CN116412241A - 具有运动控制曲面的十字轴万向节、车辆手动换挡操纵装置及操纵方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆手动换档操纵装置，所述操纵装置包括操纵挡杆、摇臂、底座、带运动控制曲面的十字轴万向节、滑块、滑块压紧弹簧、自回位杠杆臂、回位弹簧、下摇臂。所述带运动控制曲面的十字轴万向节为换挡操纵装置的旋转控制中心，通过其，摇臂摆动带动下摇臂实现操纵器的选换挡动作。通过所述滑块与运动控制曲面相互配合，本发明解决了驾驶员对当前操纵器下摇臂晃量设计固有的换挡操作拖沓感的普遍抱怨，以及挡位不清晰造成的选换挡操作的不确定感及效率低下的问题。本发明同时增强了挂挡的稳定性，解决了挡杆晃动及脱挡和掉挡的问题。本发明还公开了一种带有运动控制曲面的十字轴万向节。本发明还公开了上述换挡操纵装置的使用方法。

Description

具有运动控制曲面的十字轴万向节、车辆手动换挡操纵装置 及操纵方法

技术领域

本发明属于卡车、客车、工程机械、农用机械等移动车辆或设备技术领域，涉及一种具有运动控制曲面的十字轴万向节、使用硬杆或伸缩轴连接并操控变速箱的车辆手动换挡操纵装置及操纵方法。

背景技术

当前卡车、客车、工程机械、农机等普遍使用手动变速箱控制车辆的选换挡操作，此类车辆通常通过一组推拉软轴或者一个硬杆或伸缩轴装置连接驾驶室内的换挡操纵器和安置于底盘上的变速箱。

作为当前普遍使用和成熟的产品，硬杆或伸缩轴操纵器具有结构简单，成本低等优点。典型的硬杆或伸缩轴操纵器为一个球头旋转机构，如附图1。其工作机制为通过操纵杆的前后左右运动带动球头的旋转，球头作为旋转中心带动连接于球头下方的下摇臂做相应的运动，最终通过下摇臂带动和其连接的硬杆或伸缩轴来操纵变速器拨叉实现选换挡动作的实现。

但硬杆和伸缩轴操纵器具有一个明显的缺陷。在车辆行驶在颠簸路面时，由于硬杆和伸缩轴自身重量的原因，其会随着路面的颠簸而振动，并牵扯带动换挡操纵器形成对操纵器的拖拽和冲击，在特定情况下会造成操纵器和变速箱的脱档，影响车辆的正常操控和安全驾驶。

为了解决这个缺陷，典型的做法是在硬杆或伸缩轴操纵器主摆臂上连接一个可以围绕连接点自由转动的副摆臂并在副摆臂上设置两个限位块使得副摆臂的自由摆动被限制在一定的范围内(如图2所示)，这个自由摆动的区间也被称为晃量，如中国专利文献CN103758992B。所述的手排变速操纵器作换挡动作时，主摆臂前后运动，遇副摆臂上两限位套后带动副摆臂作前后运动，实现换挡运动。晃量的设置允许硬杆和伸缩轴在晃量范围内自由运动不会形成对操纵器本身的冲击和拖拽，从而部分解决了颠簸路面脱档的问题。

但这个晃量的设计带来了另外的弊端和缺点：

1.球头旋转机构没有任何定位功能，叠加晃量设计，造成空档位置的不清晰。司机换挡时往往需要司机先行晃动操纵杆找准空挡位置才能开始真正的选换挡动作。考虑到卡客车频繁的换挡操作，这个额外的动作无意义地增加了司机的劳动强度，降低了选换挡操纵的效率，并增加了对操纵器的磨损。

2.操纵器下摇臂晃量设计固有的无效空行程，以及球型旋转机构本身的位置感不清晰，造成司机普遍感受换挡操纵动作响应慢、拖沓及动作完成的不确定感(及通常说的“很肉”的感觉)，降低了驾乘的感受并造成普遍的客户抱怨。

3.晃量设计的吸震功能有很大的局限性只能部分但不能完全消除脱档和掉挡的问题，不能完全消除驾驶安全隐患。

发明内容

本发明为了解决现有技术的不足，采用的技术方案如下：

本发明提出的车辆手动换挡操纵装置包括：操纵挡杆、摇臂、底座、带运动控制曲面的十字轴万向节、滑块、滑块压紧弹簧、自回位杠杆臂、回位弹簧、下摇臂。

所述操纵挡杆安装在所述摇臂上部空心的圆柱形套筒内。

所述摇臂上有摇臂万向节叉，所述底座上有底座万向节叉；摇臂与底座通过安装于摇臂万向节叉和底座万向节叉之间的带运动控制曲面的十字轴万向节连接并组合成操纵装置主体。所述下摇臂置于所述底座之下，通过连接件与所述摇臂下部连接并可以绕连接件自由转动；下摇臂连接伸缩轴或硬杆，实现与变速箱的连接。

所述带运动控制曲面的十字轴万向节为本换挡操纵装置的旋转控制中心，在摇臂万向节叉和底座万向节叉的范围限定下作前后左右摆动；所述摇臂围绕此旋转控制中心摆动并带动下摇臂及与其相连接的伸缩轴或硬杆实现变速箱的选换挡动作。

所述带运动控制曲面的十字轴万向节上装配有运动控制曲面；

所述滑块的底部为与所述运动控制曲面相紧密配合的弧形曲面；滑块装置于所述摇臂上部空心套筒内专为滑块设置的滑槽中，并由安装在滑块内空腔中的所述滑块压紧弹簧施加向下的压紧力使得滑块底部与运动控制曲面受压并紧密接触；摇臂执行换挡动作时滑块的底部沿着运动控制曲面滑动，并同时沿着摇臂套筒中的滑块滑槽上下滑动。

所述运动控制曲面沿前后换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽。所述运动控制曲面中间底部沟槽与所述滑块的底部紧密配合，在滑块压紧弹簧压紧力的作用下实现操纵装置在空挡挡位时的稳定不晃动。换挡操作时滑块沿运动控制曲面滑动，在压紧弹簧的作用下紧密配合实现了换挡操作过程中消除空行程手感，精准入挡位感知，及防止挡杆晃动和挂挡后在颠簸路况或司机误操作下的非正常脱档的功能。

所述自回位杠杆臂上设置有长方形的滑槽；所述摇臂万向节叉上安装的球头杆上的球头置于自回位杠杆臂上的滑槽内，将摇臂与自回位杠杆臂相互联系并形成运动连接关系；自回位杠杆臂通过杠杆臂安装轴销安装于所述操纵装置底座上，并可以以杠杆臂安装轴销为旋转中心旋转。当摇臂围绕带运动控制曲面的十字轴万向节执行选档操作时，所述球头杆的球头随着摇臂的摆动在置于自回位杠杆臂的长方形滑槽中滑动并同时对自回位杠杆臂施加竖向力，带动自回位杠杆臂围绕杠杆臂安装轴销为旋转中心上下摆动。

在杠杆臂安装轴销上设置有回位弹簧，当操纵装置选档不在中心空挡位置时，回位弹簧施加弹簧力于自回位杠杆臂，通过自回位杠杆臂、球头杆及摇臂形成的运动连接关系带动摇臂自动回位，对应操纵装置及操纵挡杆回到空挡中心位置，实现操纵装置的自回位功能。

所述滑块为中间空心的圆柱体结构，所述滑块外侧设计有与摇臂套筒内滑块滑槽形状相匹配的两翼，使得滑块可以沿滑槽上下稳定地滑行。

所述自回位杠杆臂上的长方形滑槽为针对十字轴万向节的运动特点而设计，是使用十字轴万向节实现选档方向自回位功能的必要条件；在摇臂围绕十字轴万向节左右摆动进行选档操作时，装置于摇臂上的球头杆只能沿垂直方向直线运动，而与球头杆配合运动的自回位杠杆臂是围绕自回位杠杆臂安装轴销旋转的，旋转运动同时在垂直方向和水平方向产生位移，装置于自回位杠杆臂上的与球头杆配对的长方形滑槽成为同时适应垂直位移和水平位移的必要条件。

所述下摇臂通过连接件与所述摇臂连接，并可以绕着连接点为圆心自由旋转；下摇臂上开有晃量槽，允许下摇臂围绕上述圆心旋转角度α，此角度为晃量角；换挡操作时，摇臂围绕十字轴旋转中心旋转并带动滑块从空挡位置沿运动控制曲面向上爬坡，当摇臂沿十字轴旋转中心旋转β角度时，下摇臂走完空行程对应的单边晃量角

设十字轴旋转中心至下摇臂晃量槽中心的距离为L1，摇臂与下摇臂连接点至晃量槽中心的距离为L2，则/>

本发明还提供了一种通过一体锻造或者铸造，或者通过开槽安装方式装配有运动控制曲面的十字轴万向节。所述运动控制曲面由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽。所述通过开槽安装方式装配的运动控制曲面的材质为耐磨工程塑料、耐磨自润滑工程塑料、金属、带有耐磨镀层的金属、带有耐磨及自润滑镀层的金属等；所述运动控制曲面与十字轴万向节通过十字轴万向节表面的开槽相互嵌合连接。

基于以上装置，本发明还提出了一种车辆手动换挡操纵方法，包括以下步骤：

1)换挡时操纵档杆带动摇臂以带运动控制曲面的十字轴万向节为旋转中心前后左右摆动，并带动与所述摇臂下部通过连接件连接的下摇臂实现选换挡动作；所述下摇臂上开有晃量槽，允许下摇臂围绕所述摇臂与下摇臂的连接点旋转设定的晃量角α；

2)装置于摇臂上部空心套筒内滑槽中的滑块，在空档位时落在运动控制曲面中间底部沟槽中；所述运动控制曲面中间底部沟槽与所述滑块的底部紧密配合，在滑块压紧弹簧压紧力的作用下实现操纵器在空挡位时的清晰定位及稳定不晃动，解决了司机操作当前操纵器换挡时需要先行晃动挡杆寻找和确定空挡挡位的不必要操作；

3)当执行换挡动作时，即操纵挡杆从空档位向换挡方向运动时，滑块从运动控制曲面的底部空档位沟槽处沿着爬坡曲面向高点爬坡，此时滑块内的滑块压紧弹簧因受压对滑块施加逐渐增强的向下的压力，此压力作用在滑块和运动控制曲面的接触面而产生逐渐增强的摩擦力；司机向换挡方向移动操纵挡杆时，须持续地施力以克服所述摩擦力，所述施力过程包括走完下摇臂单边晃量角

对应的行程，即对应司机操作操纵挡杆围绕十字轴旋转中心转动β角度；此时操纵器走的是晃量空行程，但由于司机需要持续施力以驱动所述滑块沿运动控制曲面的爬坡，并自然接力后续换挡动作的完成；

4)换挡后半段滑块沿运动控制曲面下坡阶段，伴随着滑块压紧弹簧压力持续释放，滑块迅速滑落至运动控制曲面终点，完成挂挡动作；此挂挡完成过程伴随有明显的吸入感，传递给司机明确的入档完成反馈，即挂挡动作完成的确定感；

5)挂挡入相应档位后，落入运动控制曲面终端处的滑块需要由司机在操纵挡杆施加一定的操纵力才能爬坡滑出，避免了非人为操作情况下如颠簸路况下掉档或脱档的隐患。

本发明的有益效果在于：

本发明针对硬杆和伸缩轴操纵器存在的问题和客户普遍抱怨，解决了如下的问题：

1.消除了空挡位置不清晰的问题，空挡位清晰固定，无需先行晃动操纵杆找准位置再行换挡操作，降低了司机的劳动强度，提升了换挡操作的效率。此发明设计消除了换挡晃量空行程的手感，换挡过程扎实，挂挡反馈清晰，操纵效果明确无误，极大提升了驾驶操控体验和效率；此发明增强了挂挡的稳定性并避免了由于误操作或者车辆颠簸造成的脱档，增强了驾驶的安全性和可靠性。

2.完全消除了当前操纵器“晃量”设计带来的换挡空行程困扰，解决了司机普遍抱怨的换挡操纵动作响应慢、拖沓及对操作动作完成的不确定性。换挡过程扎实，挂挡反馈清晰，操纵效果明确无误，极大提升了驾驶操控体验和效率。

3.解决了当前操纵器不能完全避免掉挡和脱挡的情况。

4.本发明还增加了操纵器自动回位的功能，降低了司机的劳动强度。

5.本发明中在十字轴万向节上设置运动控制曲面的设计增强了挂挡的清晰感和稳定性，实现了消除空行程手感的有益发明效果。十字轴万向节相比于当前广泛使用的球头旋转结构，具有摩擦力低，选换挡更轻盈的特点，对改善司机操控感受，降低疲劳更有帮助。

6.相比当前的普通硬杆和伸缩轴操纵器，本发明的技术创新点为通过在操纵器上设计相互配合的运动控制曲面和加载弹簧压力的滑块，使两者实现相互之间的装配和运动配合，此配合可以实现对操纵器运动过程中及各档位的空间和载荷约束，从而减少操纵器的磨损，实现消除现有硬杆和伸缩轴操纵器固有缺陷的有益效果。

7.增加了换挡吸入功能，挂挡到位手感清晰明确无误，消除换挡是否到位的不确定感；同时消除了意外因素照成的掉档风险，增强了驾驶的安全性和可靠性。

以上有益效果解决了司机当前的普遍抱怨，为主机厂提供了有益的产品差异化和销售卖点。

附图说明

图1为现有技术中带有球头旋转机构的换挡操纵装置的结构图。

图2为现有技术中带有晃量机构的换挡操纵器的示意图。

图3为本发明运动控制曲面和滑块部分示意图。

图4为本发明以带运动控制曲面的十字轴万向节为选换挡旋转控制中心的换挡操纵装置的主视结构图。

图5为本发明换挡操纵装置的主视剖面图。

图6为本发明换挡操纵装置的右视结构图。

图7为本发明换挡操纵装置的左视剖面图。

图8为本发明换挡操纵装置的局部放大立体图。

图9为本发明实施例中带运动控制曲面的十字轴万向节立体示意图。

图10为本发明实施例中十字轴万向节及其上的开槽的示意图。

图11为本发明实施例中带运动控制曲面的十字轴万向节及其配套的滑块和滑块压紧弹簧的示意图。

图12为本发明下摇臂晃量角α示意图。

图13为本发明一种带运动控制曲面的球形操纵结构。

其中，操纵挡杆-1，摇臂-2，摇臂万向节叉-21，底座-3，底座万向节叉-31，带运动控制曲面的十字轴万向节-6，运动控制曲面-61，十字轴万向节-62，万向节开槽-63，滑块-7，滑块压紧弹簧-8，球头杆-221，自回位杠杆臂-4，回位弹簧-41，长方形滑槽-42，杠杆臂安装轴销-43，下摇臂-5，下摇臂晃量槽-9。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

本实施例提出了一种车辆手动换档操纵装置，操纵装置包括操纵挡杆1、摇臂2、底座3、带运动控制曲面的十字轴万向节6、滑块7、滑块压紧弹簧8、自回位杠杆臂4、回位弹簧41、下摇臂5；其中，

操纵挡杆1安装在摇臂2上部空心的圆柱体套筒内；

摇臂2与底座3通过安装于摇臂万向节叉21和底座万向节叉31之间的带运动控制曲面的十字轴万向节6连接并组合成操纵装置主体；

置于底座3之下的下摇臂5通过连接件与摇臂2下部连接并可以绕连接件自由转动；

带运动控制曲面的十字轴万向节6为换挡操纵装置的旋转控制中心，在摇臂万向节叉21和底座万向节叉31的范围限定下作前后左右摆动；摇臂2围绕旋转控制中心摆动并带动下摇臂运动实现选换挡动作；

带运动控制曲面的十字轴万向节6上装配有运动控制曲面61；

滑块7的底部为与运动控制曲面61相紧密配合的弧形曲面；滑块7装置于摇臂2上部空心套筒内专为滑块7设置的滑槽中，并由安装在滑块7内空腔中的滑块压紧弹簧8施加向下的压紧力使得滑块7底部与运动控制曲面61受压并紧密接触；摇臂2执行换挡动作时滑块7的底部沿着运动控制曲面61滑动，并同时沿着摇臂2套筒中的滑块滑槽上下滑动；

自回位杠杆臂4上设置有长方形的滑槽42；摇臂一侧万向节叉21上安装的球头杆221上的球头置于自回位杠杆臂4上的滑槽42内，将摇臂2与自回位杠杆臂4相互联系并形成运动连接关系；自回位杠杆臂4通过杠杆臂安装轴销43安装于操纵装置底座3上，并可以以杠杆臂安装轴销43为旋转中心旋转；当摇臂2围绕带运动控制曲面的十字轴万向节6执行选档操作时，球头杆221的球头随着摇臂2的摆动在置于自回位杠杆臂4的长方形滑槽42中滑动并同时对自回位杠杆臂4施加竖向力，带动自回位杠杆臂4围绕杠杆臂安装轴销43为旋转中心上下摆动；

在杠杆臂安装轴销43上设置有回位弹簧41，当操纵装置选档不在中心空挡位置时，回位弹簧41施加弹力于自回位杠杆臂4，通过自回位杠杆臂4、球头杆221及摇臂2形成的运动连接关系带动摇臂2自动回位，对应操纵装置及操纵挡杆1回到空挡中心位置，实现操纵装置的自回位功能。

运动控制曲面61沿前后换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽；运动控制曲面61中间底部沟槽与滑块7的底部紧密配合，在滑块压紧弹簧8压紧力的作用下实现操纵装置在空挡挡位时的稳定不晃动。

滑块7为中间空心的圆柱体结构，滑块7外侧设计有与摇臂2套筒内滑块滑槽形状相匹配的两翼，使得滑块可以沿滑槽上下稳定地滑行。

滑块压紧弹簧8施加向下的压力将滑块7压在运动控制曲面61上；运动控制曲面61与安装于操纵装置摇臂2套筒内预加载弹簧力的滑块7相互配合，实现换挡操作过程中消除空行程手感，精准入挡位感知，及防止挡杆晃动和挂挡后在颠簸路况或司机误操作下的非正常脱档的功能。

下摇臂5通过连接件与摇臂2连接，并可以绕着连接点为圆心自由旋转；下摇臂5上开有晃量槽9，允许下摇臂围绕上述圆心旋转角度α，此角度为晃量角；换挡操作时，摇臂2围绕十字轴旋转中心旋转并带动滑块7从空挡位置沿运动控制曲面61向上爬坡，当摇臂2沿十字轴旋转中心旋转β角度时，下摇臂5走完空行程对应的单边晃量角

设十字轴旋转中心至下摇臂晃量槽中心的距离为L1，摇臂2与下摇臂5连接点至晃量槽中心的距离为L2，则

自回位杠杆臂4上的长方形滑槽42为针对十字轴万向节6的运动特点而设计，是使用十字轴万向节6实现选档方向自回位功能的必要条件；在摇臂2围绕十字轴万向节6左右摆动进行选档操作时，装置于摇臂2上的球头杆221只能沿垂直方向直线运动，而与球头杆221配合运动的自回位杠杆臂4是围绕自回位杠杆臂安装轴销43旋转的，旋转运动同时在垂直方向和水平方向产生位移，装置于自回位杠杆臂4上的与球头杆221配对的长方形滑槽42成为同时适应垂直位移和水平位移的必要条件。

本实施例还提出了一种通过一体锻造或者铸造，或者通过开槽安装方式装配有运动控制曲面的十字轴万向节，运动控制曲面61沿前后换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽。

通过开槽安装方式装配的运动控制曲面61的材质为耐磨工程塑料、耐磨自润滑工程塑料、金属、带有耐磨镀层的金属、带有耐磨及自润滑镀层的金属；运动控制曲面61与十字轴万向节62通过十字轴表面的开槽63相互嵌合连接。

基于以上装置，本实施例还提出了一种车辆手动换挡操纵方法，包括以下步骤：

1.采用带运动控制曲面的十字轴万向节作为选换挡操纵的旋转控制中心，并通过在万向节十字轴上建立运动控制曲面，此运动控制曲面与安装于操纵器摇臂内加载弹簧力的滑块相互紧密配合。在空挡位置时滑块落在运动控制曲面的中间底部沟槽内并受到滑块压紧弹簧向下的压紧力，使得操纵器的空挡挡位非常明确并具有很强的稳定性。司机换挡操作时无需先行晃动挡杆寻找和确定空挡挡位。

2.当操纵挡杆执行换挡操作时，即操纵挡杆从空档位向换挡方向运动时，装置于摇臂内的滑块从运动控制曲面的底部空档位凹槽处沿着爬坡曲面向高点爬坡，此时滑块内的滑块压紧弹簧因受压对滑块施加逐渐增强的向下的压力，此压力作用在滑块和运动控制曲面的接触面而产生逐渐增强的摩擦力；司机向换挡方向移动操纵挡杆时，必须持续地施力以克服摩擦力，这个施力过程包括了走完下摇臂单边晃量角

对应的行程，即对应司机操作操纵挡杆围绕十字轴旋转中心转动β角度，虽然此时操纵装置走的是晃量空行程，但由于司机需要持续施力以驱动滑块沿运动控制曲面的爬坡，并自然接力后续换挡动作的完成，整个换挡动作手感扎实、稳定、明确，消除了当前操纵装置下摇臂晃量设计造成司机普遍抱怨的换挡拖沓、动作响应慢，及动作不确定的感觉；

3.换挡后半段滑块沿运动控制曲面下坡阶段，伴随着滑块压紧弹簧压力持续释放，滑块迅速滑落至运动控制曲面终点，完成挂挡动作；此挂挡完成过程伴随有明显的吸入感，传递给司机明确的入档完成反馈，即挂挡动作完成的确定感；

4.挂挡入相应挡位后，落入运动控制曲面终端处的滑块需要由司机在操纵挡杆施加一定的操纵力才能爬坡滑出，避免了非人为操作情况下如颠簸路况下掉档或脱档的隐患。

本发明还提出了一种硬杆或伸缩轴操纵器，在所述硬杆或伸缩轴操纵器的旋转机构上设置有运动控制曲面；所述运动控制曲面沿换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽。根据需求，所述旋转机构可以包括带运动控制曲面的十字轴万向节，或，带运动控制曲面的球形操纵结构。其中，所述球形操纵结构的运动控制曲面通过在球形结构的球面上额外增加或者直接在球型结构的球面上铸造获得，如图13所示。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆手动换档操纵装置，其特征在于，所述操纵装置包括操纵挡杆(1)、摇臂(2)、底座(3)、带运动控制曲面的十字轴万向节(6)、滑块(7)、滑块压紧弹簧(8)、自回位杠杆臂(4)、回位弹簧(41)、下摇臂(5)；其中，

所述操纵挡杆(1)安装在摇臂(2)上部空心的圆柱体套筒内；

所述摇臂(2)与所述底座(3)通过安装于摇臂万向节叉(21)和底座万向节叉(31)之间的带运动控制曲面的十字轴万向节(6)连接并组合成操纵装置主体；

置于所述底座(3)之下的所述下摇臂(5)通过连接件与摇臂(2)下部连接并可以绕连接件自由转动；

所述带运动控制曲面的十字轴万向节(6)为所述换挡操纵装置的旋转控制中心，在摇臂万向节叉(21)和底座万向节叉(31)的范围限定下作前后左右摆动；所述摇臂(2)围绕所述旋转控制中心摆动并带动下摇臂(5)运动实现选换挡动作；

所述带运动控制曲面的十字轴万向节(6)上装配有运动控制曲面(61)；

所述滑块(7)的底部为与所述运动控制曲面(61)相紧密配合的弧形曲面；所述滑块(7)装置于摇臂(2)上部空心套筒内专为滑块(7)设置的滑槽中，并由安装在滑块(7)内空腔中的滑块压紧弹簧(8)施加向下的压紧力使得滑块(7)底部与运动控制曲面(61)受压并紧密接触；所述摇臂(2)执行换挡动作时滑块(7)的底部沿着运动控制曲面(61)滑动，并同时沿着摇臂(2)套筒中的滑块滑槽上下滑动；

所述自回位杠杆臂(4)上设置有长方形的滑槽(42)；摇臂万向节叉(21)上安装的球头杆(221)上的球头置于所述自回位杠杆臂(4)上的滑槽(42)内，将摇臂(2)与自回位杠杆臂(4)相互联系并形成运动连接关系；所述自回位杠杆臂(4)通过杠杆臂安装轴销(43)安装于操纵装置底座(3)上，并能够以杠杆臂安装轴销(43)为旋转中心旋转；当摇臂(2)围绕带运动控制曲面的十字轴万向节(6)执行选档操作时，所述球头杆(221)的球头随着摇臂(2)的摆动在置于自回位杠杆臂(4)的长方形滑槽(42)中滑动并同时对自回位杠杆臂(4)施加竖向力，带动自回位杠杆臂(4)围绕杠杆臂安装轴销(43)为旋转中心上下摆动；

在所述杠杆臂安装轴销(43)上设置有回位弹簧(41)，当操纵装置选档不在中心空挡位置时，所述回位弹簧(41)施加弹力于自回位杠杆臂(4)，通过自回位杠杆臂(4)、球头杆(221)及摇臂(2)形成的运动连接关系带动摇臂(2)自动回位，对应操纵装置及操纵挡杆(1)回到空挡中心位置，实现操纵装置的自回位功能。

2.如权利要求1所述的换挡操纵装置，其特征在于，所述运动控制曲面(61)沿前后换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽；所述运动控制曲面(61)中间底部沟槽与所述滑块(7)的底部紧密配合，在滑块压紧弹簧(8)压紧力的作用下实现操纵装置在空挡挡位时的稳定不晃动。

3.如权利要求1所述的换挡操纵装置，其特征在于，所述滑块(7)为中间空心的圆柱体结构，所述滑块(7)外侧设有与摇臂(2)套筒内滑块滑槽形状相匹配的两翼，使得滑块能够沿滑槽上下稳定地滑行。

4.如权利要求1所述的换挡操纵装置，其特征在于，所述滑块压紧弹簧(8)施加向下的压力将滑块(7)压在运动控制曲面(61)上；所述运动控制曲面(61)与安装于操纵装置摇臂(2)套筒内预加载弹簧力的滑块(7)相互配合，实现换挡操作过程中消除空行程手感，精准入挡位感知，及防止挡杆晃动和挂挡后在颠簸路况或司机误操作下的非正常脱档的功能。

5.如权利要求1所述的换挡操纵装置，其特征在于，所述下摇臂(5)通过连接件与摇臂(2)连接，并可以绕着连接点为圆心自由旋转；下摇臂(5)上开有晃量槽(9)，允许下摇臂围绕上述圆心旋转角度α，此角度为晃量角；换挡操作时，摇臂(2)围绕十字轴旋转中心旋转并带动滑块(7)从空挡位置沿运动控制曲面(61)向上爬坡，当摇臂(2)沿十字轴旋转中心旋转β角度时，下摇臂(5)走完空行程对应的单边晃量角

设十字轴旋转中心至下摇臂晃量槽中心的距离为L1，摇臂(2)与下摇臂(5)连接点至晃量槽中心的距离为L2，则/>

和/或，

所述自回位杠杆臂(4)上的长方形滑槽(42)为针对十字轴万向节(6)的运动特点而设计，是使用十字轴万向节(6)实现选档方向自回位功能的必要条件；在摇臂(2)围绕十字轴万向节(6)左右摆动进行选档操作时，装置于摇臂(2)上的球头杆(221)只能沿垂直方向直线运动，而与球头杆(221)配合运动的自回位杠杆臂(4)是围绕自回位杠杆臂安装轴销(43)旋转的，旋转运动同时在垂直方向和水平方向产生位移，装置于自回位杠杆臂(4)上的与球头杆(221)配对的长方形滑槽(42)成为同时适应垂直位移和水平位移的必要条件。

6.一种通过一体锻造或者铸造，或者通过开槽安装方式装配有运动控制曲面的十字轴万向节，其特征在于，所述运动控制曲面(61)沿前后换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽。

7.如权利要求6所述的带运动控制曲面的十字轴万向节，其特征在于，所述通过开槽安装方式装配的运动控制曲面(61)的材质为耐磨工程塑料、耐磨自润滑工程塑料、金属、带有耐磨镀层的金属、带有耐磨及自润滑镀层的金属；所述运动控制曲面(61)与十字轴万向节(62)通过十字轴表面的开槽(63)相互嵌合连接。

8.一种硬杆或伸缩轴操纵器，其特征在于，在所述硬杆或伸缩轴操纵器的旋转机构上设置有运动控制曲面；所述运动控制曲面沿换挡方向由具有不同的坡度曲面而组成，形成中间底部沟槽，爬坡曲面，坡顶弧面，下坡曲面，及坡底弧面及沟槽；所述旋转机构包括带运动控制曲面的十字轴万向节，或，带运动控制曲面的球形操纵结构。

9.如权利要求8所述的硬杆或伸缩轴操纵器，其特征在于，所述球形操纵结构的运动控制曲面通过在球形结构的球面上额外增加或者直接在球型结构的球面上铸造获得。

10.一种车辆手动换档操纵方法，其特征在于，所述方法基于如权利要求1-5之任一项所述的换挡操纵装置，所述方法包括如下步骤：

1)换挡时操纵档杆(1)带动摇臂(2)以带运动控制曲面的十字轴万向节(6)为旋转中心前后左右摆动，并带动与所述摇臂(2)下部通过连接件连接的下摇臂(5)实现选换挡动作；所述下摇臂(5)上开有晃量槽(9)，允许下摇臂(5)围绕所述摇臂(2)与下摇臂(5)的连接点旋转设定的晃量角α；

2)装置于摇臂(2)上部空心套筒内滑槽中的滑块(7)，在空档位时落在运动控制曲面(61)中间底部沟槽中；所述运动控制曲面(61)中间底部沟槽与所述滑块(7)的底部紧密配合，在滑块压紧弹簧(8)压紧力的作用下实现操纵器在空挡位时的清晰定位及稳定不晃动；

3)当执行换挡动作时，即操纵挡杆(1)从空档位向换挡方向运动时，滑块(7)从运动控制曲面(61)的底部空档位沟槽处沿着爬坡曲面向高点爬坡，此时滑块(7)内的滑块压紧弹簧(8)因受压对滑块(7)施加逐渐增强的向下的压力，此压力作用在滑块和运动控制曲面(61)的接触面而产生逐渐增强的摩擦力；司机向换挡方向移动操纵挡杆(1)时，须持续地施力以克服所述摩擦力，所述施力过程包括走完下摇臂单边晃量角

对应的行程，即对应司机操作操纵挡杆(1)围绕十字轴旋转中心转动β角度；

此时操纵器走的是晃量空行程，司机需持续施力以驱动所述滑块(7)沿运动控制曲面(61)的爬坡，并自然接力后续换挡动作的完成；

4)换挡后半段滑块(7)沿运动控制曲面(61)下坡阶段，伴随着滑块压紧弹簧(8)压力持续释放，滑块(7)迅速滑落至运动控制曲面终点，完成挂挡动作；此挂挡完成过程伴随有明显的吸入感，传递给司机明确的入档完成反馈，即挂挡动作完成的确定感；

5)挂挡入相应档位后，落入运动控制曲面终端处的滑块需要由司机在操纵挡杆(1)施加一定的操纵力才能爬坡滑出。

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