自锁式旋钮换挡装置技术领域
本发明涉及一种乘用车换挡装置，特别涉及一种自锁式旋钮换挡装置，是乘
用车动力系统的主要零配件之一。
背景技术
随着乘用车整车技术不断发展，乘用车的动力系统不再局限于由汽油发动机
或柴油发动机等内燃机产生动力，而直接采用电动机作为主要动力源或辅助动力
源。绿色环保的纯电动车和兼具低排放、强动力的混合动力汽车竞相出现。传统
的乘用车发动机一般匹配机械式换挡装置，随着技术进一步发展，与混合动力汽
车、纯电动车相适应的电子式换挡装置应运而生。所述电子式换挡装置以检测电
信号为核心控制方式，具有延时低、精度高，操作便捷等特点。现有的电子式换
挡装置包括旋钮类和手柄类，然而当驾驶员操纵旋钮类或手柄类电子式换挡装置
时，均不能避免误操作，如误挂档位。特别地，如突发事件发生时，由于误操作
很可能造成行车安全隐患。
具体地，无论操纵旋钮类电子式换挡装置还是手柄类电子式换挡装置，驾驶
员均可在任意情况下切换档位而无任何前置限制。当在错误时机切换档位或实际
档位与意图切换的档位不一致时，此类误操作必将造成行车安全隐患。例如，在
不需要换挡时而误操作换挡，对车载人员和乘用车均构成威胁。
换而言之，现有的旋钮类电子式换挡装置或手柄类电子式换挡装置，均不能
实现档位锁定，导致换挡装置可能被驾驶员、副驾驶座上的未成年人等人员误操
作而造成行车安全隐患。因此，有必要提出一种可实现档位锁定的电子式换挡装
置，避免误操作换挡装置而造成行车安全隐患。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置可锁定档位，防止所述自锁式旋钮换挡装置被人为误操作。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，预定档位可实现机械
锁定，所述自锁式旋钮换挡装置防止在不需要换挡时被误操作而造成行车安全隐
患。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置在换挡时同步自锁，即确保换挡动作和自锁动作的同步性。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置的换挡控制组件和自锁控制组件共用档位柱支架，使得在换挡的同时同步自
锁，确保换挡动作和自锁动作的同步性。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置可平滑切换P-R-N-D档位(停车档-倒车档-空档-行驶档)。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置检测光电信号而切换P-R-N-D档位。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置检测光电信号而指示P-R-N-D档位。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置检测光电信号而锁定档位。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡
装置检测到预定光电信号时同步切换且锁定至预定档位。
本发明的目的之一在于提供一种自锁式旋钮换挡装置，当自锁控制组件的可
伸缩式电磁铁通电时旋钮无法被转动而无法切换档位，当自锁控制组件的可伸缩
式电磁铁不通电时旋钮可以被转动而实现切换档位。
为实现本发明的以上目的，本发明提供一种自锁式旋钮换挡装置，包括：
一旋钮；
一换挡控制组件，所述换挡控制组件包括一换挡控制面板和一个或多个光电
传感器，每所述光电传感器电连接所述换挡控制面板，所述换挡控制面板包括一
档位柱支架，所述档位柱支架分别固定连接所述换挡控制面板和所述旋钮，所述
换挡控制面板检测每所述光电传感器的光电信号以匹配且切换档位；和
一自锁控制组件，所述自锁控制组件包括一自锁限位环和一自锁滑块，所述
自锁限位环固定连接所述档位柱支架，所述换挡控制面板匹配预定档位的光电信
号以触发所述自锁滑块锁定所述自锁限位环。
根据本发明的一个实施例，其中所述自锁限位环具有两自锁限位环端部，两
所述自锁限位环端部弧形延伸形成一自锁限位环凹槽，所述自锁滑块具有一自锁
滑块凸台，所述自锁滑块凸台嵌入所述自锁限位环凹槽以锁定所述自锁限位环。
根据本发明的一个实施例，其中所述自锁控制组件进一步包括一电磁铁控制
面板和一可伸缩式电磁铁，所述电磁铁控制面板线束连接所述换挡控制面板，所
述可伸缩式电磁铁电连接所述电磁铁控制面板，所述可伸缩式电磁铁电磁吸引所
述自锁滑块以解锁所述自锁限位环。
根据本发明的一个实施例，其中所述换挡控制组件进一步包括一档位指示板
接插件，所述档位指示板接插件电连接所述换挡控制面板，所述换挡控制面板匹
配光电信号以向所述档位指示板接插件输出档位信息。
根据本发明的一个实施例，其中所述档位柱支架一体延伸形成一挡片，每所
述光电传感器具有一光电传感器凹槽，所述挡片嵌入每所述光电传感器凹槽以阻
隔光电信号。
根据本发明的一个实施例，其中所述换挡控制组件进一步包括一旋钮轨道，
所述旋钮轨道固定连接所述换挡控制面板，所述挡片围绕所述旋钮轨道的外周缘
运动。
根据本发明的一个实施例，其中所述旋钮轨道进一步向外一体延伸形成两限
位柱，两所述限位柱相对于所述旋钮轨道的圆心的锐角夹角为135°，所述挡片
被限制于两所述限位柱的锐角夹角内运动。
根据本发明的一个实施例，其中所述换挡控制组件包括四个所述光电传感器，
相邻两个所述光电传感器相对于所述旋钮轨道的圆心的锐角夹角为35°，首尾
两个所述光电传感器分别设置于所述限位柱处。
根据本发明的一个实施例，其中所述旋钮具有一手旋部和一固定支撑部，所
述固定支撑部分别固定连接所述档位柱支架和所述手旋部，所述手旋部具有磨砂
涂层或防滑涂层。
根据本发明的一个实施例，其中所述旋钮进一步包括一旋钮配重环，所述手
旋部具有一手旋部凹槽，所述旋钮配重环嵌入所述手旋部凹槽以增强所述旋钮的
质感和握感。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的爆炸透视图。
图2是根据本发明的实施例的局部透视图。
图3是根据本发明的实施例的局部透视图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中
的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以
下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方
案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
根据本发明的一个优选实施例，参考附图的图1，本发明提供一种自锁式旋
钮换挡装置，所述自锁式旋钮换挡装置适用于纯电动车、混合动力汽车等新型乘
用车，其包括一上壳体700、一中壳体300和一下壳体100以及一旋钮800。其
中所述旋钮800分别贯穿所述上壳体700、所述中壳体300和所述下壳体100，
并且所述旋钮800可被旋转从而切换至对应的档位。
优选地，参考附图的图1，所述自锁式旋钮换挡装置包括一换挡控制组件500
和一自锁控制组件600，其中所述旋钮800连接所述换挡控制组件500，从而所
述旋钮800被旋转时带动所述换挡控制组件500以切换档位。进一步地，所述换
挡控制组件500与所述自锁控制组件600对应连接，使得所述旋钮800被旋转至
预定档位时同步触发所述自锁控制组件600，从而将所述自锁式旋钮换挡装置锁
定至预定档位。
具体地，参考附图的图1，所述上壳体700与所述中壳体300之间和所述中
壳体300和所述下壳体100之间分别采用螺钉和卡扣连接，简单易装，便于拆卸
安装。所述上壳体700具有一上壳体贯通孔701，所述旋钮800通过所述上壳体
贯通孔701贯通所述上壳体700。所述旋钮800具有一手旋部801和一固定支撑
部802，所述固定支撑部802位于所述手旋部801下方，所述固定支撑部802同
轴且一体连接所述手旋部801。优选地，所述固定支撑部802与所述手旋部801
均呈圆柱状，所述固定支撑部802的水平截面直径略小于所述手旋部801的水平
截面直径。进一步地，所述旋钮800进一步包括一旋钮配重环803，以便增加所
述旋钮800的自重。所述旋钮配重环803的内径略小于或等于所述固定支撑部
802的外径，使得所述旋钮配重环803可紧密贴附所述固定支撑部802。另一方
面，所述手旋部801进一步具有一手旋部凹槽8011，所述手旋部凹槽8011位于
所述手旋部801底部内侧，所述旋钮配重环803的顶部嵌入所述手旋部凹槽8011，
以便进一步将所述旋钮配重环803稳固地置于所述旋钮800内。再一方面，所述
手旋部801的顶面和侧面可被进一步加工，以便增强所述旋钮800的握感和质感，
优化所述旋钮800的用户操纵体验。例如，将所述手旋部801的顶面和侧面给予
磨砂工艺处理，或者将所述手旋部801的顶面和侧面敷设或喷涂防滑涂层，避免
黏附汗液而造成操纵不便，优化所述旋钮800的用户操纵体验。还一方面，所述
旋钮配重环803可由一种或多种密度材料加工制成，同时可调节所述旋钮配重环
803的内外径差，以便匹配不同质量对应的握感和质感，优化所述旋钮800的用
户操纵体验。
具体地，参考附图的图1和图2，图2是所述换挡控制组件500的局部透视
图。所述换挡控制组件500包括一档位柱支架501、一换挡控制面板400和一旋
钮轨道401。其中，所述旋转轨道401固定连接所述换挡控制面板400，所述换
挡控制面板400进一步具有一换挡控制面板贯通孔402，所述档位柱支架501的
上端与所述旋钮800固定连接，所述档位柱支架501的下端贯通所述换挡控制面
板400，使得所述旋钮800被旋转时同步带动所述档位柱支架501。优选地，所
述档位柱支架501和所述旋钮轨道401相互啮合，如同隼接。优选地，所述档位
柱支架501呈圆台状，所述档位柱支架501的竖直截面的外轮廓呈倒置的“凸”
字形，所述旋钮轨道401的竖直截面的外轮廓呈正置的“凸”字形。换而言之，
所述档位柱支架501进一步具有一第一支架端部5011和一第二支架端部5012，
所述第一支架端部5011的水平截面直径大于所述第二支架端部5012的水平截面
直径。所述旋钮轨道401进一步具有一第一轨道端部4011和一第二轨道端部4012，
所述第一轨道端部4011的水平截面直径小于所述第二轨道端部4012的水平截面
直径。优选地，所述第二轨道端部4012的水平截面直径略小于所述第二支架端
部5012的水平截面直径。
进一步地，所述第二支架端部5012外边缘一体延伸形成一挡片504，所述
挡片504的位置恰好外置于所述第二轨道端部4012。进一步地，一体延伸形成
的所述挡片504可围绕所述第二轨道端部4012的外周缘旋转。值得一提的是，
所述第二轨道端部4012进一步向外一体延伸形成两个限位柱4013。值得一提的
是，两个限位柱4013对应所述第二轨道端部4012圆心的夹角等于或略大于135°，
将所述挡片504围绕所述第二轨道端部4012的旋转范围限制在135°。换而言
之，所述限位柱4013的水平截面厚度等于或略大于所述挡片504的水平截面厚
度，以便将所述挡片504稳固限制在所述限位柱4013锐角夹角对应的所述第二
轨道端部4012的外周缘内，防止所述挡片504越过所述限位柱4013而继续旋转，
避免未知的行车安全隐患。
进一步地，所述换挡控制组件500进一步包括一个或多个光电传感器502，
每所述光电传感器502分别电连接所述换挡控制面板400，所述换挡控制面板400
分别检测每所述光电传感器502的光电信号，所述换挡控制面板400根据每所述
光电传感器502检测到的光电信号判断是否切换档位，若需切换档位则切换至何
种档位。根据本发明的优选实施例，优选地，所述换挡控制组件500包括四个所
述光电传感器502，每所述光电传感器502依次连接所述换挡控制面板400并且
位于限位柱4013锐角夹角对应的所述第二轨道端部4012的外周缘范围内。优选
地，四个所述光电传感器502依次间隔35°，自其中一个限位柱4013位置起至
另一个所述限位柱4013位置止，相邻两个所述光电传感器502对应所述第二轨
道端4012圆心的夹角均为35°，换而言之首尾两个所述光电传感器502分别设
置于所述限位柱4013处。优选地，每所述光电传感器502呈L形，每所述光电
传感器502具有一光电传感器凹槽505。值得一提的是，所述挡片504在所述旋
钮800带动下围绕所述第二轨道端部4012的外周缘旋转，所述挡片504旋转过
程中恰好经过每所述光电传感器502形成的每所述光电传感器凹槽505。特别地，
当所述挡片504被旋转至任一所述光电传感器502对应的所述光电传感器凹槽
505时，所述光电传感器502产生的光电信号被阻隔，所述换挡控制面板400检
测到所述光电传感器502的光电信号被阻隔，判断所述旋钮800已被旋转至某个
档位，因此切换至相应的档位。
值得一提的是，乘用车的档位一般可分为P-R-N-D档，即停车档-倒车档-
空档-行驶档。根据本发明的优选实施例，四个所述光电传感器502分别对应四
种乘用车档位。优选地，按照顺时针或逆时针方向依次排列的四个所述光电传感
器502分别对应P档、R档、N档和D档。例如，当所述挡片504被旋转至P
档对应的所述光电传感器502时，P档对应的所述光电传感器502产生的光电信
号被阻隔，所述换挡控制面板400检测到P档对应的所述光电传感器502的光电
信号被阻隔，判断所述旋钮800已被旋转至P档，因此将乘用车的档位切换至P
档。同理，当所述挡片504被旋转至R档或N档或D档时，所述换挡控制面板
400分别检测所述光电传感器502的光电信号，在判断相应档位后将乘用车的档
位切换至对应档位。因此，只要所述挡片504被所述旋钮800在所述限位柱4013
限定的范围内旋转，所述换挡控制面板400检测并匹配光电信号和对应的档位，
乘用车的档位即可在P档、R档、N档和D档之间平滑切换。
值得一提的是，所述换挡控制组件500进一步包括一档位指示板接插件503，
所述档位指示板接插件503电连接所述换挡控制面板400。优选地，当所述换挡
控制面板400检测并匹配光电信号和对应档位后，在切换乘用车档位的同时通过
所述档位指示板接插件400输出对应档位的电信号，以便档位指示板根据接收到
的档位电信号显示对应的档位信息。
进一步地，参考附图的图1和图3，图3是所述自锁控制组件600的局部透
视图。所述自锁控制组件600包括一自锁滑块601、一自锁限位环602和一可伸
缩式电磁铁101。优选地，所述自锁滑块601和所述自锁限位环602位于所述中
壳体300内，所述可伸缩式电磁铁101位于所述下壳体100内。优选地，所述自
锁限位环602与所述档位柱支架501固定连接，所述自锁限位环602与所述档位
柱支架501在所述旋钮800的带动下同步旋转。优选地，所述自锁限位环602的
两端弧形延伸形成一自锁限位环凹槽604，所述自锁滑块601具有一自锁滑块凸
台603，所述自锁滑块凸台603恰好可嵌入所述自锁限位环凹槽604。当所述自
锁滑块凸台603深入所述自锁限位环凹槽604时，可将所述自锁限位环604和与
之固定连接的所述档位柱支架501牢固锁定，使得所述旋钮800无法被转动，即
可实现所述自锁式旋钮换挡装置的机械锁定。
进一步地，所述自锁滑块601可被所述可伸缩电磁铁101电磁吸引。优选地，
所述自锁滑块601具有一自锁滑块底部605，所述可伸缩电磁铁101具有一可伸
缩电磁铁头部102，所述自锁滑块底部605由磁吸材料制成，当所述可伸缩电磁
铁101通电时所述自锁滑块底部605即可被所述可伸缩电磁铁头部102电磁吸引。
值得一提的是，所述自锁滑块601具有一伸出位置和一缩回位置。当所述自锁滑
块底部605被所述可伸缩电磁铁头部102电磁吸引时，换而言之所述可伸缩电磁
铁101通电时，所述自锁滑块601处于伸出位置，所述自锁滑块凸台605深入所
述自锁限位环凹槽604内，所述旋钮800被机械锁定而无法被转动。当所述自锁
滑块底部605不被所述可伸缩电磁铁头部102电磁吸引时，换而言之所述可伸缩
电磁铁101不通电时，所述自锁滑块601处于缩回位置，所述自锁滑块凸台605
退出所述自锁限位环凹槽604，所述旋钮800不再被机械锁定而可以被转动。所
述自锁限位环602与所述档位柱支架501固定连接，所述自锁限位环602与所述
档位柱支架501在所述旋钮800的带动下同步旋转，优选地，所述自锁限位环凹
槽604的位置恰好与需要被锁定档位的位置，即预定档位的位置相对应。换而言
之，所述自锁限位环凹槽604的位置恰好与预定档位对应的所述光电传感器502
的位置相对应。
进一步地，所述自锁控制组件进一步包括一电磁铁控制面板200，所述电磁
铁控制面板200可控制所述可伸缩式电磁铁101是否通电，在换挡时实现同步自
锁，确保换挡动作和自锁动作的同步性。其中，所述电磁铁控制面板200位于所
述下壳体100内，所述电磁铁控制面板200与所述换挡控制面板400线束连接，
所述可伸缩式电磁铁101电连接所述电磁铁控制面板200。所述换挡控制面板400
检测并匹配每所述光电传感器502的光电信号和对应的档位，所述换挡控制面板
400在通过所述档位指示板接插件400输出对应档位电信号的同时，所述换挡控
制面板400通过线束向所述电磁铁控制面板200输出对应档位的电信号。所述电
磁铁控制面板200接收档位电信号并判断是否是需要解锁预定档位。若所述电磁
铁控制面板200判断接收到的档位电信号是需要解锁的预定档位，则所述电磁铁
控制面板200立即控制所述可伸缩式电磁铁101通电，以便所述可伸缩式电磁铁
101电磁吸引所述自锁滑块601，使得所述自锁滑块凸台603退出所述自锁限位
环凹槽604，换而言之所述自锁滑块601从伸出位置退出至缩回位置，从而实现
在换挡的同时同步自锁，确保所述旋钮800的换挡动作和自锁动作的同步性。另
一方面，若所述电磁铁控制面板200判断接收到的档位电信号并非需要解锁的预
定档位，则所述电磁铁控制面板200保持所述可伸缩电磁铁101不通电，以便所
述自锁滑块601继续深入所述自锁限位环凹槽604，保持所述旋钮800持续被锁
定。值得一提的是，所述换挡控制组件500和所述自锁控制组件600共用所述档
位柱支架501，使得所述旋钮800被转动而切换档位时，所述换挡控制组件500
带动所述自锁控制组件600同步自锁，确保换挡动作和自锁动作的同步性。
进一步地，根据本发明的优选实施例，所述自锁式旋钮换挡装置进一步包括
一车载插座插件201，所述车载插座插件201外置连接车载电源，所述车载插座
插件201分别向所述自锁控制组件600和所述换挡控制组件500供电。
根据本发明的一个变形实施例，参考附图的图1、图2和图3，变形实施例
的基本内容与优选实施例一致，区别在于：当所述自锁滑块601处于伸出位置时，
换而言之预定档位被锁定时，所述电磁铁控制面板200控制所述可伸缩式电磁铁
101不再通电，即持续不通电，使得所述旋钮800不能被转动，防止误操作而造
成行车安全隐患。当所述换挡控制面板400被设定，如触发换档开关而需要换档
时，所述换挡控制面板400向所述电磁铁控制面板200输出解锁电信号，所述电
磁铁控制面板200接收到所述换挡控制面板400发出的解锁电信号，所述电磁铁
控制面板200控制所述可伸缩式电磁铁101通电，使得所述可伸缩式电磁铁101
电磁吸引所述自锁滑块601，进而所述自锁滑块601从伸出位置退出至缩回位置，
所述旋钮800解除自锁而可平滑切换其他乘用车档位。另一方面，当所述换挡控
制面板400被设定，如触发自锁开关时，所述换挡控制面板400向所述电磁铁控
制面板200输出自锁电信号，所述电磁铁控制面板200接收到所述换挡控制面板
400发出的自锁电信号，所述电磁铁控制面板200控制所述可伸缩式电磁铁101
断电，使得所述可伸缩式电磁铁101不再电磁吸引所述自锁滑块601，所述自锁
滑块601自动复位至伸出位置。值得一提的是，所述换挡控制面板400不必向所
述电磁铁控制面板200持续输出自锁电信号，因为所述自锁滑块601自动复位至
伸出位置后，所述自锁限位环602被所述自锁滑块601限制而机械锁定，不必再
通过电磁吸引将所述自锁滑块601限定至伸出位置，实现所述旋钮800持续自锁，
防止所述旋钮800被人为误操作而造成行车安全隐患。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为
举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及
结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式
可以有任何变形或修改。