挡位传感器及具有它的换挡机构、变速器和车辆的制作方法

本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种用于变速器的挡位传感器、具有该挡位传感器的用于变速器的换挡机构、具有该用于变速器的换挡机构的变速器以及具有该变速器的车辆。

背景技术：

变速器中的挡位传感器是在汽车智能启停、一键启动、怠速提升、倒车灯点亮及换挡提示系统中的一个关键零部件，相关技术中，挡位传感器输出开关量信号，且信号不准确，不能告知驾驶员及时进行换挡，降低了整车操作的可靠性，且使车辆油耗高，存在改进空间。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种输出线性信号且信号输出准确的用于变速器的挡位传感器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于变速器的挡位传感器包括：线性霍尔传感器；感应体，所述感应体包括多段磁通密度不同的磁铁，且所述感应体适于固定在所述变速器的换挡元件上，所述感应体在随所述换挡元件相对所述线性霍尔传感器在多个位置之间移动时，可使通过所述线性霍尔传感器的磁通量发生变化，所述线性霍尔传感器根据通过该线性霍尔传感器的磁通量的变化输出与相应位置对应的电压信号。

进一步地，多段所述磁铁烧结且挤压成一体。

进一步地，所述线性霍尔传感器根据通过该线性霍尔传感器的磁通量的变化输出与所述位置对应的相应占空比的脉冲宽度调制信号，所述脉冲宽度调制信号通过电路转化为所述电压信号。

相对于现有技术，本发明所述的用于变速器的具有以下优势：

通过将感应体设置为多段不同磁通密度的磁铁，使感应体在随换挡元件移动时通过线性霍尔传感器的磁通量发生变化，从而使线性霍尔传感器根据磁通量的变化情况输出相应的线 性变化的电压信号，进而通过不同的电压信号表示不同的挡位状态，挡位传感器的信号输出准确，可以实时表示变速器的挡位状态，提升变速器以及车辆的使用安全性。

本发明的另一目的在于提出一种换挡动作更精确且可靠性高的用于变速器的换挡机构。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于变速器的换挡机构包括：固定元件；换挡元件，所述换挡元件可相对所述固定元件在多个位置之间移动以使所述变速器处于不同的挡位状态；

挡位传感器，所述挡位传感器为第一方面所述的用于变速器的挡位传感器，所述感应体固定在所述换挡元件上，所述线性霍尔传感器固定在所述固定元件上。

进一步地，所述换挡元件为换挡轴，所述换挡轴可沿所述换挡轴的轴向在多个选挡位置之间移动，且所述换挡轴可从任意一个所述选挡位置绕所述换挡轴的轴线转动至与其对应的在挡位置，其中至少一个所述选挡位置对应两个所述在挡位置，且两个所述在挡位置分别位于所述换挡轴轴线的两侧；多段磁铁与多个选挡位置一一对应且每段磁铁的磁感线的走向均为正弦曲线。

进一步地，所述换挡元件可在所述多个位置之间移动，所述多段磁通密度不同的磁铁与所述多个位置一一对应。

本发明的又一目的在于提出一种可实时监控挡位信息的变速器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种变速器包括：变速器壳体；根据第二方面所述的用于变速器的换挡机构，所述固定元件固定在所述变速器壳体上。

进一步地，所述固定元件与所述变速器壳体一体形成，所述线性霍尔传感器固定在所述变速器壳体的外表面上。

本发明的再一目的在于提出一种整车可靠性高，油耗低的车辆。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种车辆包括第三方面所述的变速器。

进一步地，所述车辆还包括：倒挡车灯；倒挡开关，所述倒挡开关与所述倒挡车灯相连且设置成可在所述线性霍尔传感器输出与所述倒挡在挡位置对应的电压信号时打开所述倒挡车灯，所述倒挡开关设置在所述变速器外。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的挡位传感器与变速器壳体的装配结构以及磁铁整体布局示意图；

图2为本发明实施例所述的挡位传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的挡位传感器的俯视图；

图4为本发明实施例所述的挡位传感器的信号输出示意图；

图5为本发明一个实施例的变速器的挡位排布示意图；

图6为本发明另一个实施例的变速器的挡位排布示意图。

附图标记说明：

1000-变速器，1001-变速器壳体，100-挡位传感器，1-线性霍尔传感器，11-霍尔芯片，121-上壳体，1211-固定螺栓孔，122-下壳体，13-内部衬套，14-电路板，15-环氧树脂胶，16-接插件，161-电源端阵脚，162-接地端阵脚，163-信号输出端阵脚，2-感应体，21-磁铁，3-换挡元件，4-固定螺栓，5-定位销。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面参照图1-图6描述根据本发明实施例的用于变速器1000的换挡机构。如图1-图6所示，根据本发明的用于变速器1000的换挡机构包括固定元件(例如，变速器壳体1001)、换挡元件3和挡位传感器100。其中，换挡元件3可相对固定元件在多个位置之间移动以使变速器1000处于不同的挡位状态。

这里需要理解的是，根据变速器1000的具体的机械结构的不同，换挡元件3进入某一位置时都需要一定的时间过程，也就是说，该“位置”不是一个点而是一个活动区域，具体而言，换挡元件3进入1挡在挡位置时，是指换挡元件3进入1挡区域。

首先参照图1-图4描述根据本发明实施例的用于变速器1000的挡位传感器100。如图1-图3所示，挡位传感器100包括线性霍尔传感器1和感应体2。

感应体2包括多段磁通密度不同的磁铁21，也就是说，多段磁铁21中的任意一段的磁通密度与其余段的磁铁21的磁通密度不同。其中，感应体2适于固定在变速器1000的换挡元件3上，且感应体2在随换挡元件3相对线性霍尔传感器1在多个位置之间移动时可使通过线性霍尔传感器1的磁通量发生变化，线性霍尔传感器1根据通过线性霍尔传感器1(具体地，霍尔芯片11)的磁通量的变化输出与相应位置对应的电压信号。

其中，挡位传感器100的感应体2固定在换挡元件3上，线性霍尔元件固定在固定元件 上。

参照图1所示，换挡元件3可以为变速器1000的换挡轴或者自动变速器1000的操纵手杆，以换挡元件3为换挡轴为例，换挡轴在多个位置之间移动时可以实现变速器1000的不同挡位状态，例如空挡、倒挡、在挡等状态。具体而言，换挡轴从一个位置移动另一个位置的过程，是变速器1000的不同挡位状态切换的过程，在感应体2移动过程中，通过线性霍尔传感器1的磁通量随之变化，且线性霍尔传感器1可输出相应的线性变化的电压信号。

由此，根据本发明实施例的用于变速器1000的挡位传感器100，通过将感应体2设置为多段不同磁通密度的磁铁21，使感应体2在随换挡元件3移动时通过线性霍尔传感器1的磁通量发生变化，从而使线性霍尔传感器1根据磁通量的变化情况输出相应的线性变化的电压信号，进而通过不同的电压信号表示不同的挡位状态，挡位传感器100的信号输出准确，可以实时表示变速器1000的挡位状态，提升变速器1000以及车辆的使用安全性。

当然挡位传感器100可以在正确的时间内提供给车辆的ECU正确的空挡信号、在挡信号和倒挡信号，ECU结合车速信号和离合踏板信号，实现整车的智能启停、一键启动和怠速提升等功能。

根据本发明实施例的用于变速器1000的换挡机构，通过设置上述挡位传感器100，使换挡动作更精确且可靠性高。

可选地，多段磁铁21可以烧结并且挤压成一体，由此更加节省布置空间，从而可以减小变速器1000的体积。具体而言，制作磁铁21时，可以对磁铁21进行高温烧结、挤压和成形等处理工艺，使每段磁铁21的磁通密度发生变化。

在本发明的一个具体的实施例中，线性霍尔传感器1可以根据通过该线性霍尔传感器1的磁通量的变化输出与所述位置对应的相应占空比的脉冲宽度调制信号(PWM)，脉冲宽度调制信号可以通过电路转化为电压信号。

也就是说，不同的位置对应不同占空比的脉冲宽度调制信号，对于本领域技术人员而言，将脉冲宽度调制信号转化为电压信号的电路均为已知，在此不再详细叙述。

具体而言，换挡元件3从一个位置移动另一个位置的过程，是变速器1000的不同挡位状态切换的过程，在感应体2移动过程中，通过线性霍尔传感器1的磁通量随之变化，且输出相应的占空比范围内的脉冲宽度调制信号。

可以理解的是，根据变速器1000的机械结构，例如变速器1000的挡位数量以及挡位排布，来设置磁铁21的段数、磁铁21的大小以及磁铁21与线性霍尔传感器1之间的距离。其中，磁铁21的段数与感应体2随换挡元件3移动的位置的个数不一定一一对应。例如，在本发明的一个具体实施例中，将用于变速器1000的挡位传感器100用于如图5所示的挡位排布的变速器1000中，则磁铁21为四段，而感应体2可在十一个位置(7个在挡位置和 4个选挡位置)之间移动。在本发明的另一个具体实施例中，将用于变速器1000的挡位传感器100用于如图6所示的挡位排布的变速器1000中，则磁铁21为四段，而感应体2可在四个位置之间移动。

也就是说，根据本发明实施例的用于变速器1000的挡位传感器100可以用于自动变速器1000也可以用于手动变速器1000。根据本发明实施例的用于变速器1000的换挡机构可以用于自动变速器1000也可以用于手动变速器1000。

在本发明的用于变速器1000的换挡机构的一个具体的实施例中，换挡元件3为换挡轴，多段磁通密度不同的磁铁21沿换挡轴的轴向间隔设置。换挡轴可沿换挡轴的轴向在多个选挡位置之间移动，且换挡轴可从任意一个选挡位置绕换挡轴的轴线转动至与其对应的在挡位置，其中至少一个选挡位置对应两个在挡位置，且两个在挡位置分别位于换挡轴轴线的两侧，进一步地，多段磁铁21与多个选挡位置一一对应且每段磁铁21的磁感线的走向均为正弦曲线。

下面以该用于变速器1000的换挡机构的具体的实施例的一个具体应用为例来描述，例如，该实施例的用于变速器1000的换挡机构可以满足挡位排布如图5所示的变速器1000的换挡需求。具体而言，根据变速器1000的选挡行程及换挡角度设计磁铁21的磁通密度排布，进而保证变速器1000换挡至一二挡、三四挡、五六挡和倒挡时，每段对应的区间都会对应一段磁铁21，即一二挡共用第一段磁铁21，三四挡共用第二段磁铁21，五六挡共用第三段磁铁21，倒挡用第四段磁铁21，且每段磁铁21的磁通密度不同，换挡轴挂入一挡时的转动方向与换挡轴挂入二挡时的转动方向相反，换挡轴挂入三挡时的转动方向与换挡轴挂入四挡时的转动方向相反，换挡轴挂入五挡时的转动方向与换挡轴挂入六挡时的转动方向相反，由此使每段磁铁21的磁感线的走向都按正弦曲线进行走向，则挡位传感器100可以输出与空挡、一挡、二挡、三挡、四挡、五挡、六挡和倒挡区域对应的不同占空比范围的脉冲宽度调制信号，从而实时输出挡位信息。

下面参照图4结合图5描述不同挡位区域信号的输出过程：

空挡区域(例如图4中的Q1区域)信号的输出过程如下：

根据变速器1000机械结构及设计的空挡区域范围设置感应体2的磁铁21的大小和到线性霍尔传感器1之间的距离，例如在本发明的一个具体的实施例中，感应体2的磁铁21与线性霍尔传感器1之间的距离为3毫米-4毫米，感应体2安装在换挡轴上，随着换挡轴进行左右移动，根据制作的每段磁铁21在空挡区域内磁铁21强度的变化，通过线性霍尔传感器1中的霍尔芯片11的磁通量发生变化，在空挡区域(空挡区域包括，一二挡选挡区域、三四挡选定区域、五六挡选挡区域和倒挡选挡区域)范围内，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第一预设占空比的脉冲宽度调制信号，第一预设占空比为 5％-20％，

一挡区域(例如图4中的Q2区域)信号的输出过程如下：

与空挡区域信号的输出原理相同，感应体2随着换挡轴移动至一二挡选挡区域，在往一挡挂挡过程中，根据设置好的第一段磁铁21的大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第二预设占空比的脉冲宽度调制信号，第二预设占空比为20％-30％。

二挡区域(例如图4中的Q3区域)信号的输出过程如下：

与一挡和空挡区域信号的输出原理相同，感应体2随着换挡轴移动至一二挡选挡区域，在往二挡挂挡过程中，根据设置好第一段磁铁21的大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第二预设占空比的脉冲宽度调制信号，第二预设占空比为30％-40％。

三挡区域(例如图4中的Q4区域)信号的输出过程如下：

输出原理与上述挡位相同，感应体2随着换挡轴移动至三四挡选挡区域，在往三挡挂挡过程中，根据设置好的第二段磁铁21的大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第三预设占空比的脉冲宽度调制信号，第三预设占空比为40％-50％。

四挡区域(例如图4中的Q5区域)信号的输出：

输出原理与上述挡位相同，感应体2随着换挡轴移动至三四挡选挡区域，在往四挡挂挡过程中，根据设置好的第二段磁铁21大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第四预设占空比的脉冲宽度调制信号，第四预设占空比为50％-60％。

五挡区域(例如图4中的Q6区域)信号的输出：

输出原理与上述挡位相同，感应体2随着换挡轴移动至五六挡选挡区域，在往五挡挂挡过程中，根据设置好的第三段磁铁21的大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第五预设占空比的脉冲宽度调制信号，第五预设占空比为60％-70％。

六挡区域(例如图4中的Q7区域)信号的输出：

输出原理与上述挡位相同，感应体2随着换挡轴移动至五六挡选挡区域，在往六挡挂挡过程中，根据设置好的第三段磁铁21的大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第六预设占空比的脉冲宽度调制信号，第六预设占空比为70％-80％。

倒挡区域信(例如图4中的Q8区域)号的输出：

输出原理与上述挡位相同，感应体2随着换挡轴移动至倒挡选挡区域，在往倒挡挂挡过程中，根据设置好的第四段磁铁21的大小及磁感线的正弦走向，霍尔芯片11根据通过的磁通量的变化情况及周围的电路输出第七占空比的脉冲宽度调制信号，第七预设占空比为80％-95％。

可以理解的是，第一预设占空比、第二预设占空比、第三预设占空比、第四预设占空比、第五预设占空比、第六预设占空比以及第七预设占空比均可以根据变速器1000的结构及线性霍尔传感器1的具体要求来确定或更改。

当线性霍尔传感器1输出占空比为>95％和<5％的脉冲宽度调制信号时，表示进入诊断区域(例如图4中的Q9区域)，即感应体2不在上述挡位区域内，从而可以为变速器1000和/或车辆的控制系统提供诊断信号，保证整车系统能够稳定正常运行。

通过上述描述可知，挡位传感器100输出的信号可以识别空挡挡位(即如图5所示的具体实施例中的三挡和四挡的中间位置)、选挡区域(即如图5所示的具体实施例中的一挡和二挡的中间位置、五挡和六挡的中间位置、R挡对应的选挡位置)、在挡区域(一挡区域、二挡区域、三挡区域、四挡区域、五挡区域、六挡区域和倒挡区域)，以及从选挡区域到对应的在挡区域中间的任一位置，从选挡区域到对应的在挡区域都需经过选挡区域、预同步进入在挡区域。

在本发明的用于变速器1000的换挡机构的另一个具体的实施例中，换挡元件3可在多个位置之间移动，多段磁通密度不同的磁铁21与多个位置一一对应，即磁铁21的段数与位置的个数相等且一一对应。例如，该实施例的用于变速器1000的换挡机构可以满足挡位排布如图6所示的变速器1000的换挡需求。具体而言，根据变速器1000的选挡行程及换挡角度设计磁铁21的磁通密度排布，进而保证变速器1000换挡至P挡、R挡、D挡和N挡时，每段对应的区间都会对应的一段磁铁21，即P挡用第一段磁铁21，R挡用第二段磁铁21，D挡用第三段磁铁21，N挡用第四段磁铁21，且每段磁铁21的磁通密度不同。各挡区域信号的输出方式参考上一实施例，在此不再详细叙述。

本发明还提出一种变速器1000，该变速器1000包括变速器壳体1001和换挡机构，其中固定元件固定在变速器壳体1001上，也就是说，线性霍尔传感器1固定在变速器壳体1001上。

根据本发明实施例的变速器1000，通过设置上述换挡机构，可实时监控挡位信息，从而为变速器1000以及车辆的稳定运行提供保障。

如图1-图3所示，固定元件与变速器壳体1001可以一体形成，线性霍尔传感器1可以固定在变速器壳体1001的外表面上，由此避免线性霍尔传感器1安装处出现漏油的风险，安装方便，进一步提升变速器1000的可靠性。

具体他，如图1所示，变速器壳体1001的外表面上设有凹槽，线性霍尔传感器1安装在凹槽内且通过固定螺栓4固定在变速器1000的壳体上，感应体2通过定位销5固定在换挡轴上。

更为具体地，线性霍尔传感器1包括上壳体121、下壳体122、电路板124、接插件16、内部衬套13和霍尔芯片11。上壳体121上设有固定螺栓过孔1211，固定螺栓4穿过固定螺栓过孔1211将线性霍尔传感器1固定在变速器壳体1001上。上壳体121和下壳体122共同限定出容纳空间，电路板14、内部衬套13和霍尔芯片11设置在容纳空间内，其中内部衬套13安装在上壳体121上，电路板14安装在内部衬套13上，霍尔芯片11安装在电路板14上，容纳空间通过环氧树脂胶15填充，从而将下壳体122、内部衬套13、电路板14和其他元件组成一体，并起到防水防尘的作用。

电路板14上设有电容、电阻、电感、二极管、三极管等元器件，从而实现信号的转换与输出，接插件16设在上壳体121上用于与整车线束进行连接并将线性霍尔传感器1信号传递给控制器，具体而言，接插件16具有电源端阵脚161、-接地端阵脚162和信号输出端阵脚163。通过霍尔芯片11的磁通量不同输出不同的信号。

当然，线性霍尔传感器1的结构并不限于此。

下面描述根据本发明实施例的车辆，该车辆通过设置上述变速器1000，具有整车可靠性高，油耗低等优点。

在本发明的车辆的一个具体实施例中，车辆还包括：倒挡车灯和倒挡开关。倒挡开关与倒挡车灯相连且设置成可在线性霍尔传感器1输出与倒挡在挡位置对应的电压信号时打开倒挡车灯。由此，倒挡开关可以通过电控控制，无需设置在变速器1000外，不受变速器1000内高温油压的影响，精度高且降低变速器1000的总重量。

也就是说，线性霍尔传感器1可以将与倒挡在挡位置对应的电压信号传递给车辆的ECU，ECU可以控制倒车灯的点亮，告诉行人车已挂入倒挡，从而进一步提升车辆的安全性能。

在本发明的一个具体的实施例中，挡位传感器100可以为车辆的ECU提供全面的挡位信息，即挡位传感器100将所有的挡位信息输出给ECU，ECU将所有的挡位信息传递给仪表盘并在仪表盘上显示所有的挡位信息，同时ECU可以根据车速和发动机转速计算出来的挡位信息与挡位传感器100输出的挡位信息做比较，告诉驾驶员及时进行换挡，提高整车性能，降低整车油耗。

综上所述，根据本发明实施例的用于变速器1000的挡位传感器100，通过设置多段不同磁通密度的磁铁21，同时使每段磁铁21按照正弦曲线进行走向，给霍尔芯片11提供不同的磁场，线性信号准确，同时输出信号可以为控制系统提供诊断信号，保证整车系统能够稳定正常运行，且可应用于自动变速器1000，优选地用于手动变速器1000。

根据本发明实施例的车辆，将空挡开关、倒挡开关以及挡位传感器100集成于一体，降低了开发成本，线性霍尔传感器1固定在变速器壳体1001的外表上，不会出现漏油风险，且安装方便，同时挡位传感器100输出的全部挡位信息均可以显示在仪表盘上，且ECU可以根据车速和发动机转速计算出来的挡位信息与挡位传感器100输出的挡位信息做比较，告诉驾驶员及时进行换挡，提高整车性能，降低整车油耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。