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一种用于手动换挡设备的弹性换挡力传输装置具有能够根据变形量变化的弹簧应变率。特别地，该装置在第一小变形下具有第一大弹簧应变率，在第二大变形下具有第二小弹簧应变率。

1.  一种用于手动换挡设备的弹性换挡力传输装置，该弹性换挡力传输装置具有根据变形量变化的弹簧应变率，其特征在于，该装置在第一小变形下具有第一大弹簧应变率，在第二大变形下具有第二小弹簧应变率。

2.  如前述权利要求的任何一个所述的换挡力传输装置，其中，所述第二变形为至少0.1毫米。

3.  如前述权利要求的任何一个所述的换挡力传输装置，其中，所述第一弹簧应变率至少为所述第二弹簧应变率的两倍。

4.  如前述权利要求的任何一个所述的换挡力传输装置，其中，在第三变形大于所述第二变形下，所述装置具有大于所述第二弹簧应变率的第三弹簧应变率。

5.  如权利要求4所述的换挡力传输装置，其中，所述弹簧应变率在1至3毫米的变形范围内处于最小值。

6.  如前述权利要求的任何一个所述的换挡力传输装置，其中，片簧(13)具有两个末端部分和一中央部分，所述两个末端部分在换挡力的影响下能够彼此相对位移，所述中央部分相对于在所述两个末端部分之间延伸的直线横向偏移。

7.  如权利要求6所述的换挡力传输装置，还包括连接到所述片簧(13)的第一个末端部分的副簧元件(8；10)和连接到所述片簧(13)的另一末端部分的邻接件(10；8)，当所述片簧(13)变形超过阈值时，所述副簧元件(8；10)与所述邻接件(10；8)接触。

8.  如前述权利要求的任何一个所述的换挡力传输装置，具有外部壳体(1)、用于接合齿轮箱的换挡杆的中央接合部分(3)以及至少两个安置在所述接合部分(3)和所述壳体(1)之间的所述片簧(13)以使得在所述壳体(1)和所述接合部分(3)之间传输推拉换挡力。

9.  一种换挡设备，包括换挡杆和至少一个可操作地连接到该换挡杆的如前述权利要求的任何一个所述的换挡力传输装置。

10.  如权利要求9所述的换挡设备，其中，所述换挡杆和所述换挡力传输装置通过推拉缆线连接。

11.  如权利要求9或10所述的换挡设备，其中，在施加到换挡杆的杆力小于10牛顿时，所述传输装置具有所述第一变形，在杆力超过20牛顿时，所述传输装置具有所述第二变形。

换挡力传输装置和使用该换挡力传输的换挡设备
技术领域
本发明涉及一种用于换挡设备的弹性换挡力传输装置，特别地用于在由驾驶者操作的换挡杆与汽车中的齿轮箱之间传输换挡力的弹性换挡力传输装置，以及涉及一种使用该装置的换挡设备。
背景技术
EP1482213A1公开一种这样类型的换挡力传输装置，其制造为弹性的以防止齿轮箱的振动传递到换挡杆或者至少减少这样的振动。
该弹性换挡力传输装置存在的问题是由于该装置可能的变形，因此一方面在换挡杆的位置和另一方面应当由所述杆控制的齿轮箱部件的位置之间没有严格的一对一的关系。如果传输装置容易变形，驾驶者难以感觉齿轮箱是否真正达到期望的构型。再者，因为换挡杆的位移的范围通常受到限制，因此能够施加的变形也有限，相应地，可以传输到齿轮箱的最大力也有限。也就是，如果齿轮箱中的换挡较紧，则会难以施加用于达到期望的构型所必需的换挡力。
EP1482213A1通过提供一种换挡力传输装置而寻求解决该问题，该换挡力传输装置具有可根据变形量变化的弹簧应变率，也就是在小的变形下其具有低的弹簧应变率，在大的变形下具有高的弹簧应变率。这样，因为齿轮箱的振幅小，它们只能够导致传输装置小的变形，因此，仅小的力传输到换挡杆。通过换挡杆的换挡运动，其具有大的振幅，合理的高换挡力能够施加到齿轮箱。
但是，因为弹簧应变率在小的变形下小，驾驶者仍然难以精确控制齿轮箱中的换挡运动。另一方面，在新选择的齿轮传动链的齿轮开始锁定在齿轮箱中的换挡过程阶段中可能在换挡设备中发生的强烈且快速的波动力被驾驶者强烈地感受到，从而给予驾驶者齿轮箱不顺从的印象。
发明内容
本发明的目的是提供一种弹性换挡力传输装置和利用该传输装置的换挡设备，其允许操作者精确控制齿轮箱中的换挡运动，同时防止其感受到换挡处理过程中不期望的力波动。
该目的是通过用于换挡设备的弹性换挡力传输装置得以实现，该装置具有可根据变形量变化的弹簧应变率，其特征在于，该装置在第一小变形下具有第一大弹簧应变率，在第二大变形下具有第二小弹簧应变率。发明人发现，驾驶者施加在换挡设备的换挡杆上的力可根据换挡过程的阶段变化，而且在换挡过程的同步阶段期间以及随后同步器衬套进入配合齿轮的接合环的接合阶段最高，所述接合阶段也是其中上述力波动可能发生的阶段。通过将力传输装置设计为具有在对应换挡过程的这些阶段的力范围内的小的弹簧应变率，能够防止驾驶者感觉到波动，而当驾驶者施加的力小时，在换挡过程的开始和结束时，该装置在换挡杆和齿轮箱之间提供相当刚性的耦合，从而使得能够精确控制。
一般而言，第二变形是毫米的若干分之几，优选地至少0.1毫米。
第一弹簧应变率应当是第二弹簧应变率的至少两倍大。
在第三变形大于第二变形下，该装置可以具有大于第二弹簧应变率的第三弹簧应变率，以便使得能够传输大的换挡力。
在那种情形中，弹簧应变率必然在第一和第三变形之间的某处具有最小值。优选地，该最小值处于一至三个毫米的变形范围内。
根据实际的实施例，换挡力传输装置包括片簧，该片簧其具有在换挡力的作用下可相对于彼此位移的两个末端部分以及相对于在该两个末端部分之间延伸的直线横向偏移的中央部分。当在压缩下操作时，这样的片簧具有高度非线性的弹簧应变率，其随着弹簧压缩的增大而减小。
为了防止这样的片簧在过度的换挡力下永久变形，该装置可还包括连接到片簧的第一个末端部分的副簧以及连接到片簧的另一末端部分的邻接件，当片簧变形超过阈值时，副簧与邻接件接触。该副簧可以是例如弹性材料的实心体。
再者，换挡力传输装置可包括外部壳体、用于接合齿轮箱的换挡杆的中央接合部分以及安置在接合部分和壳体之间的至少两个所述片簧以便在所述壳体和所述接合部分之间传输推拉换挡力。
本发明的目的还通过一种换挡设备实现，该换挡设备包括换挡杆和如上所述的可操作地连接到所述换挡杆的至少一个换挡力传输装置。
在该设备中，换挡杆和换挡力传输装置优选地通过推拉缆线连接。
换挡杆优选地设计为使得如果施加到其上的杆力小于10牛顿，传输装置具有所述第一变形，如果施加超过20牛顿的杆力，其具有所述第二变形。
附图说明
本发明的其它特征和优点将从随后参照附图对实施例的描述变得明显。
图1是换挡力传输装置的实施例的透视图；
图2是处于平衡状态的所述装置的横截面；
图3是处于受应力的、变形状态的所述装置的横截面；
图4是所述装置的力-变形特征；
图5是包括两个换挡力传输装置的换挡设备的透视图；和
图6示出在换挡过程中驾驶者施加到图5的设备的换挡杆的力。
具体实施方式
图1是用于在一方面驾驶者操作的换挡杆和另一方面安置在汽车的齿轮箱上的控制杆之间的弹性传输操作力的装置的透视图。该装置具有长型外部壳体1，从该外部壳体伸出推拉杆2。根据本领域技术人员熟知的设计，推拉杆2通过导引在柔性但不能压缩的导管内的缆线连接到换挡杆。在壳体1的中心中，有用于接合齿轮箱的控制杆的球形旋钮的容器3。容器3可以在壳体的纵向方向位移。为了实现该效果，其保持在两弹簧组件4，5之间，每个弹簧组件包括两个L形橡胶块6，7和片簧13。
如在图2中最好地示出，在每个弹簧组件4，5中，橡胶块6，7分别具有互相正交的分支8，9和10，11。在该装置的松弛构型中，如图2所示，分支9接触壳体1的周边壁，分支11接触容器3，分支8，10彼此面对，以使得在两个橡胶块6，7之间，形成T形空间12。在与T的横杆对应的空间12的部分中，稍微弯曲的片簧13在两个橡胶块6，7之间延伸。
如果推力通过推拉杆2施加到壳体1，壳体1相对于容器3位移，如图3的截面所示。因为在图2的构型中，两个组件4，5的片簧13实际上没有应力，与推拉杆2相对的弹簧组件4并不明显伸展，在分支11和容器3之间形成一间隙14。另一方面，在容器3和推拉杆2之间的弹簧组件5被压缩，由此其片簧13的曲率增大。容易看出，在片簧13的曲率小的构型中，当组件被压缩一给定量时，曲率强烈增大，而曲率增加变得越小，曲率越大。换句话说，弹簧13的曲率相对于组件4，5的长度的导数是负的，其量随着长度减少而减小。这使得弹簧组件4呈现出强烈的非线性弹簧应变率：当片簧13处于图2的无应力构型时，弹簧应变率最高，弹簧组件14被压缩得越多，弹簧应变率变得越小。只有当橡胶块6，7的面对的分支8，10接触并开始变形时，组件4的弹簧应变率才再次急剧地增大。
弹簧组件4在推拉杆2传输拉力的情形下呈现相同的性能。这样，获得了如图4的图表所示的弹簧力-位移特征。零位移对应图2的平衡位置。纵坐标表示壳体1和容器3之间有效的恢复力。存在一在平衡位置附近大约+/-0.2毫米宽度的范围，在该范围中该装置是相当刚性的，从而呈现高达大约200牛顿/毫米的弹簧应变率。当位移增大时，刚性变小，并且在大约0.5至2毫米的位移范围内，弹簧应变率达到大约50牛顿/毫米的最小值。在2毫米的位移处，对应弹簧组件4，5之一的橡胶块6，7彼此接触，刚性再次强烈增大，以使得在大于2毫米的位移处，弹簧应变率明显高于在平衡位置附近。
图5是根据本发明的换挡设备的透视图。该设备包括用于安装在汽车的传输通道上的底座15，其中换挡杆16安装有两个转动自由度。在底座内，设置弹簧装载棘爪机构，其限定空挡和数个对应传统齿轮箱的不同齿轮比的接合位置，其未示出，其通过所述设备进行控制。换挡杆运动的可能路径通常通过罩壳限定，在罩壳中形成缝槽型式，换挡杆15通过缝槽型式延伸。该型式包括空挡缝槽和数个从空挡缝槽正交延伸的接合缝槽，该接合缝槽的末端对应上述接合位置。棘爪机构，其为本领域技术人员熟知，在图中没有详细示出。
两个上述力传输装置17通过在不可压缩的导管18，19内导引的推拉缆线连接到换挡杆16。装置17之一传输杆16在空挡缝槽内的转动，另一个传输沿着接合缝槽的转动。装置17的容器用于接合齿轮箱的操作旋纽。换挡杆16具有大约2∶1至4∶1的减速比，也就是把手20在杆16的自由端位移1厘米对应装置17之一的壳体1位移0.5至0.25厘米。
图6示出在换挡过程中驾驶者施加到换挡杆16的力的变化曲线。在图中标有A的第一阶段中，当转动换挡杆16从接合位置脱离进入空挡位置时驾驶者克服上述棘爪机构的阻力。当杆16已经达到空挡缝槽时，在图6中的38.1毫秒附近，其能够实际在空挡缝槽中无阻力地移动。当再次进入接合缝槽时，在38.1和38.2毫秒之间，棘爪机构的阻力使得其自己再次被感受到。施加到把手20的棘爪机构的阻力不超过25牛顿，对应在力传输装置17上的力不超过75牛顿，如果假定换挡杆16的减速比为3∶1的话。如可从图4中看出的，装置17的弹簧应变率在这样的力时较高，并且该装置的变形小，以使得经由传输装置17在齿轮箱中驱动的换挡运动紧紧地耦合到杆16的位置并能够被驾驶者精确地感受到。
在图6的阶段B中，在齿轮箱中发生齿轮同步。此刻在把手20的力增大到25牛顿之上，其峰值取决于驾驶者移动把手20的速度。在图表中，示出的示例性峰值为大约40牛顿，一般值在40-80牛顿范围内。考虑到换挡杆的减速比，这对应施加到传输装置17的力大约为120牛顿，也就是，在阶段B中，传输装置达到变形状态，在该状态中其相当软。
当齿轮在齿轮箱中已经同步时，它们在图6的阶段C进行接合。这引起牵引力的瞬间中断，其可以引起同步的某些损失。齿轮然后将不平稳地接合，从而导致通过传输装置17传输到齿轮的换挡力剧烈变化，如图6中的虚线所示，其在传统的刚性耦合的换挡设备中将会给到驾驶者不舒服的差的换挡感觉。但是，因为该装置17的弹簧应变率在这样的力时较软，驾驶者不会感觉到强烈的振动，而是低通过滤的力，如阶段C的实线曲线所示，也就是，驾驶者感觉到的是平稳的换挡。
如上所述，如果驾驶者快速换挡，换挡力能够容易地超过40牛顿。如果驾驶者施加的最大力为例如80牛顿，作用在传输装置上的力相当于大约250牛顿。在这个范围内，如图4所示，弹簧应变率再次较高。因此，在高换挡力下，传输装置的变形以及相应地在换挡杆位置和齿轮箱的状态之间的偏离不会增大到不实际的程度，并且，如果需要，高换挡力能够施加到齿轮箱，即使当换挡杆抵达换挡杆被驾驶者移动到其中的接合缝槽之一的末端处的邻接件。
附图标记列表：
壳体    1
推拉杆    2
容器      3
弹簧组件  4，5
橡胶块    6，7
分支      8，9，10，11
空间      12
片簧      13
间隙      14