本发明涉及汽车领域，具体涉及一种汽车及其手动换挡机构。
背景技术
目前传统的手动换挡机构的换挡方式为：驾驶员操纵换挡杆顶部以拉动与换挡杆底部连接的拉索，进而通过拉锁驱动变速箱执行挡位切换。在操纵换挡杆变换挡位时，驾驶员要同时踩下离合器，以实现换挡。手动换挡机构本身并没有任何的电器元件，整个换挡过程都是通过机械结构的传递实现。相比于自动换挡车型，手动换挡会给予驾驶者更好的操纵感觉，能更好的体会开车过程中的换挡感觉和乐趣。
手动换挡机构相比于自动换挡机构的主要不足是，挡位升降时换挡的时机和踩松离合器的时机不容易配合好，容易出现车辆顿挫抖动和熄火等情况。
技术实现要素：
本发明解决的问题是提供一种改进的汽车及其手动换挡机构，以解决上述问题。
为解决上述问题，本发明提供一种手动换挡机构，包括壳体、换挡杆，所述换挡杆的一端插入所述壳体，另一端伸出供驾驶员手持；还包括换挡感应部，能够随所述换挡杆的挂挡动作被触发而生成换挡信号，所述换挡感应部包括：拨动支架，具有分别设于所述换挡杆径向两侧的拨动件，所述拨动件可在所述换挡杆进行挂挡运动时被推动，且与所述换挡杆的选挡运动无干涉；齿轮，与所述拨动支架通过若干相互啮合的啮合齿传动连接；转角传感器，能够监测所述齿轮的转动角度，并在所述转动角度达到设定角度时被触发而生成换挡信号。
可选的，所述齿轮的中心轴线与所述换挡杆挂挡时的转动轴重合。
可选的，所述拨动支架上设有齿条，并通过所述齿条与所述齿轮啮合。
可选的，所述齿条呈与所述齿轮的径向平行的直线状。
可选的，所述齿条具有两个且平行地设于所述齿轮的两侧。
可选的，所述拨动件受所述换挡杆的推动而转动，且转动中心轴与所述换挡杆挂挡时的转动中心轴重合。
可选的，所述齿条呈与所述齿轮同轴的圆弧形或环形。
可选的，所述齿条的延伸方向与所述换挡杆选挡时的运动方向垂直；所述拨动件受所述换挡杆的推动而沿直线运动。
可选的，所述拨动件呈杆状，且在长度方向与所述换挡杆选挡时的转动平面平行。
可选的，所述转角传感器为电磁式转角传感器，包括能够产生磁场的磁性元件，以及感应所述磁性元件的磁场变化的感应元件；所述磁性元件固设于所述齿轮，所述感应元件设于所述磁性元件沿所述齿轮轴向的一侧，所述感应元件用于当感应到的磁通量变化达到设置值时被触发而生成换挡信号。
可选的，还包括固定于所述壳体且与所述齿轮同轴的固定销，所述齿轮套设于所述固定销外。
可选的，所述拨动支架、所述壳体上分别设有供所述固定销穿过的销孔。
可选的，还包括固定于所述壳体的支撑架，所述感应元件安装于所述支撑架。
本发明还提供一种汽车，其包括：离合器、用于驱动所述离合器动作的离合器操纵机构，以及上述任一项所述的手动换挡机构；所述离合器操纵机构用于接收所述换挡信号，并根据所述换挡信号驱动离合器执行接合或分离的动作。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
手动换挡机构在壳体以及插设于壳体中换挡杆之外，设置了换挡感应部，换挡感应部包括传动连接的拨动支架、齿轮，以及可对齿轮的转动角度进行监测的转角传感器。其中，拨动支架可受所述换挡杆进行挂挡运动时被推动，并将换挡杆的运动传递给齿轮，转角传感器能够在监测到的齿轮转角达到设定角度时被触发而生成换挡信号。
当本方案的手动换挡机构应用于汽车时，在汽车中设置与该手动换挡机构配合的离合器，以及用于驱动离合器动作的离合器操纵机构，离合器操纵机构用于接收转角传感器的换挡信号，并根据换挡信号执行分离和接合的动作。
由此，当驾驶员驾驶操纵换挡杆进行挡位升降时，离合器能够通过手动换挡机构和离合器操纵机构的配合进行自动接合或分离，而与驾驶员踩踏离合器踏板的时机无关，从而解决换挡的时机和踩松离合器的时机不容易配合的问题，进而改善车辆的顿挫抖动和熄火等情况。其中，离合器踏板可以保留或者去除，当保留离合器踏板时，离合器踏板与离合器之间没有传动关系，而主要为驾驶员的驾驶习惯和驾驶体验而服务。
附图说明
图1是本发明实施例的手动换挡机构的立体结构示意图一，其中换挡感应部安装于壳体；
图2是本发明实施例的手动换挡机构的立体结构示意图二，其中换挡感应部与壳体之间以分解形式示出；
图3是本发明实施例的手动换挡机构中换挡感应部的立体结构示意图；
图4是本发明实施例的手动换挡机构中换挡感应部的立体分解示意图；
图5示出了本发明实施例的手动换挡机构在换挡感应部区域的剖面结构。
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。
本实施例提供一种汽车及其手动换挡机构，该汽车中还具有与手动换挡机构配合动作的离合器，以及用于驱动离合器动作的离合器操纵机构，离合器操纵机构根据换挡信号来进行动作，以控制离合器的接合和分离。
参照图1、图2所示，该手动换挡机构包括壳体10、换挡杆20，换挡杆20的一端插入壳体10，另一端伸出供驾驶员手持。如图1，换挡杆20的底端插入壳体10，顶端21则用于伸入驾驶室并连接换挡杆手球，驾驶员换挡时，通过手持换挡杆手球进行。
换挡杆20在伸入壳体10的部分中设有换挡球头(图中未示出)，壳体10内设有用于容纳换挡球头的球形座，换挡球头与球形座同心设置并可相对于球形座转动。由此，换挡杆20能够以换挡球头的球心为转动中心转动，从而完成换挡操作。
换挡操作过程分为两步，分别是选挡动作，挂挡动作。如图1，当驾驶员拨动换挡杆20沿x方向运动时，换挡杆20围绕转动中心进行选挡动作；当驾驶员拨动换挡杆20沿y方向运动时，换挡杆20围绕转动中心进行挂挡动作。其中，一般设置选挡和挂挡时驾驶员的操作方向相互垂直，因此换挡杆20在选挡时形成的转动平面与其在挂挡时形成转动平面相互垂直。
本实施例的手动换挡机构还包括换挡感应部30，换挡感应部30能够随换挡杆20的挂挡动作被触发而生成换挡信号。换挡信号包括分离信号和接合信号，分离信号用于控制离合器分离，接合信号用于控制离合器接合。离合器操纵机构则用于接收换挡感应部30生成的换挡信号，并根据换挡信号进行分离或接合。
本领域技术人员知晓，当驾驶员操作手动换挡机构进行换挡操作时，离合器操纵机构应当执行分离动作，使离合器分离；当换挡操作完成，离合器操纵机构则应当执行接合动作，使得离合器重新回到接合状态。
本实施例的换挡感应部30能够根据换挡杆20的动作准确地生成分离或接合的换挡信号。换挡感应部30包括能够随换挡杆20的挂挡运动而运动的拨动支架31、与拨动支架31通过若干相互啮合的啮合齿传动连接的齿轮32，以及用于对齿轮32的转动角度进行感应的转角传感器33。
其中，转角传感器33可以是任何一种能够对齿轮32的转动角度进行感应和监测的传感器。本实施例中选用电磁式转角传感器33，其包括能够产生磁场的磁性元件331，以及感应磁性元件331的磁场变化的感应元件332，磁性元件331固设于齿轮32，感应元件332设于磁性元件331沿齿轮32轴向的一侧，感应元件332用于当感应到的磁通量变化达到设置值时并触发而生成换挡信号。
下面详细介绍换挡感应部30中拨动支架31的结构和齿轮32的位置。
拨动支架31具有分别设于换挡杆20径向两侧的拨动件311，拨动件311可在换挡杆20进行挂挡运动时被推动，且与换挡杆20的选挡运动无干涉。
拨动件311优选为杆状件，且该杆状件在长度方向与换挡杆20选挡时的转动平面平行，以在换挡杆20进行挂挡动作时被推动。其中，拨动件311与挂挡时形成的转动平面之间的位置关系可不作限定。
如图1、图2并结合图3所示，拨动件311沿x方向延伸，其与换挡杆20在挂挡时的转动平面垂直。其中，当换挡杆20位于空挡状态时，拨动件311可以与换挡杆20接触，由此，换挡杆20一旦沿y方向进行挂挡动作，拨动件311就能够被换挡杆20推动。
应当理解，在保证拨动件能够被换挡杆在挂挡时推动、且不对换挡杆的选挡运动造成干涉的前提下，拨动件的结构和形式可以不作限定，例如其延伸方向可以不与换挡杆选挡时的转动平面平行，或者也可以选用杆状件之外的其他部件。
需要注意，当换挡杆20位于空挡状态时，拨动件311与换挡杆20之间可以留有微小的间隙，以避免换挡杆20在沿x方向进行选挡动作时与拨动件321发生摩擦，从而保证选挡时的响应效率和驾驶员操作手感。应当理解，该间隙越小，则当换挡杆20在沿y方向进行挂挡动作时，拨动件311的响应时间越短，越能准确地触发电磁式传感33生成换挡信号。
如前所述，拨动件311可受换挡杆20在挂挡时的运动而推动。换言之，拨动件311能够对换挡杆20的挂挡运动进行响应，其中拨动件311与换挡杆20之间的响应形式可以有多种。
关于响应方式，其中一种可选的方式为旋转式响应，具体为：当换挡杆20进行挂挡运动时，拨动件311可以在受换挡杆20的推动而转动，其转动中心轴与换挡杆20挂挡时的转动中心轴重合，从而使得拨动支架31同轴转动，并通过齿轮啮合将转动运动传递给齿轮32。
另一种可选的方式为直线式响应，具体为：当换挡杆20进行挂挡运动时，拨动件311可以在受换挡杆20的推动而呈直线运动，从而使得拨动支架31相应发生直线运动，并通过齿轮啮合将直线运动转化为齿轮32的旋转运动。
本实施例中，拨动件311与换挡杆20之间的响应形式采用前一种方式，即拨动件311能够在受换挡杆20的推动而转动，呈旋转式响应。
为了实现拨动支架31与齿轮22的啮合，拨动支架31还包括连接于拨动件311长度方向一端的啮合支架312，啮合支架312与拨动件311之间通过螺栓314固定。啮合支架312上设有啮合齿313，啮合齿313与齿轮32通过若干齿啮合。
如图3、图4，所有的啮合齿313排列成齿条形，该齿条与齿轮32的径向平行的直线状。齿条具有两个且平行地设于齿轮32的两侧，由此保证啮合的稳定性。在其他实施例中，齿条也可以呈与齿轮32同轴的圆弧形或环形。
在其他实施例中，如果拨动件与换挡杆之间的响应形式为直线式响应，此时齿条应当呈直线状，且齿条的延伸方向与换挡杆选挡时的转动平面垂直。
齿轮32与拨动支架31传动连接，以将拨动支架31的运动传递给齿轮32，并转化为齿轮32的转动。
其中优选地，齿轮32的中心轴线与换挡杆20挂挡时的转动平面垂直、且穿过换挡杆20的转动中心。也就是说，齿轮32的中心轴线与换挡杆20挂挡时的转动轴重合，两者同轴转动。齿轮32与拨动支架31之间通过若干齿相互啮合，使得拨动支架31能够围绕齿轮32的中心轴线转动。由此，当换挡杆20转动时，齿轮32能够同步转动，以快速准确地响应换挡杆20的转动，并能够简化换挡杆20的挂挡时的运动行程与齿轮32转动角度之间的对应关系。
在其他实施例中，只要能够确定换挡杆的挂挡时的运动行程与齿轮转动角度之间的对应关系，齿轮的中心轴线也可以不做限定。
换挡感应部30的工作原理如下：当换挡杆20沿挂挡方向转动时，其沿挂挡方向推动拨动件311，使得拨动支架31围绕其转动轴转动，而拨动支架31的转动轴与齿轮32的中心轴线重合，因此拨动支架31的转动又能够带动齿轮32转动，从而能够在不影响换挡杆20换挡动作的前提下，将换挡杆20沿挂挡方向的运动传递给齿轮32，齿轮32与换挡杆20同步转动、两者的转动角度一致。
由此，可以对齿轮32的转动角度进行监测，使得齿轮32的转动角度达到设定角度时触发转角传感器33生成换挡信号。
假设换挡杆20在空挡时所处的角度为0，此时齿轮32所处的角度也为0，换挡杆20在挂挡到位时所需要转过的角度为α，此时齿轮32所处的角度也为α。由于在换挡杆20的挂挡行程中，换挡杆20在空挡附近具有一定的活动间隙，当换挡杆20在该间隙范围内活动时，不宜认为其正在进行挂挡动作。因此可以设定：当换挡杆20从空挡开始，转过的角度达到β时，认定其正在执行挂挡动作，β的值应当大于换挡杆20的活动间隙对应的转角值；当转过的角度达到γ时，认定挂挡动作即将完成，γ值应当大于β值。
由此，可以将“齿轮32从0转至β”作为触发转角传感器33生成分离的换挡信号的条件；同时将“齿轮32从0转至γ”作为触发转角传感器33生成接合的换挡信号的条件，其中，β、γ均为0到α之间的一个值，且0＜β＜γ＜α。
对于电磁式转角传感器而言，当齿轮32从0转至β时，感应元件332感应到的磁通量变化为φ1，当齿轮32从0转至γ时，感应元件332感应到的磁通量变化为φ2。则当感应元件332感应到的磁通量变化达到φ1时，生成分离的换挡信号，当感应元件332感应到的磁通量变化达到φ2时，生成接合的换挡信号。
另外，结合图5所示，为了将拨动支架31、齿轮32稳定地设置于壳体10，换挡感应部30还包括固定于壳体10且与齿轮32同轴的固定销34，齿轮32套设于固定销34外。相应地，拨动支架31、壳体10上分别设有供固定销34穿过的销孔31a、10a。如图2并结合5，壳体10上设有与固定销34配合的固定块11，销孔10a则设于固定块11中。
如图4至图5所示，固定销34呈阶梯状，其具有沿轴向依次连接且外径依次减小的三个部分，分别为第一部分341、第二部分342以及第三部分343，以在第一部分341和第二部分342之间、第二部分342和第三部分343之间分别形成轴肩。
其中，磁性元件331优选为呈与齿轮32同轴的环形，与齿轮32同轴固设，套设于第二部分342外并抵靠在第一部分341和第二部分342之间的轴肩。齿轮32在背向第一部分341的一端通过卡簧351限位。固定块11则套于第三部分343外，第三部分343穿过固定块11并在穿出部分通过卡簧353限位。
安装时，先将齿轮32从第三部分343穿入固定销34并将其定位，然后以第三部分343为穿入端，穿入拨动支架31和固定块11。
在其他实施例中，齿轮、拨动支架以及固定块之间沿固定销轴向的位置可以变换，各个部件与固定销配合的销孔的尺寸则根据其与固定销的配合位置来设定。或者，固定销34的外径也可以均一，并全部通过卡簧来完成限位。
为了将感应元件332稳定地设置于壳体10，壳体上还设有支撑架12，感应元件332则安装于支撑架12。安装的方式可以有多种，例如插接、粘接、通过螺栓等类似连接件连接等。本实施例中，支撑架12上设有插孔121(图2)，感应元件332则插设在插孔121中。
更具体地，支撑架12可以板状件，插孔121的两侧壁也相应地为板状结构，感应元件332上设有沿插孔121的深度方向延伸的插槽333，两侧壁插入插槽333中以完成配合。
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。