本发明涉及变速器领域，具体涉及一种变速器及其电子式挡位传感器。
背景技术：
汽车手动变速器由于操控性好、价格低廉而得到广泛应用，手动变速器一般按照前进挡位的数量一般有5速变速器、6速变速器等。
目前，部分手动变速器中设有挡位传感器，用于感应变速器所处的当前挡位和挡位变化，并将感应到的当前挡位或挡位变化信号向整车控制单元输出。整车控制单元可以利用接收到的当前挡位或挡位变化信号来实现以下两种功能：
第一，挡位提醒功能。
整车控制单元可以根据变速器所处的当前挡位，以及车速、发动机的转速等来判断目标挡位以及换挡时机，提醒客户在合适的时机进行换挡，以保证汽车能够处于符合客户需求的运行工况下，从而得到较好的燃油经济性、平顺性或者提速性能。
第二，离合器控制功能。
为了减轻驾驶员在驾驶手动挡汽车时频繁踩离合器导致的疲劳感，挡位传感器能够感应变速器的换挡动作，在变速器即将换档时向整车控制单元发送挡位变化信号，整车控制单元接收到挡位传感器的挡位变化信号后，控制离合器断开，保证变速器顺利完成换挡动作。
现有的挡位传感器一般为霍尔式挡位传感器，包括磁性件和感应信号块，信号块能够随着换挡轴的运动而运动，从而改变其相对于磁性件的位置。其中，磁性件具有特殊的结构，其在不同位置产生的磁场强度不同，各个挡位分别对应不同的磁场强度。当信号块运动到不同位置时，根据感应到的不同的磁感应强度来识别各个挡位。
但是，霍尔式挡位传感器中，一方面，挡位信号输出位置存在公差，且公差范围通常较大，导致挡位传感器的感应精度低；另一方面，信号块的位置需要先通过其接收到的磁场强度的变化来确定，然后再根据磁场强度的变化来产生用于输出的电信号，信号块的位置需要多次计算才能转化为最终输出的电信号，导致挡位传感器的响应慢。
技术实现要素：
本发明解决的问题是现有霍尔式挡位传感器的感应精度低、响应慢。
为解决上述问题，本发明提供一种电子式挡位传感器，包括：基座，具有供变速器的换挡轴穿入的中间通孔；导电刷，用于固定在变速器的换挡轴上，且面向所述中间通孔的内壁；若干分别与变速器的挡位对应的导电层，设于所述中间通孔的内壁、分别位于所述导电刷的周向两侧且与所述导电刷之间具有间隔；所述导电层呈与中间通孔同轴的弧形；在周向位于所述导电刷同一侧的各个所述导电层沿轴向排布，轴向相邻的所述导电层之间的距离与所述换挡轴的选挡行程相同，在空挡时所述导电刷与各个所述导电层的周向距离不大于所述换挡轴的挂挡行程。
可选的，所述导电刷、所述导电层与所述中间通孔的中心轴线之间的距离相等。
可选的，位于所述导电刷的周向两侧的所述导电层至少部分两两相对；两两相对的所述导电层位于同一圆周上。
可选的，所述导电刷的周向两侧的所述导电层的数量相同。
可选的，所述导电刷的周向两侧的所述导电层的数量差值为1。
可选的，所述中间通孔的内壁设有：沿轴向延伸的空挡凹槽，所述导电刷能够沿所述换挡轴的选挡行程在所述空挡凹槽中轴向运动；若干导电层轨道，凹设于所述中间通孔的内壁且与所述导电层一一对应，所述导电层分别设于对应所述导电层轨道中。
可选的，所述导电层轨道的深度小于或等于所述空挡凹槽的深度。
可选的，还包括固定支架，用于将所述导电刷固定在所述换挡轴上。
可选的，所述固定支架包括夹紧钳，所述导电刷由所述夹紧钳夹紧。
可选的，所述固定支架还包括具有缺口的环形本体，所述环形本体用于环抱于所述换挡轴外，所述夹紧钳连接于所述环形本体的周向两端。
可选的，还包括：输入线缆，与所述导电刷电连接，用于输入电信号；若干输出线缆，分别与所述导电层一一对应连接，用于输出电信号。
可选的，所述输出线缆连接于所述导电层背向所述导电刷的一端。
可选的，所述基座的侧壁上设有供所述输出线缆穿出所述基座的通孔。
本发明还提供一种变速器，其包括上述任一项所述的电子式挡位传感器。
可选的，所述变速器为手动变速器。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
将导电刷固定在换挡轴上，将换挡轴穿入具有中间通孔的基座中，同时在基座的中间通孔中设置若干分别设于导电刷周向两侧的导电层。由于轴向相邻的导电层之间的距离与换挡轴的选挡行程相同，且各个导电层分别位于换挡轴在各个挡位的挂挡行程中，因此当换挡轴进行轴向运动以选挡、或者进行旋转运动以挂挡时，将带动导电刷一起进行轴向或周向运动，从而选择与导电刷接通的导电层，并通过与导电刷接通的导电层的不同来判断导电刷和换挡轴的位置，进而判断变速器的当前挡位及挡位变化。一方面不同挡位之间的切换点由各个导电层的位置唯一确定，感应精度高；另一方面，导电刷一旦与某一导电层接触，立即可以转化为最终输出的电信号，挡位传感器的响应快。
附图说明
图1是本发明实施例的电子换挡传感器的立体结构示意图；
图2是本发明实施例的电子换挡传感器的立体分解示意图；
图3示出了本发明实施例的电子换挡传感器的轴向剖面示意图；
图4是本发明实施例的电子换挡传感器在导电刷位置的横截面示意图；
图5示出了导电刷随换挡轴的挂档运动而沿周向运动的各个位置。
图6、图7、图8是本实施例的电子换挡传感器的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供一种电子式挡位传感器，参照图1、图2所示，该电子式挡位传感器包括基座10、设于基座10中的若干导电层20、用于固定在换挡轴s上的导电刷30、电连接于导电刷30并用于输入电信号的输入线缆41，以及分别电连接于各个导电层20并用于输出电信号的若干输出线缆42。其中，变速器的每个挡位分别对应有一个导电层20。
其中，基座10具有供变速器的换挡轴s穿入的中间通孔10a，优选地，换挡轴s与中间通孔10a同轴设置。在安装时，基座10设于变速器的换挡塔壳体中，并固定在壳体的内壁上，换挡轴s穿入换挡塔时，同时穿入基座10的中间通孔，安装方便。
导电刷30用于固定在变速器的换挡轴s上，且面向中间通孔10a的内壁。
若干导电层20则设于中间通孔10a的内壁、分别位于导电刷30的周向两侧且与导电刷30之间具有间隔。其中，各个导电层20呈与中间通孔10a同轴的弧形。
结合图3所示，在周向位于导电刷30同一侧的各个导电层20沿轴向排布，轴向相邻的导电层20之间的距离h与换挡轴s的选挡行程相同，并且在空挡时导电刷30与各个导电层20的周向距离不大于换挡轴s的挂挡行程。也就是说，各个导电层20分别位于换挡轴s在各个挡位的挂挡行程中，导电刷30能够沿换挡轴s的挂挡行程而运动至与导电层20接触。
参照图4、图5所示，其中图5示出了在换挡轴s的挂挡行程中，导电刷30所处的三个位置：第一位置p1、第二位置p2以及第三位置p3。
换挡轴s已经完成选挡、尚未开始挂挡，换挡轴s位于空挡位置。导电刷30随换挡轴s沿轴向移动至与对应挡位的导电层20相同的轴向平面上，此时导电刷30处于第一位置p1，仍在空挡凹槽11中，位于空挡位置。
然后，换挡轴s旋转并开始挂挡，导电刷30随换挡轴s的旋转、沿周向运动，当导电刷30沿周向转动至第二位置p2时，导电刷30与导电层20发生接触。此时，相对于第一位置p1，导电刷30转过的角度为α，在α位置，导电刷30与导电层20开始接触。
当导电刷30位于第二位置p2时，换挡轴s并未完成挂挡，因此换挡轴s继续旋转，导电刷30继续沿周向运动。当换挡轴s挂挡完成时，导电刷30位于第三位置p3。此时，相对于第一位置p1，导电刷30转过的角度为β。其中，在第二位置p2、第三位置p3之间，导电刷30与导电层20始终保持接触。也就是说，导电层20沿周向至少需要从第二位置p2延伸至第三位置p3。
由此可知，当换挡轴s从空挡挂入所选挡位时，导电刷30随换挡轴s从空挡凹槽11沿周向从第一位置p1运动至第三位置p3。其中，第二位置p2为导电刷30与导电层20发生接触的起始点，此时被接触的导电层20的电路接通并输出电信号。可见，α角度是挡位信号输出位置，当导电层20的位置确定时，挡位信号输出位置唯一确定。
本方案的优点在于，将导电刷固定在换挡轴上，将换挡轴穿入具有中间通孔的基座中，同时在基座的中间通孔中设置若干分别设于导电刷周向两侧的导电层。由于轴向相邻的导电层之间的距离与换挡轴的选挡行程相同，且各个导电层分别位于换挡轴在各个挡位的挂挡行程中，因此当换挡轴进行轴向运动以选挡、或者进行旋转运动以挂挡时，将带动导电刷一起进行轴向或周向运动，从而选择与导电刷接通的导电层，并通过与导电刷接通的导电层的不同来判断导电刷和换挡轴的位置，进而判断变速器的当前挡位和挡位变化。
具体地，首先，轴向相邻的导电层之间的距离与换挡轴的选挡行程相同，因此当换挡轴沿轴向运动进行选挡时，导电刷也能够跟随换挡轴一起沿轴向运动以选择对应的导电层，其中与导电刷位于同一轴向平面的导电层即为被选择的导电层。其次，各个导电层分别位于换挡轴在各个挡位的挂挡行程中，因此当换挡轴选挡完成，并进行旋转运动以挂挡时，导电刷也能够跟随换挡轴一起沿周向运动至与对应挡位的导电层接触。当导电刷与其中一个导电层接触时，与该导电层电连接的导电线缆通电并输出电信号，电信号可以输出至整车控制单元，整车控制单元则根据电信号的输出来源来判断当前挡位以及挡位变化。
相比于现有技术而言，本实施例的电子式换挡传感器中，一方面不同挡位之间的切换点由各个导电层的位置唯一确定，感应精度高；另一方面，导电刷一旦与某一导电层接触，立即可以转化为最终输出的电信号，挡位传感器的响应快。
本实施例中，导电刷30、导电层20与中间通孔10a的中心轴线之间的距离相等。由此，当导电刷30沿周向从空挡凹槽11进入到导电层轨道12中时，能够保证导电刷30与导电层20接触。在其他实施例中，导电刷30、导电层20与中间通孔10a的中心轴线之间的距离也可以不相等，此时可以通过导电刷30的弹性变形来保证与导电层20的接触。
各个导电层20在导电刷两侧的布置方式与车辆的王字槽中各个挡位的布置方式相同。具体而言，由于王字槽中的挡位一般两两相对，且两两相对的挡位位于同一条线上，那么，相应地，位于导电刷30的周向两侧的导电层20至少部分两两相对，两两相对的导电层20位于同一圆周上，即沿周向位于同一条线上。
优选的，导电层20的总数量与变速器的挡位的总数量一致。分别位于导电刷30的周向两侧的导电层20的数量则根据王字槽中挡位的排布方式来设置。
当变速器中挡位的数量为偶数时，例如变速器为5速变速器，加上倒挡挡位，变速器中的挡位数量一共为6个。在王字槽中，6个挡位一般分为数量相同的两排，那么导电刷30的周向两侧的导电层20的数量相同。
当变速器中挡位的数量为奇数时，例如变速器为6速变速器，加上倒挡挡位，变速器中挡位数量一共为7个。在王字槽中，7个挡位一般分为数量差值为1的两排，那么导电刷30的周向两侧的导电层20的数量差值为1。
在其他实施例中，导电层20的数量也可以设置地较多一些，以同时适用于不同的变速器。例如，导电层20的数量可以是8个，导电刷30的周向两侧的导电层20的数量分别为4个，这样，该电子式挡位传感器可以同时适用于7速及7速以下的变速器。
其中，导电层20、导电刷30均可以选用任意一种能够导电的材料，导电层20优选为铜合金，导电刷30优选为铜电刷，以满足成本低、导电性好的要求。
进一步，参照图1、图2并结合图4所示，中间通孔10a的内壁上设有空挡凹槽11和若干导电层轨道12。
其中，空挡凹槽11沿中间通孔10a轴向延伸，导电刷30能够沿换挡轴s的选挡行程在空挡凹槽11中轴向运动，以选择导电层20。也就是说，当变速器处于空挡时，导电刷30位于空挡凹槽11中。
若干导电层轨道12凹设与中间通孔10a的内壁、且与导电层20一一对应，各个导电层20分别设于对应的导电层轨道12中。导电层20可以通过强力粘接、化学镀工艺、电镀工艺等形成在对应的导电层轨道12中。
本实施例中，导电层轨道12的深度小于或等于空挡凹槽11的深度，以容在空挡时容纳导电刷30。
进一步，继续参照图1、图2以及图4，为了将导电刷30固定在换挡轴s上，还包括固定支架50。固定支架50包括夹紧钳51，导电刷30由夹紧钳51夹紧。
如图2、图4，固定支架50还包括具有缺口的环形本体52，环形本体52用于环抱于换挡轴s外，夹紧钳51连接于环形本体52的周向两端。
为了加强环形本体52与换挡轴s之间的安装可靠性，换挡轴s与环形本体52之间通过螺栓连接。如图2，换挡轴s上在与环形本体52对应的位置开设有沿径向的螺栓孔s1，环形本体52上也开设有与螺栓孔s1对应的径向通孔(图中未示出)，当环形本体52箍设在换挡轴s外后，用螺栓70依次穿过环形本体52上的径向通孔、螺栓孔s1，以将环形本体52固定在换挡轴s上。
在其他实施例中，环形本体52可以利用自身的弹性力箍设在换挡轴s外。
用于输入、输出电信号的输入线缆41、输出线缆42则可以连接于导电层20的任意位置。本实施例中，输出线缆42连接于导电层20背向导电刷30的一端。并且，基座10的侧壁上设有供输出线缆42穿出基座10的通孔13，输入线缆42分别通过各自的通孔13穿出基座10。
并且，为了提高布线的整齐性，本实施例将输入线缆41也设置于固定支架50在背向导电刷30的一侧，并通过螺栓70固定。其中固定支架50包括夹紧钳51、环形本体52均为导体，以向导电刷30导入输入的电信号。
参照图6至图8，下面以5速变速器为例，介绍本实施例的电子式换挡传感器的工作原理。其中，5速变速器的挡位数一共为6个，包括5个前进挡、1个倒挡。对应地，导电层20的数目也为6个，分别位于导电刷30的周向两侧。如图6a、7a、8a所示，位于轴向最下方的两个导电层20分别对应1挡、2挡，位于轴向中部的两个导电层20分别对应3挡、4挡，位于轴向最上方的导电层20分别对应5挡、倒挡(r挡)。
(1)参照图6，如图6a所示，当换挡轴轴向运动选中1挡/2挡时，导电刷30与1挡/2挡导电层20位于同一轴向平面。如图6b，换挡轴选挡完成、未进行挂挡时，导电刷30位于空挡凹槽11中。
如图6c，当换挡轴顺时针转动并挂入1挡时，导电刷30顺时针转动，并与1挡对应的导电层20接触。此时，与1挡对应的导电层20电路接通，并输出电信号。
如图6d，当换挡轴顺时针转动并挂入2挡时，导电刷30逆时针转动，并与2挡对应的导电层20接触。此时，与2挡对应的导电层20电路接通，并输出电信号。
(2)参照图7，如图7a所示，当换挡轴轴向运动选中3挡/4挡时，导电刷30与3挡/4挡导电层20位于同一轴向平面。如图7b，换挡轴选挡完成、未进行挂挡时，导电刷30位于空挡凹槽11中。
如图7c，当换挡轴顺时针转动并挂入3挡时，导电刷30顺时针转动，并与3挡对应的导电层20接触。此时，与3挡对应的导电层20电路接通，并输出电信号。
如图7d，当换挡轴顺时针转动并挂入4挡时，导电刷30逆时针转动，并与4挡对应的导电层20接触。此时，与4挡对应的导电层20电路接通，并输出电信号。
(3)参照图8，如图8a所示，当换挡轴轴向运动选中5挡/r挡时，导电刷30与5挡/r挡导电层20位于同一轴向平面。如图8b，换挡轴选挡完成、未进行挂挡时，导电刷30位于空挡凹槽11中。
如图8c，当换挡轴顺时针转动并挂入5挡时，导电刷30顺时针转动，并与5挡对应的导电层20接触。此时，与5挡对应的导电层20电路接通，并输出电信号。
如图8d，当换挡轴顺时针转动并挂入r挡时，导电刷30逆时针转动，并与r挡对应的导电层20接触。此时，与r挡对应的导电层20电路接通，并输出电信号。
本实施例还提供一种变速器，其包括上述任一项的电子式挡位传感器。其中，变速器可以为自动变速器或手动变速器，优选为手动变速器。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。