图1是根据本发明一个方面的换档装置的局部不完整的透视图；
图2是图1的换档装置的不完整的横截面图；
图3是图1的换档装置的局部示范性的横截面图；
图4是图1的换档装置的横截面图；
图5是图1的换档装置的掣爪机构的不完整图；
图6是根据本发明的换档装置的另一个实施方式的不完整透视图，其中 掣爪安装在变速杆中；
图7是换档装置的另一个实施方式的侧视图，其中掣爪安装在变速杆 中；
图8是图7的换档装置的端视图；
图9是一个不完整透视图，表示用来使掣爪脱离的手动释放机构；
图10是不完整图，表示掣爪和换档定位槽；
图11是不完整的分解透视图，表示换档手柄和捏手的装配；
图12是不完整的透视图，表示本发明的换档装置的另一个实施方式， 其中换档装置包括手动升档和降档档位；
图13是根据本发明一个方面的换档图案的示范性说明；
图14是根据本发明另一个方面的换档图案的示范性说明；
图15是根据本发明另一个方面的换档图案的示范性说明；
图16是根据本发明另一个方面的换档图案的示范性说明；
图16A是根据本发明另一个方面的换档图案的示范性说明；
图17是机械停车档锁定凸轮的局部示意图；
图18是图17的机械停车档锁定凸轮的局部示意图；
图19是根据本发明的换档装置的另一个实施方式的局部示意图；
图20是图19的换档装置的一部分的不完整的放大视图；
图21是根据本发明另一个方面的变速杆总成的不完整图；
图22是根据本发明的可以与电子掣爪共同使用的曲柄机构的局部示意 图；
图23是根据本发明另一个方面的具有电子掣爪的换档装置的局部不完 整透视图；
图24是图23的换档装置的内部部件的透视图；
图25是图23的换档装置的内部部件的透视图；
图26是根据本发明另一个方面的换档装置的局部示范性横截面图；
图27是图26的换档装置的顶板的图；
图28是图26的换档装置的上壳的平面图；
图29是沿图28的线XXIX-XXIX获得的图28的上壳的横截面图；
图30是与图26中所示类型的换档装置一起使用的球状件的另一个实施 方式的不完整横截面图；
图31是沿线XXXI-XXXI获得的图30的球状件的不完整横截面图；
图32是图31的球状件的底视图；
图33是根据本发明另一个方面的换档装置的局部不完整透视图；
图34是图33的换档装置的局部不完整透视图；
图35是根据本发明另一个方面的电磁线圈的分解图；
图36是图35的电磁线圈的平面图；
图37是沿线XXXVII-XXXVII获得的电磁线圈的横截面图；和
图38是图35的电磁线圈的侧视图。

在此为了说明的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、 “垂直”、“水平”和其派生词应该如图1中所指的方向那样与本发明相关， 然而，应该懂得，除了在明白地指出相反的地方之外，本发明可以采取各种 可能的方位和步进顺序。还应该懂得，在附图中所示的和在下面的说明书中 描述的特定装置和方法仅仅是在所附的权利要求中定义的发明观念的示范 性实施方式，因此，关于在此披露的实施方式的特定尺寸和其它物理特征不 应被认为是限制，除非权利要求书清楚地以其它方式进行声明。
本申请涉及2004年1月22日申请的名称为“具有减噪装置的电磁线圈” 的共同待决申请10/762837，本发明还涉及2004年3月12日申请的名称为 “具有档位指示器的换档装置”的共同待决申请10/799111，它们两个的全 部内容在此并入作为参考。
在图1中示出了根据本发明一个方面的换档装置总成1，换档装置总成 1包括一个构成为被安装到机动车的内部3的基部2。变速杆4可移动地安 装到基部，且包括一对向下延伸件5，每个向下延伸件都包括一个可旋转地 与销7接合的毂部6，销7具有一带有平面9的非圆形横截面，通过使销7 旋转成与毂部6中的开口8对齐，平面9允许变速杆4的装配或拆卸。
进一步参考图2，变速杆4包括换档定位槽10，其整体地形成在变速杆 4的下部11的下侧上。用动力推动的掣爪机构14包括产生动力的致动器如 电磁线圈12，通过基部2的保持部13将该致动器安装到基部2上。电磁线 圈12包括弹簧，该弹簧通常向上偏置掣爪件15使其与换档定位槽10接合。 另外，如下面更详细论述的，也可以在电磁线圈中单独地利用一个磁体或联 合一个弹簧，以将掣爪偏置/保持在接合位置中。产生动力的致动器还能包括 电动机和线性驱动机构或其它产生动力的致动器，这种产生动力的致动器可 以用来控制掣爪件15的行程的距离，例如，能用通向电磁线圈的电力来控 制行程的距离。另外，如果使用电动机，则能用电动机的转数来控制掣爪件 15的行程的距离。
当用电起动时，电磁线圈12使掣爪15向下移动，脱离与换档定位槽 10的接合，以便用户能将变速杆4转动到一个新的档位。操作者输入装置如 换档捏手19上的按钮16电连接到控制器20，以便用户按下按钮16，控制 器20向电磁线圈12产生信号，从而移动掣爪15使其脱离与换档定位槽10 的接合，允许变速杆4的移动。另外，能将开关16与制动器和钥匙电路串 联连接，以便当按钮被压下和起动电磁线圈时，按钮把电路接通。而且，能 用其它的操作者输入装置如小的杆、可滑动的/可旋转的元件、开关、传感器 等等来代替按钮16以提供用户输入。可以将传统的机械缆索22连接到车辆 变速器21，以根据变速杆4的移动提供变速器档位改变。另外，可以通过换 档装置总成1中的传感器40产生与变速杆4的位置(例如，停车档、空档、 前进档等等)对应的电信号，并通过电线23将该电信号传递到控制器20， 以便控制器20接着产生经由电线24控制变速器21的信号。该电信号可以 单独地或联合机械缆索22地控制车辆变速器。
进一步参考图3，掣爪机构14中的弹簧27偏置掣爪15使其与电磁线 圈12的销41接合，电磁线圈12内的另一个弹簧27A向上偏置销41使其与 掣爪件15接合，弹簧27A比弹簧27更硬，以致偏置掣爪件15使其与换档 定位槽10接合。弹簧27确保当起动电磁线圈12使销41缩回时，掣爪脱离 定位槽10，还确保当销41被缩回时，销15的盘形头部18保持与销41接触。
如果掣爪15处于停车档位置中时，传感器或开关28产生信号，而且， 当压下制动踏板29、并且如果钥匙也在点火装置筒30中且处于运转位置中 时，传感器向控制器20产生信号。
控制器(或电路)和电动的掣爪装置不仅选择地控制变速杆的移动，而 且在不需要与单独的停车锁定和制动器变速换档装置联锁(“BTSI”)装置/ 机构相关的额外装置/机构和额外成本的情况下，提供停车锁定和BTSI功能。 换档定位槽10的停车档位置31如此构成，即掣爪15防止变速杆4移出停 车档位置31，除非起动电磁线圈12将掣爪15移动到脱离位置。当变速杆4 处于停车档位置中时，控制器20防止掣爪15的起动，除非制动踏板29被 压下且钥匙在点火装置中处于运转位置。如下面更详细描述的，利用电或机 械锁定机构，用动力推动的掣爪允许换档装置1被锁定在停车档位置中。控 制器20还锁定点火装置筒30以防止点火钥匙移动，除非换档装置处于停车 档位置中。在下面结合图9更详细描述的如果车辆没有动力，机械释放或人 工优先机构25允许掣爪在所有档位中的手动释放。该独特的装置消除了先 前的机械致动掣爪中的缺点。通过将钥匙从点火装置取出而压下掣爪释放按 钮，这种机械掣爪通常能被“愚弄”(即，被回避)，从而允许变速杆移出停 车档。如果车辆的主电池失效，也可以用辅助电源如电池26使电磁线圈12 起动。
如果特定的应用需要，控制器20还可以提供空档锁定。例如，定位槽 10上的空档位置可以具有与需要起动掣爪的停车档定位槽相似的“锁定”构 形，以允许变速杆4移出空档，并且如果变速杆4处于空档位置中且车辆在 一个预定时间段如5秒内没有移动，则控制器20能使掣爪15接合。然后， 如果制动踏板被压下且钥匙在点火装置筒30中处于运转位置中，控制器20 仅仅使掣爪15缩回。
倒档位置32可以包括“底”面33(图3)和侧壁34，因而，当变速杆 处于倒档位置中且掣爪15与倒档档位32接合时，掣爪15防止变速杆移动 到停车档位置中，除非电磁线圈12被起动，但允许在不压下按钮16来起动 电磁线圈12的情况下，移动到空档位置35和前进档位置36。然而，由于前 进档位置36的侧壁38，所以必须起动电磁线圈12以从前进档位置36换档 到“3”(即，较低的前进档)位置37。相似地，空档位置35的侧壁39防止 变速杆从空档位置35移动到倒档位置32，除非通过按下按钮16来起动电磁 线圈12。如果换档装置是电子的(即，用传感器40确定档位)，则通过给控 制器20编程序可以将空档和停车档位置结合起来，以防止从倒档换档到前 进档，除非满足一定的车辆运行标准。例如，能给控制器20编程序以只有 当车辆分别在倒退和前进方向上以低于预先选定的速度如5mph行驶的时 候，才允许从倒档换到前进档和从前进档换到倒档。在该结构中，停车档和 空档共用相同的档位。
进一步参考图4和5，弹性缓冲垫43可以位于与销15A整体形成的圆 柱保持器42内，以便电磁线圈12的销41接触缓冲件43以减小噪音，否则 将由于电磁线圈与掣爪销15A的底面62接触而引起噪音。而且，在图5所 示的实施方式中，掣爪15A的端部44不接触掣子定位槽46的表面45，以 使得不会由于掣爪15A和掣子定位槽46之间的接触而产生噪音。相似地， 在图3所示的布置中，掣爪15A可以如此构成，即掣爪15A不接触空档定 位槽35或前进档定位槽36的底面，从而消除噪音，否则将由于例如从倒档 位置32换档到空档位置35和/或前进档位置36而引起噪音。
而且，图5的布置将经由杆4施加到定位槽10的负荷反作用到基部2 中，而不是到电磁线圈12中。如果施加了趋向于移动定位槽10的负荷，掣 爪15A就将接触掣爪15A延伸穿过的开口46A的侧壁47A。销41的外径小 于保持器42的内径，因而形成一个间隙41A，该间隙41A允许销15A和保 持器42相对于销41进行一些移动。弹性垫43可以延伸进入到间隙41A中 以相对于销41定位掣爪15A，还在不将相当大的力从掣爪15A传递到电磁 线圈12的情况下允许一些相关的移动。这样，电磁线圈12不需要对经由杆 4施加到定位槽10的全部负荷做出反作用。容易明白，为了该目的能利用各 种弹性联接装置。除了换档定位槽10之外，换档装置1还可以包括掣子， 用来将变速杆4保持在所需的档位中和向操作者提供触觉反馈。例如，如图 1中所示，掣子件49可以安装在弹簧件50等等上，以便偏置掣子49使其与 在换档手柄4上形成的凹口/掣子48接触。另外，也可以使用传统的“公鸡 冠式”掣子装置，这种掣子的一个例子在美国专利5775166中阐明，其全部 内容并入作为参考。因而，掣子决定变速杆4的位置以将变速杆保持在不需 要起动掣爪的档位如空档和前进档(图3)中，掣子还向操作者提供“感觉” (触觉反馈)，掣爪15将杆4锁定在所选位置中。如下面结合图19和20论 述的，换档定位槽和掣爪可以构成为提供一个掣子，以使得不需要公鸡冠式 掣子装置。
参考图6，电磁线圈12A可以安装在变速杆结构4A中，换档定位槽10A 安装到换档装置基部2A。除了将定位槽10A固定到基部2A和将电磁线圈 12A固定到变速杆4A且随其一起移动之外，换档臂、电磁线圈12A和换档 定位槽10A以与上面详细描述的基本上相同的方式工作。
进一步参考图7和8，电磁线圈12B可以安装在换档装置1B的手柄4B 中，掣爪件15B通常平行于旋转轴线17地水平移动，掣爪15B接合换档定 位槽10B，并以与上面详细描述的基本上相同的方式工作。
进一步参考图9，换档装置1可以包括手工优先释放机构52，用来在例 如车辆电池失效而不能用电力操作电磁线圈12时手动脱离掣爪15。人工优 先释放机构52包括细长的可移动件53，其可滑动地安装到基部2。元件53 在其上端包括按钮54，操作者能用手向下推动按钮54以便臂55接触掣爪 15并移动掣爪15使其脱离与换档定位槽10的接合。因为将掣爪机构14、 掣爪15和可移动件53安装到基部2，所以当换档定位槽10随着变速杆4 移动到每个档位时，臂55保持与掣爪15对齐，因而，由于掣爪15和臂55 之间的接触，将电磁线圈12偏置到接合位置中的弹簧也向上偏置元件53。 另外，也能用盘簧63等等来向上偏置元件53。而且，由于臂55坚持与掣爪 15对齐，所以能在变速杆4的任何位置(例如，停车档、倒档、空档、前进 档等等)用手动优先释放机构52将掣爪15移动到脱离位置中。而且，如上 所述，除了在压下制动踏板29的情况之外，通过在处于停车档中时防止掣 爪15起动，控制器20可以构成为提供停车锁定。为了防止掣爪15的手动 起动绕开停车锁定，可以利用一个要用钥匙的罩子或其它机械锁定件(未示 出)来释放手动优先机构52。而且，车辆可以包括备用电源，如辅助电池(未 示出)，即使主电池失效，备用电源可以用来起动电磁线圈12。因而，即使 主车电池没有足够的电荷来操作电磁线圈12，备用电源也能允许掣爪15的 释放。
进一步参考图10，能这样布置电磁线圈12，即掣爪15的端部44不接 合空档位置35和前进档位置36的下表面，从而减小噪音，否则将由于掣爪 15碰撞换档定位槽10而引起噪音。在所示例子中，掣爪15的端部44具有 由线“A”表示的最大行程，间隙“B”形成于掣爪15的端部44和空档定 位槽35与前进档定位槽36的表面之间，因而，如果变速杆4从倒档位置32 移动到空档位置35，掣爪15不会碰撞换档定位槽10。
优选地，用来起动电磁线圈12的按钮16是电开关。因为开关是电的， 所以变速杆4和捏手19的形状和尺寸不会如先前的机械释放装置那样受到 约束。而且，可以给控制器编程序以基于按钮16的输入提供各种功能，例 如，可以给控制器20编程序以仅仅需要按钮16的单次推动(“点按”)来从 停车档换档到倒档，但可能需要在很小的时间间隔内第二次推动按钮16来 起动掣爪14和从倒档换档到停车档，从而防止无意地换档到停车档中。而 且，还可以利用按钮16移动的距离来成比例地控制电磁线圈12，例如，如 图10中所示，可能需要掣爪15缩回到由线“C”所示的第一位置以允许杆 4从“N”移动到“R”或从“D”移动到“3”。掣爪15可能需要移动到线 “E”的位置以允许杆4从“R”移动到“P”或从“P”移动到“R”。可以 给控制器20编程序，以当将按钮16压下一个第一距离时，将掣爪15移动 到位置C，和当将按钮16压下一个第二距离时，将掣爪15移动到通常更大 的第二距离的位置E。换档定位槽10可以构成为包括另外的档位范围，如2 和1(L)，这些档位需要掣爪15另外缩回到位置F和G。可以给控制器20 编程序，以基于按钮16的进一步下压将掣爪15缩回到这些位置。按钮16 可以在每个位置包括掣子和/或音响信号，以使操作者能确定已经将按钮16 按下了多远。而且，可以给控制器20编程序，以基于压下按钮16的次数来 控制至少部分地控制掣爪15移动的距离，例如，如果压下按钮16一次，掣 爪15能缩回到位置“C”，如果压下两次，缩回到位置E，如果压下三次， 缩回到位置F，如果压下四次，缩回到位置G。更进一步，能用按钮16的速 度和加速度控制掣爪的起动。
而且，如图1中所示，换档装置可以不包括用于操作者输入以控制电磁 线圈12和掣爪15的按钮16。如果不使用按钮16，则仅仅由控制器20基于 车辆运行参数确定电磁线圈12的控制。例如，当操作者最初进入车辆时， 控制器20可以起动电磁线圈12，以在压下制动踏板29且钥匙在点火装置中 处于运转位置时使掣爪15脱离。然后，操作者将变速杆移动到所需的档位， 控制器20将变速器20换档到所需的档位。可以给控制器20编程序以基于 车辆运行参数防止向某些档位的移动，例如，参考图10，可以给控制器20 编程序，如果掣爪处于前进档位置中，且当车辆正以预定速度如10mph向前 移动而操作者企图将变速杆4移动到倒档位置时，则防止掣爪15的缩回。 而且，如下面结合图33和34中所示的换档装置更详细描述的，可以将变速 杆4结合到模拟旋转位置传感器，以便控制器20能确定变速杆4的位置和 变速杆4的移动方向，即使变速杆处于档位之间。因而，如果车辆正以例如 10mph向前移动，且操作者企图将变速杆4移动到“3”档位时，则控制器 20能起动电磁线圈12，但基于变速杆4的移动方向和车辆运行参数(例如， 车速)，控制器20不会起动电磁线圈12以允许向倒档位置移动。
而且，换档定位槽10可以包括不同高度的不同档位凹口，以便能基于 车辆运行参数和/或变速杆4的移动位置，将电磁线圈12起动一个选定的距 离以允许某些换档，但防止其它的变档。换档定位槽10可以包括倒档凹口 上的唇部33A(图10)，控制器20可以在车速减小时使掣爪15缩回更大的 距离以允许逐步地降档到更低的档位，这些更低档位的凹口需要更多地缩回 掣爪15。唇部33A可以具有一个高度，该高度需要非常低的速度(例如， 5mph)以允许换档到倒档中或从倒档中换出，唇部33A的高度可以与最低 前进档位的凹口的高度相同。停车档和倒档档位之间的凸起部33B可以具有 一个高度，该高度需要掣爪15完全缩回，仅仅在控制器确定车辆没有移动 的情况下才会发生掣爪15的完全缩回。控制器20还可以利用其它的车辆运 行参数，如发动机每分钟转速等等，以控制掣爪15的缩回程度。而且，控 制器20可以如此构成，即从停车档换出来需要踏板被压下且钥匙在点火装 置中处于运转位置。
而且，控制器20能构成为当操作者最初压下制动踏板并将点火装置移 动到运转位置时，起动电磁线圈12以使掣爪15脱离，然后，电磁线圈12 将保持在缩回状态以允许变速杆的移动，直到操作者再次将变速杆移动到停 车档位置。如果满足某些车辆运行参数，则控制器20仅仅在处于停车档位 置中时起动电磁线圈12，例如，控制器20能构成为如果车辆正以低于预先 选定的速度行驶和/或如果制动踏板被压下，则起动电磁线圈12以将掣爪15 接合在停车档位置中，然而，在操作期间，当变速杆处于其它档位如倒档、 空档、前进档、3、或其它档位中时，掣爪15将保持在缩回状态。虽然当车 辆在前进方向上以预先选定的速度如10mph行驶或大于该速度行驶时，操作 者例如能将变速杆从前进档移动到倒档，但控制器20不会将变速器的档位 改变成倒档，除非车辆正以低于预先选定的速度(例如，10mph)行驶和/ 或其它车辆运行参数处于所需换档的允许范围之内。如果操作者将变速杆4 移动到一个档位，表明希望换档到一个控制器确定不允许换档的档位中，则 变速杆4将不会与变速器同步，指示器如在下面结合图26的换档装置更详 细论述的指示器202将闪光以向驾驶员发出信号，说明所需的换档没有发生。
此外，可以改变按钮16的设计以向用户提供触觉反馈。例如，按钮16 可以构成为提供一个给用户提供触觉感觉的“棘爪”和/或掣子，以表明已经 将按钮压下了所需的距离。另外，如果按钮16构成为基于按钮16被压下的 距离来提供比例控制，则按钮16可以构成为提供一系列掣子，每个掣子都 与按钮16被压下的距离对应。此外，除了改变推动按钮所需的力以提供触 觉反馈之外，按钮16还可以构成为提供一个与按钮16被压下的距离对应的 声音，以向用户提供反馈。
进一步参考图11，能以成本经济的方式制造换档装置4。更具体地，能 将手柄的细长部54插过前盖58的开口57，然后，能将捏手19的塑料芯59 搭合、粘结或以其它方式附装到杆4的端部60，然后，可以装上皮套61等 等。该布置允许将具有不同形状和/或外观的多种换档捏手容易地附装到变速 杆4上，因而，能容易地将换档装置“用户化”以与特定车辆的内部设计相 配，而不需要完全新的变速杆和相关部件。此外，电换档按钮16消除了对 捏手和变速杆中的机械释放机构和相关联接件的需要，所以能改变捏手的设 计和/或外观，而不需要进行大量努力，否则将需要提供新的联接件和相关部 件。而且，能将换档捏手和杆形成为整体的、单体单元，这相当大地节省了 费用，整体的、单体捏手可以用在换档防尘套被包含在总成内的应用中。而 且，因为变速杆和捏手不需要容纳用来操作掣爪的内部机械联接件，所以变 速杆能被注模制成(而不是钢管制的)，并可以包括整体的捏手。
进一步参考图12，根据本发明的换档装置的另一个实施方式包括具有 停车档、倒档、空档和前进档档位的“自动”换档道65。换档装置还包括手 动换档道66，手动换档道66具有升档或“+”位置67和换档到或“-”位 置68。当变速杆4处于自动换档道65中时，电磁线圈12和掣爪15以基本 上与上述相同的方式接合换档定位槽10。换档定位槽10包括变速杆接收部 69，其在变速杆4处于自动换档道65中时接收变速杆4的基部70，因而， 变速杆4沿着换档道65绕第一轴线71的枢转使得换档定位槽10相对于掣 爪15移动，允许以基本上与在上面结合图2的换档装置详细描述的相同方 式来控制变速器。然而，变速杆4也能绕第二轴线72枢转以移动到手动换 档道66中。当将变速杆4移动到手动换档道66时，变速杆4的基部70移 出，不与换档定位槽件73的接收部69的接合。当将变速杆4移动到手动换 档道66时，掣爪15接合定位槽10的前进档凹口位置36，从而将换档定位 槽件73保持在合适位置中。凹口36可以大得足以包含前进档和空档档位， 在这种情况下，变速杆4移动到手动换档道，因而，掣爪15保持与定位槽 10接合，从而保持定位槽10，使得当变速杆移动到手动换档道和自动换档 道之间时，不需要单独的锁止件等等来保持部件。而且，缆索77仍连接到 换档定位槽10，使得缆索77不需要任何分离/再连接装置。当变速杆4处于 手动换档道66中时，能将它绕着轴线71枢转到“+”或“-”位置中。当 在升档位置67中时，杆4接触传感器74，当在降档位置68中时，杆4接触 传感器75。传感器74和75由线76可操作地连接到控制器20，控制器20 向变速器21产生信号，使变速器21升一档或降一档。在优选实施方式中， 在处于自动换档道65中时，杆4控制缆索77以控制变速器21。然而，在自 动换档道65中也可以使用传感器40，然后，用电线76向车辆控制器20提 供输入，因而，当杆4处于换档道65中时，机械缆索77可以单独使用或与 传感器40和控制器20一起使用以控制变速器21。另外，可以取消缆索77， 可以用传感器40和控制器20控制变速器21。换档装置还可以包括将自动换 档道65连接到手动换档道66的横向道79中的传感器51，以向控制器20 提供信号，表明变速杆4已经从道65移动到道66，或从道66移动到道65。 另外，能用模拟旋转位置传感器确定杆4绕轴线71和/或轴线72的位置，而 且，能用传统的公鸡冠式或其它合适的掣子装置保持换档定位槽件73和/或 变速杆4，并在其绕着轴线71和/或轴线72旋转时向操作者提供触觉反馈。 能用单个旋转位置传感器确定变速杆在自动和手动换档道中的位置。
参考图13到16A，关于本发明的换档装置能使用不同的换档图案。例 如，图13表示“传统”自动换档道65，图14示范性地表示图12的换档装 置的换档图案。自动换档道66也可以如图15中所示那样定向，也可以采用 如图16中所示的具有第一部78、第二部79和第三部80的“蛇形”换档图 案，还可以采用如图16A中所示的“+”换档图案。
本发明的换档装置能与电停车档锁定件或机械停车档锁定件一起使用。 参考图3，电停车档锁定件利用来自点火开关筒30、制动踏板29或停车档 指示器传感器/开关28的输入。给控制器20编程序，如果在点火开关筒30 中没有点火的钥匙，或如果钥匙不处于“运转”位置，则防止掣爪机构14 的起动(即“锁定”)。如果钥匙在点火开关筒30中且它旋转到“运转”位 置，则掣爪机构14“解锁”。当掣爪14解锁时，如果车辆操作者推动按钮 16且变速杆4处于停车档位置中且制动踏板29被压下，则控制器20将起动 掣爪。而且，如果掣爪14解锁(即，钥匙处于点火装置中，点火装置处于 运转位置)，如果按钮16被压下且变速杆4处于倒档、空档、前进档或其它 前进档位中，则不管制动踏板29是否被压下，控制器20都将起动掣爪14。 而且，给控制器20编程序，如果变速杆4处于倒档、空档、前进档等等位 置(即，除了停车档之外的任何位置)中，则防止从点火装置筒30中取出 钥匙。可以预料，控制器20能基于其它车辆运行参数控制掣爪14，例如， 当变速杆4处于倒档位置中且车辆正在以预先选定的速度向后移动时，掣爪 14能被“锁定”以防止在车辆移动时意外地换档到停车档中。倒档定位槽 32(图3)的构成仍允许杆4移动到空档和前进档位置。
参考图17和18，机械停车档锁定件84包括停车档锁定凸轮85，其将 变速杆4保持在停车档位置中，除非压下制动踏板29且钥匙处于锁筒30中， 如图3中所示。停车档锁定凸轮85通过枢轴86安装到基部2，枢轴86在变 速杆枢转轴线71的上方。凸轮85通过传统的停车档锁定缆索87连接到机 械钥匙锁筒30A，变速杆4上的停车档锁定凸轮定位销88接合凸轮85中的 槽或轨道89，该槽或轨道89由凸轮85上的壁90形成。扭转弹簧91在顺时 针方向上偏置凸轮85，并且缆索87中的传统弹簧(未示出)在“地面(ground)” 和缆索87的外套(未示出)之间起作用以拉紧缆索87。如此选择槽89的几 何形状，即当将变速杆4从停车档移动到倒档位置时，由于销88在槽89中 移动，凸轮85将绕着枢轴86在逆时针方向上旋转。凸轮85的逆时针旋转 使得缆索87在箭头“C”的方向上移动(“变长”)一个预定量(例如，10mm)， 缆索87的移动锁定了钥匙筒30A，以致当变速杆4不处于停车档中时，不 能将点火钥匙从筒30A中取出。槽89的几何形状确保缆索87保持在变长状 态中，从而锁定了筒30A且防止在变速杆4处于除了停车档之外的所有位置 (例如，倒档、空档和前进档等等)中时取出点火钥匙。
以基本上与上述筒30相同的方式，锁筒30A包括传感器，该传感器向 控制器20产生信号，表明钥匙是否存在和点火装置是处于“关”位置中还 是处于“运转”位置中。当使用机械停车档锁定件84时，以基本上与上面 结合电停车档锁定件(图3)详细描述的相同的方式给控制器20编程序，以 防止起动掣爪机构14和从停车档换出，除非压下制动踏板29且点火钥匙处 于运转位置中且推动按钮16。
控制器20可操作地连接到车辆中的主控制器，以便能基于其它车辆输 入控制电磁线圈12。例如，一个传感器能确定是否使用了座椅安全带，并防 止变速杆4移出停车档位置，除非使用了座椅安全带。此外，能给控制器20 编程序，以基于其它车辆输入如发动机转速、在直线方向上的车速或加速度 以及侧向加速度等等来控制电磁线圈12。因而，能给控制器20编程序，如 果存在预先选定的发动机转速，则防止降档，或能以另外的方式编程序以基 于车速等等控制换档。
如上面结合图3所述，可以形成定位槽以允许在没有压下按钮16的情 况下从倒档移动到空档和前进档。另外，每个档位(例如，倒档、空档、前 进档等等)可以具有“锁定”定位槽构形，如图5、19或22中示出的，“锁 定”定位槽构形具有侧壁，该侧壁防止掣爪在任一个方向上移出档位，除非 掣爪机构14被起动。在该结构中，必须推动按钮16以将变速杆4移出所有 档位，并且变速器是电控的(即，不使用缆索22)。而且，给控制器20编程 序以确保换档装置1与变速器保持同步。例如，如果车辆正以10mph行驶在 倒车方向上，则如果换档装置被移动到前进档位置，车辆电子设备(例如， 控制器20)也可以防止变速器换档到前进档。在这种情况下，换档装置和变 速器将不同步，换档装置处于前进档而变速器处于倒档。为了防止这种情况， 即使触动按钮16，也不允许换档装置从任何档位中换档，除非控制器20批 准。这样，如果轿车正以预先选定的速度如10mph移动，车辆操作者不能物 理地将换档装置移出倒档，因而，每个档位都是锁定位置，没有移动到任何 档的自由，除非控制器20基于选定的车辆运行参数确定允许进行换档，并 起动电磁线圈或致动器。以这种方式，控制器20维持同步性。
而且，控制器20还可以构成为通过控制掣爪15移动的距离来维持同步 性，其中掣爪的移动距离由控制器20而不是车辆操作者确定。通过提供一 个合适结构的换档定位槽(例如，图10)，控制器20能通过将掣爪15缩回 一个很小的距离来确保同步性，该距离允许从前进档到D2的换档，但不足 以从前进档换档到倒档。
而且，控制器20可以构成为以基本上与美国专利6209408和6405611 中所述的相同的方式，确定变速杆4的位置、方向、速度和/或加速度，这两 篇专利的全部内容在此并入作为参考。控制器20可以构成为至少部分地基 于变速杆4的位置、方向、速度和/或加速度允许掣爪15的起动。例如，如 果车辆正以30mph在前进方向上移动，则控制器20能允许变速杆4从前进 档移动到D2，但不允许从前进档移动到倒档。在推动按钮16起动掣爪15 后，如果控制器20确定变速杆4开始从前进档移动到倒档且车辆正以预定 速度向前行驶，控制器20就迅速地使掣爪15重新接合以防止杆4的进一步 移动，但如果变速杆4开始从前进档移动到D2，就不使掣爪15重新接合。 另外，控制器20也能在起动电磁线圈12和掣爪15以允许变速杆4的移动 之前确定变速杆4的位置和速度，因而，控制器20将“优先”于操作者输 入以基于车辆运行参数防止变速杆的移动。
此外，控制器20能连同合适构形的换档定位槽10一起提供掣爪15的 有限起动(即，受限行程)和确定变速杆4的位置与速度，以维持变速杆4 和变速器的同步性。例如，如果车辆正在以高于预定值的速度向前移动，如 果杆4正在从前进档移动到倒档，则控制器20能使掣爪15重新接合一个小 的距离，以防止其移动到倒档位置，但如果车辆没有高于预定速度地向前移 动，则让掣爪完全脱离，以便能将变速杆4从前进档移动到倒档。
在另一个实施方式中，通过使用一种其中每个档位都被“锁定”的换档 定位槽，当压下按钮16时，换档装置将仅仅从一个档位换档到另一个档位。 在该结构中，杆4仅仅在控制器20批准它离开那个位置时移动，且仅仅在 释放按钮时接合下一个档位，因此，在某种意义上，按钮象离合器一样起作 用。当杆从低的前进档移动到停车档且保持按下按钮时，给控制器20编程 序以便当杆经过每个位置时，变速器不在低速档和停车档之间的每个档位处 被接合，仅当按钮16被释放到新的档位时所述变速器将会接合。
优选地，用动力推动的掣爪机构14包括电操作的电磁线圈12，然而， 其它的驱动机构如电动机和齿轮传动装置如齿轮/齿条或斜齿轮、液压缸、气 动执行机构等等也能用来提供掣爪的动力起动。此外，迄今为止，将掣爪描 述为被偏置到接合位置中，并供以动力使其脱离，也能使用其它装置，如动 力接合和脱离装置；也能使用双稳态电磁线圈。此外，能偏置掣爪使其脱离 接合，并能起动掣爪以接合换档定位槽。而且，还能用其它可手动操作的换 档件如拨盘、以基本上与上面对于变速杆所述的相同的方式来控制变速器， 而不是用变速杆。转盘类型的换档装置的一个例子在2001年10月2日的美 国专利6295887中披露，其全部内容在此并入作为参考。
进一步参考图19和20，在另一个实施方式中，换档定位槽100和电磁 线圈12被构成为提供掣子功能，而不使用单独的“公鸡冠式掣子装置(rooster comb)”。电磁线圈12包括连接杆102，连接杆102可操作地与弹簧101相 连，滚子103安装在杆102的端部上，并构成为接合P、R、N、D、3、定 位槽位置104。如图20中所示，当没有起动电磁线圈12时，滚子103将被 位于电磁线圈12内的弹簧105偏置到由线“H”所示的位置中，当电磁线圈 12起动时，滚子103移动到由线“I”所示的位置。当移动变速杆4时，滚 子103将接触延伸部107的有角度的端面106并移动到由字母“J”所示的 线。当滚子103沿着有角度的表面106移动时，外部的弹簧101被进一步压 缩，从而在每个档位P、R等等之间提供掣子功能。然而，当滚子103在定 位槽位置104内处于完全伸出位置H中时，由于与延伸部107的侧壁108 接触，滚子103禁止变速杆4的移动，因而，换档定位槽100提供了掣子功 能，否则需要单独的“公鸡冠式掣子装置”来实现该功能。
进一步参考图21，变速杆4可以由模制材料如聚合体材料等等制成， 金属导电体109和110被模制到变速杆4中。导电件109和110连接到电线 111和112，电线111和112被模制到变速杆4中且在杆4的基部113附近退 出，导电件114和115被模制到换档捏手119中，并通过电线116和117等 等电连接到按钮16，捏手19包括空腔18，空腔18的形状与变速杆4的端 部119严密对应。在装配过程中，捏手19滑到杆4的端部119上，以便捏 手19中的电触点114和115分别在变速杆4中电连接到导电件109和110。 该布置能实现成本非常经济的和迅速的装配，同时还提供了可靠的电连接。 根据需要，电线111和112在外部按规定路线通向控制器20或车辆中的其 它电子部件。另外，能使用光发射体和检测器对来代替电连接件109、110 和114、115，而且，能将电线111和112电连接到滑动的电连接件121，以 传递来自枢转接头120周围的变速杆4的电信号。
在本发明另一个方面中，能将控制器20连接到无线电发射机/接收器， 该发射机/接收器将传递和/或接收来自车辆用户携带的钥匙链等等的信号， 以提供无钥匙车辆的保安。可以给控制器20编程序以在变速杆处于停车档 或其它位置中时防止掣爪的起动，除非控制器20接收到一个表明存在正确 的车辆钥匙链的信号。钥匙链是一个异频雷达收发机，其产生唯一的信号/ 编码，控制器20将防止电磁线圈12的起动，除非识别出特定车辆的正确编 码。以这种方式，本申请的电掣爪提供了额外的安全水平。
如上所述，掣爪15可以直接连接到电磁线圈12，以便掣爪15随着电 磁线圈12移动。另外，也可以用曲柄机构122将电磁线圈12与换档定位槽 123可操作地互相连接起来，如图22中所示。在所示的例子中，P、R、N、 D和3的定位槽位置由凹口124形成，凹口124的形状与掣爪125对应。掣 爪125的杆126连接到支点131，支点131与第一和第二连杆127和128可 旋转地互相连接。在滑动件130中线性引导第二连杆128上的引导件如销等 等132，第三连杆129在132可枢转的连接到第二连杆128。曲柄机构122 和电磁线圈12可以安装到变速杆，定位槽123保持固定。另外，电磁线圈 和曲柄机构122可以安装到换档装置的基部，换档定位槽123可以形成于变 速杆上。曲柄机构如图22中所示的在美国专利5775166中披露，其全部内 容并入作为参考。曲柄机构122规定了通过联接件的力的传递，而不是通过 电磁线圈12。而且，曲柄机构122能构成为提供相当大的机械优点，其能产 生较大的将掣爪125接合到凹口124中的力。当掣爪125完全接合到凹口124 中时，连杆127和128被“锁定”并形成一条直线，以便在滑动件130的方 向上作用在掣爪125上的力通过连杆127和128轴向地反作用。而且，在起 动电磁线圈12时，曲柄机构122产生一个很大的使掣爪125脱离的力，从 而即使在按钮16被按下时操作者正在向变速杆施加一个力，也能确保脱离。 例如，电磁线圈12、掣爪125、换档定位槽124和曲柄机构122可以构成为 即使操作者将10、25或50牛顿的力施加到变速杆4，也能通过电磁线圈12 确保掣爪125的脱离。图22的曲柄机构122可以容易地合并到换档装置中， 如本申请的图7和8中所示的换档装置。
凹口124的侧面133与换档定位槽123的前表面134确定了一个角度α， 优选地，掣爪125的表面135平行于表面133。角度α影响移动变速杆所需 的力的数量，尽管掣爪125与凹口124接合。例如，如果角度α非常小，则 给予到变速杆上的负荷将由于楔形的交互作用而趋向于使表面135在表面 133上滑动，从而将掣爪125推出与凹口124的接合。另外，如果α是90 度或接近90度，则变速杆上的较小的力将在凹口124的表面133和掣爪125 的表面135之间产生较大的摩擦力，从而需要较大的力使掣爪125脱离。除 了角度α之外，表面133和135之间的摩擦系数也对这些力有影响。通常， 将换档装置设计成即使将例如50、100或150磅的预定力施加到捏手，也能 允许掣爪125的释放，起动电磁线圈12来使掣爪125脱离。相反地，如果 在将电磁线圈12起动使掣爪125与凹口124接合的情况下，即使将例如50、 100或150磅的外力施加到变速杆的捏手，也能选择角度α和摩擦特性以确 保掣爪125与凹口124保持接合。取决于掣爪125和凹口124的摩擦特性， 优选地，角度处于大约50度到大约85度的范围中，更优选地，处于大约60 度到大约80度的范围中。上面融入的授予Osborn等人的美国专利5775166 披露了电磁线圈和曲柄连接件布置。然而，Osborn的专利5775166的换档装 置的凹口不全部是相同深度的，所以曲柄连接件在一些档位中不处于“锁定” 结构中，使得施加到Osborn的专利5775166中的变速杆上的力将使曲柄连 接件压垮，即使施加到变速杆的力相当小，也允许变速杆移动。容易理解， 刚才描述的原理适用于一些设计，这些设计不包括曲柄机构122，而是具有 直接连接到电磁线圈12或其它产生动力的致动器的掣爪125，以从凹口124 直接接合/脱离掣爪125。因而，能基于摩擦特性选择角度α，当掣爪125与 凹口124接合时，以提供移动变速杆所需的较大的力，而且允许通过较小的 电磁线圈12或其它产生动力的致动器使掣爪125从凹口124中脱离，即使 一个力被施加到变速杆。
根据本申请的换档装置的又一个实施方式在图23中示出，换档装置140 包括变速杆4D、捏手或手柄19D和按钮16D。进一步参考图24，换档装置 4D绕着传统的枢轴141可旋转地安装到基部2D，电磁线圈12D安装到基部 2D，并起动掣爪15D与在变速杆4D的基部142中形成的换档定位槽10D 接合。进一步参考图25，换档定位槽10包括与停车档位置对应的第一空腔 143，壁部144将停车档空腔143与相邻的空腔145分开，空腔145与倒档 位置对应，以便当掣爪接合空腔145时，换档装置将变速器换档到倒档。楔 部或斜坡146将倒档空腔145与相邻的空腔147分开，楔部146包括面对空 腔145的第一斜壁148，还包括与空腔147相邻的直壁149。如果当掣爪处 于空腔145中时向前推动变速杆4D而不压下按钮16D，则掣爪15D将沿着 表面148滑动，从而使掣爪15D缩回并使操作者能移动变速杆4D，直到掣 爪15D在空档位置接合空腔147为止。然而，如果向后推动杆4D而不压下 按钮16D，则直壁149将防止变速杆从空档位置移动到倒档位置。空腔147 既包括空档位置也包括前进档位置，所以车辆操作者能将杆4D从空档位置 换档到前进档位置和从前进档位置换档到空档位置，而不用通过压下按钮 16D来起动掣爪。换档装置140包括传统的公鸡冠式掣子装置150，公鸡冠 式掣子装置150包括杆4D的基部142上的多个齿151和一个接合件152， 接合件152被弹簧153偏置与掣子151接合，因而，虽然之后当掣爪15D处 于空腔147中时，从空档移动到前进档位置和从前进档位置移动到空档位置 不需要起动掣爪15D，但公鸡冠式掣子装置150提供了掣子功能，从而将变 速杆4D保持在所需位置中。壁145将空腔147与相邻的空腔155分开，换 档定位槽10D的空腔155与较低的前进档位置D3、D2和D1对应，因而， 必须通过压下按钮16D起动掣爪15D以从空腔147移动到控制155和从空 腔155移动到空腔147，但操作者能在D3、D2和D1位置之间换档而不用 通过按钮16D起动掣爪15D。传统的连接器156和操纵索157可操作地连接 到车辆变速器，以基于变速杆4D的移动控制变速器。
根据本发明另一个方面的换档装置在图26和27中示出。换档装置160 包括变速杆4E，它能在图27中所示的“+”161中移动。换档图案161包 括前进档位置162、倒档位置163、空档位置164和停车档位置165，变速杆 4E在其下端包括球形的球166，球166具有接收掣爪168的凹入167，掣爪 168通过阻尼连接器169连接到电磁线圈170。因而，缩回掣爪168将变速 杆4E移出中心位置176需要起动电磁线圈170。通过弹簧174对多个柱塞 173进行弹簧偏置，从而将杆4E偏置到中心位置176中。柱塞173和弹簧 174设置在档位前进档162、倒档163、空档164和停车档165中的每一个处， 以便将变速杆4E偏置到中心位置中。柱塞174接触变速杆4E上的弹性阻尼 O形环175，球166被可滑动地接收在由上部外壳177、中间外壳件178和 下部外壳179保持的上部环171和下部环172中。销180和181在相反的方 向上从球166伸出，并被分别容纳在槽182和183以及下部外壳179中。销 180和181防止手柄4E绕着其轴线184旋转，但允许杆4E旋转到前进档162、 倒档163、空档164和停车档165的位置中。
引导件185固定到下部外壳79，并保持掣爪168，且还在掣爪168与球 166中的凹入167接合时，接收由操作者输入到手柄4E的负荷。掣爪168 具有钉状的形状，其包括销部186和整体的平坦圆形头部187。相似地，从 电磁线圈170伸出的杆188包括与掣爪168的头部187接触的平坦圆形头部 189，环状的弹性件190在头部187和189的周围延伸，从而使掣爪168与 杆188互相连接。然而，弹性件190有一定挠性，因而当掣爪168被锁定时， 在将一个力施加到变速杆4E时允许掣爪168稍微水平地移动，以使得头部 187相对于头部189移动，而不会将相当大的力传递到电磁线圈170。因为 掣爪168的销部186被紧密地接收在引导件185中，因而传递到掣爪168的 力被传递到引导件185中而不是传递到电磁线圈170中。本申请中所述的换 档装置的全部实施方式都可以包括与图26中所示布置相似的引导件和连接 器，以确保将掣爪被锁定时施加到换档手柄上的负荷传递到换档装置的基部 中，而不是传递到电磁线圈中。然而，如果使用了图22中所示的曲柄机构， 则通常不需要这种引导件和连接器，因为曲柄机构本身将力传递到换档装置 的基部。进一步参考图28和29，上部外壳177包括很大的开口191，开口 191具有与前进档档位162对应的向前延伸部194和与倒档档位163对应的 向后延伸部195，开口191的部分196和197在相反的方向上延伸以分别形 成空档位置164和停车档位置165。四个通道192接收柱塞173和弹簧174 (图26)，并形成面对孔191的开口193。
参考图26，换档装置160可以包括或不包括由操作者手动起动的按钮 或其它装置以使通过电磁线圈170起动的掣爪脱离接合。控制器20可操作 地连接到车辆中的传感器203，传感器203确定车辆在前进和/或倒退方向上 的速度。开关或传感器198可操作地连接到控制器20并产生与变速杆4E所 处的档位(P，R，N，D)对应的信号。控制器20还可操作地连接到一个传感器， 该传感器确定制动踏板199是否被压下，还确定在点火装置筒200中是否存 在钥匙和点火装置200中的钥匙是否处于运转位置中。控制器20还电连接 到自动变速器201和视觉指示器202，视觉指示器202提供视觉显示，如发 光的D、R、P或N，其表示变速器201目前处于其中的排档。
在工作过程中，如果没有压下制动踏板199，且没有钥匙在点火装置200 中处于运转位置中，则控制器20锁定掣爪168，因而，当操作者最初进入车 辆时，杆4E不能移动，直到操作者压下制动踏板199且钥匙在点火装置200 中处于运转位置时为止。如果满足这些条件，控制器20就起动电磁线圈170 以使掣爪168缩回。在车辆的正常运行过程中，掣爪168留在缩回位置中， 以便车辆操作者能使变速杆4E向前、反向、或左到右地移动(“轻推”)。当 车辆再次停止时，通过将杆4E轻推到停车档165的位置中使变速器201进 入停车档，在从点火装置200中取出钥匙时，控制器20使掣爪168接合。 另外，也能完全取消掣爪168，以便变速杆4E总是自由移动。
如果操作者通过压下制动踏板199和将钥匙放入点火装置200使其处于 运转位置中来使掣爪168脱离，那么操作者能通过在所需方向上轻推变速杆 4E来选择所需的排档。如果驾驶员将变速杆4E轻推到前进档档位162中， 变速器201将移动到前进档。另外，如果朝着倒档位置163轻推变速杆4E， 则变速器201将换档到倒档位置。相似地，如果朝着空档档位164移动变速 杆4E，则变速器201将换档到空档位置。
控制器20连接到传感器上，这些传感器确定前进和/或倒退方向上的车 速。控制器20还可以连接到确定其它车辆运行参数的传感器203，如车辆中 的油门踏板的位移量、发动机转速、方向盘角度、向前或向后方向上的车辆 加速度、车辆侧向加速度或其它车辆运行参数。例如，当操作者将变速杆4E 轻推到倒档位置163中时，控制器20可以如此构成，即变速器201基于车 辆运行参数不换档到倒档档位。例如，如果车辆正以预先选定的速度如 10mph或更高速度向前移动时，操作者朝着倒档排档163轻推变速杆，则控 制器20不将变速器201的档位改变到倒档位置，这是因为车辆正以预定限 值以上的速度向前行驶。相似地，如果车辆正以预先选定的速度或更高速度 倒退行驶，则即使操作者朝着前进档位置162轻推变速杆4E，控制器20也 不会将变速器201换档到前进档位置。而且，可以给控制器20编程序，以 便如果车辆正以高于预先选定的速度在前进和/或倒退方向上行驶和/或没有 压下制动踏板，则当变速杆4E移动到停车档选择位置165中时，不将变速 器201换档到停车档位置中。相似地，控制器20还能基于其它运行参数限 制变速器201中的排档改变。例如，如果变速器201处于空档位置中并且发 动机转速大于预先选定的速度，例如3000rpm，则如果操作者朝着倒档或前 进档位置轻推变速杆4E，控制器20也不会将变速器201换档到倒档或前进 档中。如果操作者企图改变档位且控制器20确定该排档改变不被允许，则 指示器202发光、嘟嘟叫，或向操作者提供其它合适的信号，说明请求的排 档改变没有发生。
进一步参考图30和31，在图26所示的换档装置的另一个实施方式中， 能提供与停车档165对应的另外的凹入或空腔206，以便能起动掣爪以将变 速杆4E锁定在停车档位置中。而且，槽207可以设置在球体205中，其允 许在不起动掣爪168的情况下在前进档位置162和空档位置164之间的移动。 槽207包括与前进档档位162对应的端部208和与空档档位164对应的另一 个端部209，而且，槽207可以包括斜坡211，其与用于停车档档位的凹入 206相接，以便掣爪168能在不起动电磁线圈170的情况下沿斜坡表面211 滑动，以在不起动电磁线圈170的情况下，允许从中心位置176移动到停车 档位置164。然而，如果使用了斜坡211，则需要起动电磁线圈170以从凹 入206接合掣爪，将变速杆4E移出停车档位置165。还可以提供开口212 以将变速杆4E锁定在倒档位置163中。如果使用球体205，则变速杆4E将 包括按钮16以允许车辆操作者起动掣爪168。
进一步参考图33和34，换档装置215包括带有轴承218的基部216， 轴承218可旋转地支承外壳217，外壳217以左到右的方式在基部216上绕 轴线219枢转，如箭头“A”所示。变速杆4F刚性地连接到鞍状托架220， 鞍状托架220通过凸起部222可枢转地安装到外壳217，并在向前和向后方 向上绕着轴线223枢转。盖板225(图34)包括“H”形的开口224，当处 于装配好的位置中时，变速杆4F延伸穿过开口224，因而，开口224约束 变速杆4F的移动，并提供第一换档道226，第一换档道226包括停车档、 倒档、空档和前进档档位。第二换档道227通过横向交叉道228连接到换档 道226，第二换档道227包括“+”和“-”档位。在工作过程中，变速杆 4F被偏置到换档道227的中央229中，通过将变速杆分别向前轻推到“+” 位置或“-”位置，车辆操作者能升一档或降一档。
电磁线圈230安装在外壳217内，呈销的形式的掣爪231与鞍状托架 220的侧壁235中的开口232、233和234接合，因而开口232、233和234 形成换档定位槽236。开口232对应停车档档位，开口233对应倒档档位。 开口234是细长的，开口234的第一端237对应前进档档位，开口234的第 二端238对应空档档位。公鸡冠式掣子装置239安装在鞍状托架220的上横 壁242的下表面上，公鸡冠式掣子装置239包括多个凹口240，接合件241 被偏置与公鸡冠式掣子装置239接合，从而当掣爪231位于开口234内时， 将变速杆4F保持在前进档或空档档位中。而且，当掣爪231缩回时和变速 杆4F在档位之间移动时，公鸡冠式掣子装置239向操作者提供触觉反馈。 第二公鸡冠式掣子装置244安装到盖板225的下表面，以在将变速杆4F从 第一换档道226移动到第二换档道227时，和在将变速杆4F从第二换档道 227移动到第一换档道226时，控制变速杆4F绕轴线219的左到右的旋转。 第二接合件243被向上偏置与第二公鸡冠式掣子装置244接合，并在接合第 一凹口245时将变速杆4F保持在第一换档道226中，和在接合第二凹口246 时将变速杆4F保持在第二换档道227中。
参考图34，延伸部或按钮247在与掣爪或销231相反的方向上从电磁 线圈230伸出，按钮247机械地连接到电磁线圈230的中心杆和掣爪231， 从而，按钮247提供了掣爪231的手动释放，以在车辆失去电力的情况下， 允许手动移动掣爪231使其脱离与开口232、233或234的接合。因而，按 钮247提供的手动人工优先装置能用来与档位(即，前进档，空档，倒档或 停车档)无关地使掣爪231脱离。
换档装置215是通过电线换档的换档装置，使得变速杆4F的位置由传 感器(或开关)确定，与变速杆4F的档位对应的电信号被送到控制器20。 外壳217包括凸起部250(图33)，其被可旋转地容纳在鞍状托架220的开 口251中，延伸部或突舌252从凸起部250的端部向外延伸，模拟旋转位置 传感器253通过安装开口254固定到鞍状托架220。变速杆4F绕轴线223 的枢转使鞍状托架220和邻近的传感器253相对于突舌252旋转，从而，模 拟旋转位置传感器253确定鞍状托架220的角位置。因而，当变速杆4F处 于第一换档道226中时，模拟旋转位置传感器253将一个信号提供给控制器 20，该信号与对应于停车档、倒档、空档和前进档位置的变速杆4F的位置 对应，并且当变速杆4F处于第二换档道227中时，还将与“+”和“-” (即，升档和降档)位置对应的变速杆4F的位置提供给控制器20。开关或 传感器255安装在基部218的凸缘256上，当变速杆4F和鞍状托架220在 第一换档道226和第二换档道227之间绕着轴线218左到右地移动时，在处 于第二换档道227中时，突舌257接触开关255，从而向控制器20提供信号， 表明变速杆4F是处于第一换档道226中还是处于第二换档道227中。因而， 控制器始终能确定变速杆处于什么档位中。变速杆4F上的按钮16F将操作 者输入提供给控制器20以起动掣爪231。
可以给控制器20编程序以防止电磁线圈12过热，否则如果操作者连续 推动按钮16很长一段时间，该过热将会发生。控制器20可以包括计时器， 以便如果按钮被保持了一个预定时间(例如，1分钟)，控制器20就使电磁 线圈12停止工作，所以掣爪将再次接合换档定位槽10并锁定换档装置，除 非再次压下按钮。能根据特定应用的需要来设定时间长度，例如，在将按钮 16连续压下范围从1分钟到24小时的时间之后，如10分钟、20分钟、45 分钟或一个、两个或三个小时之后，能通过控制器20使电磁线圈不动作。 另外，也可以使用能被长时间起动的连续工作式电磁线圈。也可以通过将控 制器20构成为向电磁线圈12提供电力的脉宽调制(PWM)来防止电磁线 圈12的过热，受PWM控制的电磁线圈驱动器的使用消除了对于连续工作 式电磁线圈和/或电磁线圈的不动作的需求。另外，为了防止电磁线圈或致动 器的过载或过热，可以使用连续工作式电磁线圈。
如上所述，各种电磁线圈可以与上面更详细描述的换档装置一起使用。 在图35-38中示出了根据本发明一个方面的电磁线圈260。电磁线圈260 包括弹簧261、中心杆总成262、杆263、线圈绕线筒总成264和外壳265。 杆263具有连接到其上的永久磁体268，由于磁体268对于中心杆总成262 的端部269的磁引力，永久磁体268通常被吸引到中心杆总成262的端部 269。当在正确的方向上将电流应用于线圈266以产生与永久磁体268相反 的极性设置时，杆263将在箭头“C”的方向上移动(图37)。当断开通向 线圈266的电流时，由于磁体268对中心杆总成262的端部269的吸引，杆 263将在与箭头“C”相反的方向上移动，因而，电磁线圈260用永久磁体 268而不是回位弹簧作为在伸出方向上偏置杆263的装置。弹簧261是较轻 的弹簧，其布置在间隙267内，通过确保杆263中的永久磁体268返回到中 心杆总成262的端部269的吸引区域以确保杆263在线圈266断电时返回到 伸出位置，来增大电磁线圈的工作距离。通常，弹簧261不在杆263移动的 整个范围中产生作用在杆263上的力，而是仅仅用来确保在中心杆总成262 的端部269的吸引区域之外，有足够的返回偏置力将磁体268推回到中心杆 总成262的端部269的吸引区域，其将使杆263返回。可以将构成为与换档 定位槽接合的合适的掣爪安装到杆263的端部270。
电磁线圈260具有许多优于使用回位弹簧的传统电磁线圈的优点。磁体 268在与中心杆总成262的端部269接触时提供了较强大的力，从而确保杆 263和掣爪不会由于在车辆运行过程中遭到的振动和撞击而受到震动或被移 出接合。此外，相对于使用回位弹簧的和具有相等的行程、保持力和拉入力 的传统电磁线圈，使杆263和安装的掣爪缩回只需要线圈266中较小的电流。 可以根据上述换档装置的不同方面将电磁线圈260水平或垂直定向。在一个 这种布置中，电磁线圈260定向为具有水平延伸的端部270，以便重力和关 于车辆震动的主要方向作用在杆263上的力都不是电磁线圈起动方向上的因 素，以进一步确保掣爪不会由于振动或撞击而脱离。通过这些内部部件的合 适的方向和几何形状，设计电磁线圈以使得能提供有利的力-位移关系，对 于该应用中的单独需求能使功能最优化。
应该理解，本发明的用动力推动的掣爪和控制器布置也可以用来控制不 具有“传统”自动变速器的车辆。例如，电车等等包括输入件，该输入件能 由车辆操作者移动以控制车辆方向，这种输入控制件可以包括前进和后退位 置，以及关闭和/或停车位置。除了防止控制件从停车或关闭位置移动的停车 锁定特征之外，以基本上与上述相同的方式，根据本发明的产生动力的电磁 线圈可以用来基于车辆运行情况选择地控制输入件的移动。例如，如果控制 件包括关闭控制位置以及前进和后退控制位置，则掣爪能可操作地连接到控 制器，以当车辆正在前进方向上以高于预定速度的速度移动的情况下，防止 操作者做的从前进供电位置向后退控制位置的移动。相似地，可以给控制器 编程序，如果车辆正以高于预先选定量的速度向后行驶，则防止控制件从后 退位置移动到前进位置。而且，能给控制器编程序，如果没有压下制动踏板 和/或在“点火装置”中没有安全装置如传统的钥匙，或如果“无钥匙”安全 系统没有由于合适安全信号的出现而被激活，则防止掣爪的起动，从而防止 输入控制件从关闭或停车位置移动到前进或后退供电位置。
在上述说明中，本领域技术人员应该容易理解，在不背离在此披露的原 理的情况下，可以对本发明做出改变，这种改变被认为包含在下面的权利要 求中，除非这些权利要求用它们的语言以别的方式清楚地进行了说明。