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CN107202160B - 车辆换挡装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种车辆换挡装置，其包括操作构件，操作构件被配置为置于五个换挡位置，包括起始位置、驱动位置、倒挡位置、驱动侧空挡位置和倒挡侧空挡位置。提供九个感测元件以感测通过操作构件的移动而移动的磁体。起始位置分配有三个感测元件，并且剩余的四个换挡位置中的每一个分配有两个感测元件，其中分配给起始位置的感测元件中有两个被其它两个换挡位置共享。基于九个感测元件的输出的组合，确定五个换挡位置和相应两个相邻的换挡位置之间的四个中间位置。

Description

车辆换挡装置
技术领域
本发明一般而言涉及用于安装在机动车辆上的自动变速器的车辆换挡装置，并且具体而言涉及线控换挡(shift-by-wire)型的车辆换挡装置。
背景技术
日本专利申请公开No.2004-031149(JP 2014-031149 A)公开了一种线控换挡型的车辆换挡装置，其中作为操作构件的旋钮被配置为在第一方向从起始位置(homeposition)向驱动位置旋转，并且在第二方向从起始位置向倒挡位置(reverse position)旋转。旋钮还设有在起始位置和驱动范围位置之间的空挡位置，以及在起始位置和倒挡范围位置之间的空挡位置。通过磁体和感测元件的组合来感测旋钮的操作。旋钮设有被配置为通过旋钮的旋转而旋转的磁体。另一方面，感测元件被放置在板上，面对磁体，并且被配置为感测磁体的磁通的变化并由此识别旋钮处于哪个换挡位置。
对应于US 2014/0020495 A1的日本专利申请公开No.2004-020922(JP 2014-020922 A)公开了一种车辆换挡装置，其包括作为设有磁体的操作构件的换挡杆，以及面向磁体的多个感测元件，其中感测元件沿着磁体的轨迹成直线布置，如图14至19所示。当换挡杆从一个换挡位置移动到相邻换挡位置时，磁体移动对应于两个感测元件的距离，并且一个感测元件保持在开启状态，而另一个感测元件从开启状态变为关闭状态，并且另一个感测元件从关闭状态变为开启状态。基于感测元件的输出的组合，确定换挡杆的操作。
发明内容
在JP 2014-031149 A的车辆换挡装置中，感测元件由单个磁传感器实现。相应地，如果旋钮形式的操作构件的旋转角度小，则它会不利地影响换挡位置的感测的准确度。如果不仅要感测换挡位置而且要感测相邻两个换挡位置之间的中间位置，则可能需要通过连杆机构或齿轮机构等将磁体的移动从操作构件的旋转角度进行扩展。一般而言，通过这种车辆换挡装置难以进行这种多位置感测。
JP 2014-020922 A的车辆换挡装置需要布置在一行中的十一个位置的八个感测元件和三个空位(blank)，如JP 2014-020922 A的图14至19所示。这种配置需要磁体的显著大的移动，并且由此可能需要通过连杆机构或齿轮机构等将磁体的移动从操作构件的旋转角度进行扩展，如在JP 2014-031149A的车辆换挡装置中那样。特别地，如果采用旋钮或拨盘型操作构件，则关于多位置感测的这个问题更加显著。
而且，在JP 2014-020922 A的车辆换挡装置中，共用的感测元件被分配给彼此相邻的第一换挡位置和第二换挡位置。这种配置面临如下问题：如果感测元件发生故障，则有可能仅仅基于当前感测结果无法识别操作构件的当前换挡位置。可能需要通过进一步参考先前的感测结果来实现该识别。这导致控制系统的复杂性。
鉴于上述情况，优选地提供一种车辆换挡装置，其不仅能够感测操作构件的换挡位置，而且能够感测相邻的两个换挡位置之间的中间位置，并且即使其中一个感测元件发生故障，也能够仅仅基于当前感测结果识别操作构件处于哪个换挡位置。
根据本发明的一方面，一种车辆换挡装置包括：操作构件，其被配置为通过换挡操作而被旋转，并且被放在五个设定的换挡位置中所选择的一个，其中所述五个设定的换挡位置包括起始位置、用于向前驱动的驱动位置、用于反向驱动的倒挡位置、驱动侧空挡位置以及倒挡侧空挡位置，其中起始位置位于驱动位置和倒挡位置之间，其中驱动侧空挡位置位于起始位置和驱动位置之间，其中倒挡侧空挡位置位于起始位置和倒挡位置之间，并且其中操作构件还被配置为通过换挡操作的释放而返回到起始位置；磁体，其被配置为通过操作构件的旋转而沿着轨迹旋转；以及放在板上并沿着磁体的轨迹布置的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八和第九感测元件，其中板面向磁体，其中第一至第九感测元件中的每一个被配置为通过响应于接近磁体而处于第一状态来非接触地感测磁体，并且其中该第一状态指示磁体的存在；其中：第一和第二感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于驱动位置的状况而处于第一状态；第三和第四感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于驱动侧空挡位置的状况而处于第一状态；第四、第五和第六感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于起始位置的状况而处于第一状态；第六和第七感测元件中的每一个还响应于操作构件处于倒挡侧空挡位置的状况而处于第一状态；第八和第九感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于倒挡位置的状况而处于第一状态；第四和第五感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于起始位置和驱动侧空挡位置之间的第一驱动侧中间位置的状况而处于第一状态；第二和第三感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于驱动侧空挡位置和驱动位置之间的第二驱动侧中间位置的状况而处于第一状态；第五和第六感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于起始位置和倒挡侧空挡位置之间的第一倒挡侧中间位置的状况而处于第一状态；并且第七和第八感测元件中的每一个还被配置为响应于操作构件处于倒挡侧空挡位置和倒挡位置之间的第二倒挡侧中间位置的状况而处于第一状态。
车辆换挡装置还可以包括控制器，其中：控制器被配置为接收来自第一至第九感测元件的感测输出的输入，并且依赖于感测输出的组合来确定操作构件所处的位置，并输出该确定的结果；并且控制器还被配置为，当操作构件从驱动位置和驱动侧空挡位置中的一个位置向起始位置返回时，响应于在第六感测元件被置于第一状态之前第四和第五感测元件中的每一个处于第一状态的状况，确定操作构件处于起始位置，并且当操作构件从倒挡位置和倒挡侧空挡位置中的一个位置向起始位置返回时，响应于在第四感测元件被置于第一状态之前第五和第六感测元件中的每一个处于第一状态的状况，确定操作构件处于起始位置。车辆换挡装置还可以被配置为使得控制器还被配置为：响应于第一和第二感测元件中的至少一个处于第一状态的状况而确定操作构件处于驱动位置；响应于第八和第九感测元件中的至少一个处于第一状态的状况而确定操作构件处于倒挡位置；响应于第三和第四感测元件中的至少一个处于第一状态的状况而确定操作构件处于驱动侧空挡位置；响应于第六和第七感测元件中的至少一个处于第一状态的状况而确定操作构件处于倒挡侧空挡位置；以及响应于第四、第五和第六感测元件中的至少两个中的每一个处于第一状态的状况而确定操作构件处于起始位置。车辆换挡装置还可以被配置为使得：第五感测元件沿着磁体的轨迹部署在第四感测元件和第六感测元件之间；第四感测元件和第六感测元件沿着磁体的轨迹彼此面对；并且沿着磁体的轨迹，第四感测元件和第六感测元件之间的间隔小于第一感测元件和第二感测元件之间的间隔、第三感测元件和第四感测元件之间的间隔、第六感测元件和第七感测元件之间的间隔以及第八感测元件和第九感测元件之间的间隔。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的旋钮型车辆换挡装置的透视图。
图2是示出图1的车辆换挡装置的换挡位置样式的示意图。
图3是沿着图1中由线b-b指示的平面截取的图1的车辆换挡装置的截面图。
图4A至4E是示出图1的车辆换挡装置中对于操作构件的五个位置板上的多个磁传感器与磁体之间的位置关系的示意图。
图5A至图5E是示出对于操作构件的五个位置的磁传感器与磁体之间的位置关系的示意图。
图6是示出对于操作构件的九个位置磁传感器的输出的组合的表。
图7是示出对于操作构件的五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表，其中从图6中去除了关于操作构件的四个中间位置的列。
图8A是示出在第一磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图8B是示出在第一磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图9A是示出在第二磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图9B是示出在第二磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图10A是示出在第三磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图10B是示出在第三磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图11A是示出在第四磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图11B是示出在第四磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图12A是示出在第五磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图12B是示出在第五磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图13A是示出在第六磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图13B是示出在第六磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图14A是示出在第七磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图14B是示出在第七磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图15A是示出在第八磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图15B是示出在第八磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图16A是示出在第九磁传感器处于开启状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图16B是示出在第九磁传感器处于关闭状态故障的状态的情况下对于五个换挡位置磁传感器的输出的组合的表。
图17是示出图1的车辆换挡装置的控制系统的系统框图。
图18A是根据本发明第二实施例的杆式车辆换挡装置的透视图。
图18B是示出图18A的车辆换挡装置的换挡位置样式的示意图。
图19是图18A的车辆换挡装置的分解透视图。
图20A至20E是示出对于图18A的车辆换挡装置中的操作构件的五个位置板上的多个磁传感器与磁体之间的位置关系的示意图。
图21A至21E是示出对于图18A的车辆换挡装置中的操作构件的五个位置磁传感器与磁体之间的位置关系的示意图。
具体实施方式
图1至17示出了根据本发明的第一实施例的旋钮型车辆换挡装置。图1以透视图示出了整个车辆换挡装置。图2示出了图1的车辆换挡装置的换挡位置(或范围位置)样式。
如图1中所示，车辆换挡装置包括壳体1和作为操作构件的拨盘式操作旋钮5。壳体1具有大致矩形平行六面体形状，其具有包括要附连到另一个构件的安装底座部分2a的底侧。操作旋钮5安装到壳体1的四个侧外表面中的一个，操作旋钮5的旋转轴线水平地延伸并与该侧外表面垂直地延伸。壳体1包括壳体主体2、侧壳体3和上盖4，壳体主体2包括安装底座部分2a。车辆换挡装置安装到支撑方向盘的转向柱的一部分，或安装到仪表板的靠近方向盘的一部分。
车辆换挡装置在壳体1的上盖4的上表面上包括停车开关6和换挡位置指示器7。停车开关6是发光按钮型，也充当停车指示器。换挡位置指示器7是发光型。操作旋钮5具有圆柱形状，并且被壳体1可旋转地支撑，以便沿着操作旋钮5的圆周方向在正向(沿着图1中的箭头a1的方向)和反向(沿着图1中的箭头a2的方向)旋转。操作旋钮5被配置为正向和反向旋转，以在换挡位置之间进行选择并换挡。当车辆换挡装置安装到车辆时，操作旋钮5的正向(箭头a1的方向)被设定为在车辆纵向方向上向前。
操作旋钮5设有旋钮按钮8。旋钮按钮8部署在操作旋钮5的外周表面的顶部位置，并且被配置为在操作旋钮5的径向方向向外和向内行进。旋钮按钮8具有整体上在操作旋钮5的纵向方向(即，轴向方向)延伸的扁平盒形状。与操作旋钮5相邻的换挡位置指示器7包括指示空挡模式(或空挡位置)的指示“N”，指示向前驱动模式(或驱动位置)的指示“D”，以及指示反向驱动模式(或倒挡位置)的指示“R”。操作旋钮5通常自保持在与换挡位置指示器7的指示“N”的位置对应的位置。
图2示出了其中操作旋钮5被旋转的换挡位置样式，其中换挡位置样式被展开为平面。操作旋钮5设有五个设定的换挡位置，其与换挡位置指示器7的三个指示N、D、R分开定义。如图2中所示，操作旋钮5的换挡位置包括起始位置H、驱动位置D、倒挡位置R、驱动侧空挡位置Nd和倒挡侧空挡位置Nr。起始位置H是操作旋钮5在旋转方向的空挡位置。驱动位置D是通过使操作旋钮5从起始位置H反向(在箭头a2的方向上)旋转而选择的用于向前驱动的位置。倒挡位置R是通过使操作旋钮5从起始位置H正向(在箭头a1的方向上)旋转而选择的用于反向驱动的位置。驱动侧空挡位置Nd是起始位置H和驱动位置D之间的第一空挡位置。倒挡侧空挡位置Nr是起始位置H和倒挡位置R之间的第二空挡位置。
操作旋钮5的起始位置H在位置上对应于换挡位置指示器7的指示N。操作旋钮5的驱动位置D在位置上对应于换挡位置指示器7的指示D。操作旋钮5的倒挡位置R在位置上对应于换挡位置指示器7的指示R。
一般而言，操作旋钮5从起始位置H到驱动位置D的旋转角度和操作旋钮5从起始位置H到倒挡位置R的旋转角度等于大约10度或更小。操作旋钮5被配置为当从操作旋钮5释放换挡操作的力(或旋转操作力)时，操作旋钮5从除了起始位置H之外的任何位置通过自身立即返回到起始位置H。换言之，操作旋钮5不被配置为通过自身保持在驱动位置D、倒挡位置R、驱动侧空挡位置Nd和倒挡侧空挡位置Nr中的每一个。以这种方式，车辆换挡装置是瞬时类型。
操作旋钮5设有其中未示出的锁定机构。当操作旋钮5从起始位置H向倒挡位置R移动时，操作旋钮5停止并锁定在倒挡侧空挡位置Nr。然后，通过将旋钮按钮8在径向方向按压到操作旋钮5的内部，操作旋钮5被解锁并被允许移动到倒挡位置R。
图3示出了沿着图1中由线b-b指示的平面截取的图1的车辆换挡装置的截面图。壳体主体2容纳转子9，转子9被配置为通过操作旋钮5的旋转而旋转，使得转子9与操作旋钮5一体地且同轴地旋转或转动。转子9设有嵌在转子9的上部中的磁体10。磁体10是具有窄条形状的永磁体。壳体主体2还容纳板11，板11放在覆盖壳体主体2的上开口的上盖4的内部下表面上。板11设有包括九个磁传感器S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9的传感器组S，传感器组S放在板11的面向转子9的磁体10的内表面上。磁传感器S1-S9沿着磁体10的旋转或转动轨迹布置，覆盖磁体10通过的区域。每个磁传感器S1-S9都是非接触式感测元件，诸如霍尔效应元件。磁传感器S1-S9如图4A所示布置。每个磁传感器S1-S9被配置为通过由操作旋钮5的换挡操作引起的磁体10的相对移动(接近或背离)而在开启状态和关闭状态之间切换，并由此输出包括开启状态信号和关闭状态信号的二进制信号。当操作旋钮5被置于选择的一个换挡位置时，基于来自磁传感器S1-S9的信号输出的组合来识别所选择的换挡位置。
如下面详细描述的，磁传感器S1-S9被布置为不仅确定操作旋钮5的五个设定的换挡位置，而且确定操作旋钮5在相邻的两个设定的换挡位置之间的四个中间位置。
图4A至5E示出了磁传感器S1-S9的布置，并且示出了在通过操作旋钮5的换挡操作而产生的几种情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。磁体10嵌在转子9中，并且通过操作旋钮5的换挡操作一体地旋转，从而在操作旋钮5的旋转方向上旋转，并且当操作旋钮5在图1中的箭头a2的方向旋转时磁体10在图4A至4E中箭头a2的方向上移动，并且当操作旋钮5在图1中的箭头a1的方向旋转时磁体10在图5A至5E中箭头a1的方向上移动。
具体而言，图4A示出了在操作旋钮5处于起始位置H的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图4E示出了在操作旋钮5处于驱动位置D的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图4C示出了在操作旋钮5处于起始位置H和驱动位置D之间的驱动侧空挡位置(第一空挡位置)Nd的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图4B示出了在操作旋钮5处于起始位置H和驱动侧空挡位置Nd之间的第一驱动侧中间位置H-Nd的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图4D示出了在操作旋钮5处于驱动位置D和驱动侧空挡位置Nd之间的第二驱动侧中间位置Nd-D的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。
类似地，图5A示出了在操作旋钮5处于起始位置H的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图5E示出了在操作旋钮5处于倒挡位置R的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图5C示出了在操作旋钮5处于起始位置H和倒挡位置R之间的倒挡侧空挡位置(第二空挡位置)Nr的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图5B示出了在操作旋钮5处于起始位置H和倒挡侧空挡位置Nr之间的第一倒挡侧中间位置H-Nr的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。图5D示出了在操作旋钮5处于倒挡位置R和倒挡侧空挡位置Nr之间的第二倒挡侧中间位置Nr-R的情况下磁体10相对于磁传感器S1-S9的位置。
在图4A至5E中，板11的显著地受到磁体10的磁通影响的区域由阴影图案表示。一般而言，这个区域包含了磁体10的实际形状并且依赖于磁化过程而大于磁体10的实际形状。相反，磁体10的形状和尺寸被设定为产生图4A至5E中所示的磁通的区域。假设即使当磁传感器S1-S9接近磁体10时，磁传感器S1-S9也仍保持关闭状态，除非图4A至5E中由“+”指示的磁传感器S1-S9的中心在磁体10的磁通的区域之内。当磁传感器S1-S9的中心进入磁体10的磁通的区域时，之后，磁传感器S1-S9变为开启状态。
如图4A至图5E中所示，磁传感器S1-S9沿着由操作旋钮5的换挡操作引起的磁体10的旋转或转动运动的方向在板11上布置成两行。在这个实施例中，磁传感器S2、S4、S6和S8布置在下面的行中，而磁传感器S1、S3、S5、S7和S9布置在上面的行中，其中第五磁传感器S5稍微向上偏离上面的行，并且第五磁传感器S5的姿态与其它磁传感器垂直。每个磁传感器S1-S9的位置在磁体10通过的区域内。在磁体10的移动方向上，第四磁传感器S4和第六磁传感器S6之间的间隔小于第一磁传感器S1和第二磁传感器S2之间的间隔、第三磁传感器S3和第四磁传感器S4之间的间隔、第六传感器S6和第七磁传感器S7之间的间隔以及第八磁传感器S8和第九磁传感器S9之间的间隔。
下面的行中的磁传感器S4和S6以及上面的行中的第五磁传感器S5被分配给起始位置H，其中这些磁传感器的开启状态的组合指示操作旋钮5处于起始位置H。下面的行中的第四磁传感器S4和上面的行中的第五磁传感器S5被分配给第一驱动侧中间位置H-Nd。上面的行中的第三磁传感器S3和下面的行中的第四磁传感器S4被分配给驱动侧空挡位置Nd。利用该分配，通过磁传感器S3和S4的开启状态的组合来感测操作旋钮5从起始位置H到驱动侧空挡位置Nd的换挡操作。而且，在操作旋钮5到达驱动侧空挡位置Nd之前的过渡情况下，通过磁传感器S4和S5的开启状态的组合来感测操作旋钮5处于第一驱动侧中间位置H-Nd。
而且，下面的行中的第二磁传感器S2和上面的行中的第三磁传感器S3被分配给第二驱动侧中间位置Nd-D。上面的行中的第一磁传感器S1和下面的行中的第二磁传感器S2被分配给驱动位置D。利用该分配，通过磁传感器S1和S2的开启状态的组合来感测操作旋钮5从起始位置H经由驱动侧空挡位置Nd到驱动位置D的换挡操作。而且，在操作旋钮5通过驱动侧空挡位置Nd之后到达驱动位置D之前的过渡情况下，通过磁传感器S2和S3的开启状态的组合来感测操作旋钮5处于第二驱动侧中间位置Nd-D。
图5A至5E中所示的位置关系类似于上面参照图4A至4E所述的位置关系。即，下面的行中的第六磁传感器S6和上面的行中的第五磁传感器S5被分配给第一倒挡侧中间位置H-Nr。上面的行中的第七磁传感器S7和下面的行中的第六磁传感器S6被分配给倒挡侧空挡位置Nr。利用该分配，通过磁传感器S6和S7的开启状态的组合来感测操作旋钮5从起始位置H到倒挡侧空挡位置Nr的换挡操作。而且，在操作旋钮5到达倒挡侧空挡位置Nr之前的过渡情况下，通过磁传感器S5和S6的开启状态的组合来感测操作旋钮5处于第一倒挡侧中间位置H-Nr。
而且，下面的行中的第八磁传感器S8和上面的行中的第七磁传感器S7被分配给第二倒挡侧中间位置Nr-R。上面的行中的第九磁传感器S9和下面的行中的第八磁传感器S8被分配给倒挡位置R。利用该分配，通过磁传感器S8和S9的开启状态的组合来感测操作旋钮5从起始位置H经由倒挡侧空挡位置Nr到倒挡位置R的换挡操作。而且，在操作旋钮5通过倒挡侧空挡位置Nr之后到达倒挡位置R之前的过渡情况下，通过磁传感器S7和S8的开启状态的组合来感测操作旋钮5处于第二倒挡侧中间位置Nr-R。
图6示出了对于五个设定的换挡位置D、Nd、H、Nr和R以及四个中间位置Nd-D、H-Nd、H-Hr和Hr-R磁传感器S1-S9的开启状态或关闭状态的组合。在这个表中，“H”指示开启状态的高电平，而“L”指示关闭状态的低电平。
如图6中所示，除了磁传感器S1和S9之外，每个磁传感器S2-S8被共同分配给包括中间位置的九个位置中的相邻两个。第五磁传感器S5被共同分配给九个位置中的相邻三个，即，起始位置H、第一驱动侧中间位置H-Nd和第一倒挡侧中间位置H-Nr。利用该分配，可以基于磁传感器S1-S9的输出的组合来感测操作旋钮5的九个位置。
起始位置H分配有磁传感器S4、S5和S6，驱动位置D分配有磁传感器S1和S2，并且倒挡位置R分配有磁传感器S8和S9。相应地，起始位置H、驱动位置D和倒挡位置R分配有磁传感器S1-S9的相应的唯一的集合，使得磁传感器S1-S9中没有一个在起始位置H、驱动位置D和倒挡位置R之中共用。
图7示出了对于除中间位置Nd-D、H-Nd、H-Hr和Hr-R之外的五个设定的换挡位置D、Nd、H、Nr和R的磁传感器S1-S9的开启-关闭输出的组合。从图7可以容易地理解，如上所述，磁传感器S1-S9中没有一个在起始位置H、驱动位置D和倒挡位置R之中共用。
另一方面，图8A至16B示出了当磁传感器S1-S9中的一个发生故障时磁传感器S1-S9的开启-关闭输出的组合，图7示出了当磁传感器S1-S9中没有磁传感器发生故障时磁传感器S1-S9的开启-关闭输出的组合。故障是使磁传感器与磁体10的位置无关地始终处于开启状态的开启状态故障，或者使磁传感器与磁体10的位置无关地始终处于关闭状态的关闭状态故障。
具体而言，图8A示出了当第一磁传感器S1处于开启状态故障的状态时磁传感器S1-S9的输出的组合，而图8B示出了当第一磁传感器S1处于关闭状态故障的状态时磁传感器S1-S9的输出的组合。图9A至16B类似于图8A或图8B，示出了当磁传感器S2-S9中的一个处于开启状态故障的状态或关闭状态故障的状态时磁传感器S1-S9的输出的组合。
如图7中所示，在五个设定的换挡位置中，除了起始位置H之外，设定的换挡位置D、Nd、Nr和R分配有两个唯一的磁传感器，使得在换挡位置D、Nd、Nr和R之间没有磁传感器是共用的。起始位置H唯一地分配有未分配给换挡位置D、Nd、Nr和R中任何一个的第五磁传感器S5，并且分配有还分配给驱动侧空挡位置Nd的第四磁传感器S4和还分配给倒挡侧空挡位置Nr的第六磁传感器S6。
利用上述磁传感器S1-S9的布置，无论操作旋钮5通过换挡操作被移动到五个设定的换挡位置D、Nd、H、Nr和R中的哪一个位置，都可以基于磁传感器S1-S9的输出的组合正确地识别所选择的换挡位置。
另一方面，如下面详细描述的，即使磁传感器S1-S9中的一个处于开启状态故障的状态或关闭状态故障的状态，无论操作旋钮5通过换挡操作被移动到五个设定的换挡位置D、Nd、H、Nr和R中的哪一个位置，都可以基于参考图8A至16B的磁传感器S1-S9的输出的组合正确地识别所选择的换挡位置。
例如，参考示出第一磁传感器S1处于开启状态故障的状态的情况的图8A，并且参考示出第一磁传感器S1处于关闭状态故障的状态的情况的图8B，应当指出的是，即使当第一磁传感器S1始终处于开启状态(表中的“H”)或关闭状态(表中的“L”)时，对于五个换挡位置D、Nd、H、Nr和R中的任何一个的磁传感器S1-S9的输出样式也与任何其它换挡位置的样式不完全相同。这对于图9A至16B中所示的情况也是成立的。
因此，即使当磁传感器S1-S9中的一个发生故障时，也可以基于磁传感器S1-S9的输出的组合正确地识别通过换挡操作选择的五个换挡位置D、Nd、H、Nr和R，这允许车辆换挡装置的持续正常操作。
分配给起始位置H的磁传感器S4、S5和S6的布置如下进行。第四磁传感器S4和第六磁传感器S6放在第五磁传感器S5的相对侧，如图4A中所示直接彼此面对。第四磁传感器S4和第六磁传感器S6之间的间隔被设为小于第一磁传感器S1和第二磁传感器S2之间的间隔、第三磁传感器S3和第四磁传感器S4之间的间隔、第六磁传感器S6和第七磁传感器S7之间的间隔以及第八磁传感器S8和第九磁传感器S9之间的间隔。这种配置用于减小通过操作旋钮5的旋转而旋转的磁体10的行程范围，使得本发明能够容易应用于操作旋钮5的操作量小的车辆换挡装置。这进一步使得放置有磁传感器S1-S9的板11紧凑，并由此允许整个车辆换挡装置紧凑。
图17示出了示出车辆换挡装置的控制系统的框图。控制系统包括磁传感器S1-S9和作为控制器的控制单元(线控换挡控制单元)12。控制单元12被配置为接收磁传感器S1-S9的感测输出的输入。控制单元12由诸如CPU、ROM和RAM的组件构成，并且包括记忆部分13、比较部分14和输出部分15。输出部分15被配置为最终基于识别出的操作旋钮5的位置将换挡命令信号输出到车辆变速器。
控制单元12的记忆部分13主动地记忆图6中所示的对于五个设定的换挡位置D、Nd、H、Nr和R以及四个中间位置Nd-D、H-Nd、Nr-H和R-Nr的磁传感器S1-S9的输出样式，以及图8A至16B中所示的当磁传感器S1-S9中的一个处于开启状态故障的状态或关闭状态故障的状态时对于五个设定的换挡位置D、Nd、H、Nr和R的磁传感器S1-S9的输出的样式。
控制单元12的比较部分14被配置为将通过操作旋钮5的换挡操作输入的磁传感器S1-S9的输出的样式与记忆部分13中记忆的样式进行比较，确定操作旋钮5的换挡位置，并且将比较和确定的结果发送到输出部分15。然后，输出部分15被配置为基于识别出的操作旋钮5的位置最终向车辆变速器输出换挡命令信号。
如图6中所示，在分配给起始位置H的磁传感器S4-S6中，第四磁传感器S4和第五磁传感器S5还分配给第一驱动侧中间位置H-Nd，并且第五磁传感器S5和第六磁传感器S6还分配给第一倒挡侧中间位置H-Nr。
鉴于上述，控制单元12被配置为使得在操作旋钮5从驱动位置D或驱动侧空挡位置Nd返回到起始位置H的情况下，在操作旋钮5通过第一驱动侧中间位置H-Nd的时候，确定操作旋钮5已经返回到起始位置H，使得在操作旋钮5实际返回到起始位置H之前，第四磁传感器S4和第五磁传感器S5被置于开启状态。
类似地，控制单元12被配置为使得在操作旋钮5从倒挡位置R或倒挡侧空挡位置Nr返回到起始位置H的情况下，在操作旋钮5通过第一倒挡侧中间位置H-Nr的时候，确定操作旋钮5已经返回到起始位置H，使得在操作旋钮5实际返回到起始位置H之前，第五磁传感器S5和第六磁传感器S6被置于开启状态。
以这种方式，在实际完成返回之前，预先读取操作旋钮5返回到起始位置H。这个特征允许无延迟地快速执行以下操作。这个特征还用于即使当分配给起始位置H的磁传感器S4-S6中的一个发生故障处于开启状态故障的状态或关闭状态故障的状态下时，也能准确地确定操作旋钮5返回到起始位置H。
如上面参考图6所描述的，除了起始位置H之外，在驱动位置D、驱动侧空挡位置Nd、倒挡侧空挡位置Nr和倒挡位置R之间没有共同分配的磁传感器，这些位置中的每一个都分配有一对磁传感器。
此外，在分配给起始位置H的磁传感器S4-S6中，第四磁传感器S4还被分配给驱动侧空挡位置Nd，第六磁传感器S6还被分配给倒挡侧空挡位置Nr。但是，第五磁传感器S5仅分配给五个设定的换挡位置中的起始位置H。相应地，第四磁传感器S4和第五磁传感器S5的组合以及第五磁传感器S5和第六磁传感器S6的组合与分配给剩余四个换挡位置D、Nd、Nr和R的磁传感器的组合中的任何一个都不相同。
鉴于上述，控制单元12被配置为通过不仅在两个被分配的磁传感器都处于开启状态时确定所选择的换挡位置，而且在两个被分配的磁传感器中只有一个处于开启状态时确定所选择的换挡位置，来实现对四个换挡位置D、Nd、Nr和R的确定。
类似地，关于对起始位置H的识别，控制单元12被配置为不仅当三个被分配的磁传感器S4-S6都处于开启状态时识别对起始位置H的选择，而且当三个被分配的磁传感器S4-S6中只有两个处于开启状态时识别对起始位置H的选择。
以这种方式，即使当分配给驱动范围位置D、驱动侧空挡位置Nd和倒挡侧空挡位置Nr以及倒挡范围位置R中的每一个的两个传感器中有一个发生故障时，也可以正确地识别对这四个换挡位置中的每一个的选择。而且，当分配给起始位置H的磁传感器S4-S6中的一个发生故障时，可以正确地识别对起始位置H的选择。总之，即使当分配给五个换挡位置中的每一个的传感器中有一个发生故障时，也可以仅仅基于当前感测结果正确地识别对这五个换挡位置中的每一个的选择。
图18A至21E示出了根据本发明第二实施例的杆式车辆换挡装置。图18A以透视图示出了车辆换挡装置。图18B示出了图18A的车辆换挡装置的换挡位置样式。图19示出了车辆换挡装置的分解透视图。
如图18A中所示，车辆换挡装置包括壳体20和作为操作构件的换挡杆21。壳体20具有盒形状，其具有垂直延伸的纵向轴线。换挡杆21从壳体20的内部通过壳体20的顶部突出到壳体20的外部。换挡杆21在其远端包括抓握部分21a，其中抓握部分21a具有球形形状。换挡杆21由壳体20可旋转地支撑，以便在车辆纵向方向上向前(如箭头a1所指示的)和向后(如箭头a2所指示的)旋转或转动。
如图18B中所示，类似于第一实施例，换挡杆21设有五个设定的换挡位置。换挡杆21的换挡位置包括起始位置H、用于向前驱动的驱动位置D、用于反向驱动的倒挡位置R、作为在起始位置H和驱动范围位置D之间的第一空挡位置的驱动侧空挡位置Nd，以及作为在起始位置H和倒挡范围位置R之间的第二空挡位置的倒挡侧空挡位置Nr。
与第一实施例类似，换挡杆21被配置为当换挡操作的力(或旋转操作力)从换挡杆21释放时从除了起始位置H之外的任何位置通过自身立即返回到起始位置H，并且自身保持在起始位置H。这个机构由未示出的弹簧等实现。
壳体20包括壳体主体22、侧盖23和上盖24。壳体主体22具有扁平的盒形状。侧盖23附连到壳体主体22的一个侧面，并且是浅矩形盘的形式。上盖24附连在壳体主体22的顶面。
如图19中所示，换挡杆21的下半部分部署在壳体主体22的内部空间中，其中上盖24从那里被分离。换挡杆21在纵向方向上的中心处设有球形部分25。球形部分25设有在换挡杆21的横向方向突出的旋转轴部分25a。旋转轴部分25a由轴承凹部22a可旋转地支撑，轴承凹部22a在壳体主体22的顶部开口的边缘中形成。在将上盖24附连到壳体主体22以覆盖球形部分25之后，换挡杆21被支撑以通过换挡操作相对于壳体主体22在车辆纵向方向旋转或转动。
壳体主体22具有包括容纳凹部26的侧表面，其中容纳有彼此相对并且彼此靠近的板27和V形转动杆28。通过将侧盖23附连到壳体主体22来覆盖这些组件。通过在其中心部分包括窗口40的分隔壁部分来限定容纳凹部26并将容纳凹部26从壳体主体22的内部分隔开。
转动杆28包括轴孔29和槽30，以及嵌入转动杆28中的磁体31，其中磁体31是具有矩形形状的永磁体。板27在其中心部分处包括轴孔32。被用来覆盖板27的侧盖23在其内表面的中心部分包括支撑轴部分23a，其中支撑轴部分23a在横向方向突出并穿过板27的轴孔32和转动杆28的轴孔29。利用上述配置，在将侧盖23组装到壳体主体22的容纳凹部26之后，侧盖23的支撑轴部分23a用于相对于壳体主体22将板27居中和定位，并且还可旋转地支撑转动杆28以允许转动杆28相对于壳体主体22旋转或转动。
换挡杆21设有位于旋转轴部分25a下方的连杆销33。连杆销33被配置为通过窗口40装配在转动杆28的槽30中。当换挡杆21通过换挡操作在车辆纵向方向移动时，转动杆28相对于换挡杆21的旋转以预定的杠杆比绕旋转轴部分25a旋转。
板27设有九个磁传感器S1-S9，其中磁传感器S1-S9放在板27的面向转动杆28的磁体31的内表面上，并且如图20A中所示布置。磁传感器S1-S9沿着磁体31的旋转或转动轨迹布置，覆盖磁体31通过的区域。每个磁传感器S1-S9是非接触式感测元件，诸如霍尔效应元件。每个磁传感器S1-S9被配置为通过由换挡杆21的换挡操作引起的磁体31的相对移动(接近或背离)在开启状态和关闭状态之间切换，并由此输出包括开启状态信号和关闭状态信号的二进制信号。当换挡杆21被置于所选择的一个换挡位置时，基于来自从磁传感器S1-S9的输出的信号输出的组合来识别所选择的换挡位置。
如图20A至21E中所示，当通过换挡操作旋转换挡杆21时，嵌在转动杆28中的磁体31与换挡杆21一起绕侧盖23的支撑轴部分23a的旋转轴线旋转或转动。
图20A至21E示出了磁传感器S1-S9的布置，并且示出了对于通过换挡杆21的换挡操作而产生的情况，磁体31相对于磁传感器S1-S9的位置。磁体31嵌在转动杆28中并且通过换挡杆21的换挡操作而旋转，以在与换挡杆21的抓握部分21a的移动方向相反的方向上移动，即，在图20A至20E中箭头a12的方向和图21A至21E中箭头a11的方向上移动。
磁传感器S1-S9以多行布置的配置与图4A至5E中所示的第一实施例的配置是共同的，其中图20A至20E对应于图4A至4E，图21A至21E对应于图5A至5E。
应当指出，针对图18中所示的换挡杆21的移动的箭头a1的方向对应于针对图21A至21E中所示的转动杆28的磁体31的移动的箭头a11的方向，并且针对图18中所示的换挡杆21的移动的箭头a2的方向对应于针对图20A至20E中所示的转动杆28的磁体31的移动的箭头a12的方向，因为换挡杆21(抓握部分21a)的移动方向与转动杆28的磁体31的移动方向相反，如图19中所示。
关于第一实施例的图6至16B中所示的磁传感器S1-S9的输出的组合的表对于第二实施例也是成立的。控制单元12也如第一实施例中那样被采用和配置。相应地，根据第二实施例的杆式车辆换挡装置起到和产生如根据第一实施例的旋钮式车辆换挡装置一样的有益效果。
根据本实施例，五个换挡位置和四个中间位置可以由九个感测元件感测。因此实现了对于车辆换挡装置的多个位置检测。而且，即使当分配给每个换挡位置的感测元件中的一个故障时也可以通过仅基于当前感测结果识别所选择的换挡位置的特征增强了线控换挡型车辆换挡装置的安全性。
2016年3月18日提交的日本专利申请2016-054675的全部内容通过引用合并于此。
虽然上面已经参考本发明的某些实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述实施例。根据上述教导，本领域技术人员将想到上述实施例的修改和变化。本发明的范围参考以下权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种车辆换挡装置，包括：
操作构件，其被配置为通过换挡操作而旋转，并且被置于五个设定的换挡位置中的选择的一个换挡位置，其中所述五个设定的换挡位置包括起始位置、用于向前驱动的驱动位置、用于反向驱动的倒挡位置、驱动侧空挡位置以及倒挡侧空挡位置，其中所述起始位置位于所述驱动位置和所述倒挡位置之间，其中所述驱动侧空挡位置位于所述起始位置和所述驱动位置之间，其中所述倒挡侧空挡位置位于所述起始位置和所述倒挡位置之间，并且其中所述操作构件还被配置为通过换挡操作的释放而返回到所述起始位置；
磁体，其被配置为通过所述操作构件的旋转而沿着轨迹旋转；以及
放在板上并且沿着所述磁体的轨迹布置的第一感测元件、第二感测元件、第三感测元件、第四感测元件、第五感测元件、第六感测元件、第七感测元件、第八感测元件和第九感测元件，其中所述板面向所述磁体，其中所述第一感测元件至第九感测元件中的每一个被配置为通过响应于接近所述磁体而处于第一状态来非接触地感测磁体，并且其中所述第一状态指示所述磁体的存在；
其中：
所述第一感测元件和所述第二感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述驱动位置的状况而处于所述第一状态；
所述第三感测元件和所述第四感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述驱动侧空挡位置的状况而处于所述第一状态；
所述第四感测元件、所述第五感测元件和所述第六感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述起始位置的状况而处于所述第一状态；
所述第六感测元件和所述第七感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述倒挡侧空挡位置的状况而处于所述第一状态；
所述第八感测元件和所述第九感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述倒挡位置的状况而处于所述第一状态；
所述第四感测元件和所述第五感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述起始位置和所述驱动侧空挡位置之间的第一驱动侧中间位置的状况而处于所述第一状态；
所述第二感测元件和所述第三感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述驱动侧空挡位置和所述驱动位置之间的第二驱动侧中间位置的状况而处于所述第一状态；
所述第五感测元件和所述第六感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述起始位置和所述倒挡侧空挡位置之间的第一倒挡侧中间位置的状况而处于所述第一状态；并且
所述第七感测元件和所述第八感测元件中的每一个还被配置为响应于所述操作构件处于所述倒挡侧空挡位置和所述倒挡位置之间的第二倒挡侧中间位置的状况而处于所述第一状态。
2.如权利要求1所述的车辆换挡装置，还包括控制器，其中：
所述控制器被配置为接收来自所述第一感测元件至所述第九感测元件的感测输出的输入，并且依赖于所述感测输出的组合来确定所述操作构件所处的位置，并且输出所确定的结果；并且
所述控制器还被配置为，当所述操作构件从所述驱动位置和所述驱动侧空挡位置中的一个位置向所述起始位置返回时，响应于在所述第六感测元件被置于所述第一状态之前所述第四感测元件和所述第五感测元件中的每一个处于所述第一状态的状况，确定所述操作构件处于所述起始位置，以及当所述操作构件从所述倒挡位置和所述倒挡侧空挡位置中的一个位置向所述起始位置返回时，响应于在所述第四感测元件被置于所述第一状态之前所述第五感测元件和所述第六感测元件中的每一个处于所述第一状态的状况，确定所述操作构件处于所述起始位置。
3.如权利要求2所述的车辆换挡装置，其中所述控制器还被配置为：
响应于所述第一感测元件和所述第二感测元件中的至少一个处于所述第一状态的状况而确定所述操作构件处于所述驱动位置；
响应于所述第八感测元件和所述第九感测元件中的至少一个处于所述第一状态的状况而确定所述操作构件处于所述倒挡位置；
响应于所述第三感测元件和所述第四感测元件中的至少一个处于所述第一状态的状况而确定所述操作构件处于所述驱动侧空挡位置；
响应于所述第六感测元件和所述第七感测元件中的至少一个处于所述第一状态的状况而确定所述操作构件处于所述倒挡侧空挡位置；并且
响应于所述第四感测元件、所述第五感测元件和所述第六感测元件中的至少两个中的每一个处于所述第一状态的状况而确定所述操作构件处于所述起始位置。
4.如权利要求3所述的车辆换挡装置，其中：
所述第五感测元件沿着所述磁体的轨迹部署在所述第四感测元件和所述第六感测元件之间；
所述第四感测元件和所述第六感测元件沿着所述磁体的轨迹彼此面对；并且
沿着所述磁体的轨迹，所述第四感测元件和所述第六感测元件之间的间隔小于所述第一感测元件和所述第二感测元件之间的间隔、所述第三感测元件和所述第四感测元件之间的间隔、所述第六感测元件和所述第七感测元件之间的间隔以及所述第八感测元件和所述第九感测元件之间的间隔。
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