变化，当进行1挡、2挡选挡操作时，第一 线性霍尔传感器4输出的电压逐渐降低，当换挡拨块1在1挡、2挡选挡位置时，第一线性 霍尔传感器4输出的电压达到最小值，即低电平VL1 ;当进行5挡、倒挡选挡操作时，第一线 性霍尔传感器4输出电压逐渐增加，当换挡拨块1到达5挡、倒挡选挡位置时，第一线性霍 尔传感器4输出的电压达到最大值，即高电平VH1。同理，当进行1挡、3挡、5挡换挡操作 时，第二线性霍尔传感器5输出的电压逐渐降低，当换挡拨块1到达1挡、3挡、5挡换挡位 置时，第二线性霍尔传感器5输出的电压达到最小值，即低电平VL2;当进行2挡、4挡、倒挡 换挡操作时，第二线性霍尔传感器5输出的电压逐渐增加，当换挡拨块到达2挡、4挡、倒挡 换挡位置时，第二线性霍尔传感器5输出的电压达到最大值，即高电平VH2。将各具体挡位 时，第一线性霍尔传感器4和第二线性霍尔传感器5对应的输出电压进行如下统计和标定， 如表1所示。
[0049] 表 1
[0050]
【权利要求】
1. 一种挡位开关，其特征在于，包括： 换挡拨块，所述换挡拨块适于安装在换挡轴上； 磁钢，所述磁钢固定在所述换挡拨块上； 壳体，所述壳体设置在所述磁钢的上方； 以及设置在所述壳体内的第一线性霍尔传感器和第二线性霍尔传感器，所述第一线性 霍尔传感器用于感应所述磁钢随所述换挡拨块沿所述换挡轴的轴向运动时的磁场变化，并 生成第一电压信号，所述第二线性霍尔传感器用于感应所述磁钢随所述换挡拨块旋转时的 磁场变化，并生成第二电压信号。
2. 根据权利要求1所述的挡位开关，其特征在于，还包括： 处理器，所述处理器分别与所述第一线性霍尔传感器和所述第二线性霍尔传感器相 连，以根据所述第一电压信号和所述第二电压信号判断挡位状态和当前挡位。
3. 根据权利要求1或2所述的挡位开关，其特征在于，所述磁钢为圆孔型磁钢。
4. 根据权利要求1所述的挡位开关，其特征在于，所述第一线性霍尔传感器和第二线 性霍尔传感器设置在所述壳体的底部。
5. 根据权利要求1所述的挡位开关，其特征在于，所述换挡拨块具有与所述换挡轴相 适配的换挡轴安装孔，所述换挡轴设置在所述换挡轴安装孔内。
6. -种换挡机构，其特征在于，包括： 变速箱，所述变速箱包括变速器壳体和换挡轴； 挡位开关，所述挡位开关为根据权利要求1-5任一项所述的挡位开关，所述壳体安装 在所述变速器壳体上，所述换挡拨块固定在所述换挡轴上。
7. 根据权利要求6所述的换挡机构，其特征在于，所述第一线性霍尔传感器的感应面 与所述换挡轴的轴向垂直，所述第二线性霍尔传感器的感应面与所述第一线性霍尔传感器 的感应面垂直。
8. -种车辆，其特征在于，包括：根据权利要求6-7任一项所述的换挡机构。
9. 根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，还包括： 倒车灯； 倒车灯驱动电路，所述倒车灯驱动电路根据所述第一线性霍尔传感器输出的第一电压 信号和所述第二线性霍尔传感器输出的第二电压信号判断车辆的挡位是否为倒挡，并在判 断为倒挡时，驱动所述倒车灯点亮。
10. 根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述倒车灯驱动电路包括： 与非门，所述与非门的第一输入端接收所述第一电压信号，所述与非门的第二输入端 接收所述第二电压信号； 开关管，所述开关管的漏极通过第一电阻与所述与非门的输出端相连，所述开关管的 栅极通过第二电阻与所述与非门的输出端相连，所述开关管的源极与所述倒车灯相连，所 述开关管的漏极和所述第一电阻之间的节点与电源相连； 稳压二极管，所述稳压二极管的正极与所述开关管的栅极和所述第二电阻之间的节点 相连，所述稳压二极管的负极与所述电源相连。
【文档编号】F16H59/02GK104235341SQ201410369243
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】刘彦甫, 陈晓峰, 冉昭, 程格, 史铭 申请人:长城汽车股份有限公司