CN105372063A - 车载式选换挡位移测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车变速器测试技术领域，具体公开了一种车载式选换挡位移测试装置及方法，装置包括换挡杆倾角测试装置、车辆姿态测试装置、信号线和数据采集处理系统，换挡杆倾角测试装置为一个安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器，车辆姿态测试装置为一个安装在汽车地板上的双轴动态倾角传感器，方法包括在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集两个双轴动态倾角传感器的倾角值，建立车辆坐标系，两组倾角值之差即为换挡杆相对于车辆坐标的倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移。本发明实现了准确测试变速器选换挡位移，能够独立安装完成测试，且结构简单、体积小巧、成本较低廉、测试精度高。

Description

车载式选换挡位移测试装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车变速器测试技术领域，尤其涉及一种车载式选换挡位移测试装置及方法。

背景技术

选换挡位移是评价汽车变速器换挡性能的一个重要检测指标。现在的选换挡位移测试主要分为台架试验和车载试验。而车载选换挡位移测试方法主要采用两个角位移传感器和一个直线位移传感器构成的组合测量装置。上述测试方法及测试装置的不足之处在于：两个角位移传感器和一个直线位移传感器构成的组合测量装置，结构复杂，由测试参数向换挡位移转化的数学模型复杂，体积庞大。因此，在车载换挡位移测试领域，安装方便、结构简单、体积小巧、成本低廉、测试精度高的选换挡位移测试装置及其方法亟待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载式选换挡位移测试装置及方法，以实现准确测试变速器选换挡位移，能够独立安装完成测试，且结构简单、体积小巧、成本较低廉、测试精度高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车载式选换挡位移测试装置，包括换挡杆倾角测试装置、车辆姿态测试装置、信号线和数据采集处理系统，所述换挡杆倾角测试装置为一个安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器，所述车辆姿态测试装置为一个安装在汽车地板上的双轴动态倾角传感器，所述换挡杆倾角测试装置和车辆姿态测试装置通过所述信号线与所述数据采集处理系统连接。

优选地，所述换挡杆倾角测试装置包括双轴动态倾角传感器、传感器托架、固定座、垫片、螺栓，所述双轴动态倾角传感器通过所述螺栓和垫片安装在所述传感器托架上，所述传感器托架和固定座通过所述螺栓和垫片固定在换挡杆上，所述双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合。

优选地，所述车辆姿态测试装置包括双轴动态倾角传感器、传感器支座、夹紧装置、垫片、螺栓，所述双轴动态倾角传感器通过所述螺栓和垫片安装在所述传感器支座上，所述传感器支座和夹紧装置通过所述螺栓和垫片连接，并固定在副驾驶座椅导轨上，所述双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与车辆的宽度方向和长度方向相重合。

优选地，所述双轴动态倾角传感器内置有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

本发明还提供了一种使用所述的车载式选换挡位移测试装置的车载式选换挡位移测试方法，包括以下步骤：

S1.将一个双轴动态倾角传感器安装在换挡杆上，使双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合，将另一个双轴动态倾角传感器安装在汽车地板上，使双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与车辆的宽度方向和长度方向相重合；

S2.在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集两个双轴动态倾角传感器的倾角值；

S3.建立车辆坐标系，两组倾角值之差即为换挡杆相对于车辆坐标系的倾角值，换挡杆相对于车辆坐标系的倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移。

优选地，对于拉索式换挡操纵机构，对于规定的坐标系，若在空挡位置时双轴动态倾角传感器测得的前后方向和左右方向的倾角值为θ₁₀和安装在汽车副驾驶座椅导轨上的双轴动态倾角传感器测得的倾角值为θ₂₀和在换挡测试时对应的倾角值分别为θ₁₁、以及θ₂₁、则坐标变换矩阵为：

其中，

L₃为联动杆长度，L₄为联动板上臂长度，换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX·T_RZ，其中Q为空挡时的坐标。

优选地，对于推杆式换挡操纵机构，对于规定的坐标系，若在空挡位置时双轴动态倾角传感器测得的前后方向和左右方向的倾角值为θ₁₀和安装在汽车副驾驶座椅导轨上的双轴动态倾角传感器测得的倾角值为θ₂₀和在换挡测试时对应的倾角值分别为θ₁₁和以及θ₂₁和则坐标变换矩阵为：

其中，

换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX，其中Q为空挡时的坐标。

本发明的车载式选换挡位移测试装置及方法解决了现有技术中存在的问题，实现了准确测试变速器选换挡位移，能够独立安装完成测试，且结构简单、体积小巧、成本较低廉、测试精度高。

附图说明

图1为本发明实施例的车载式选换挡位移测试装置的组成示意图；

图2为本发明实施例的车载式选换挡位移测试装置应用于拉索式换挡操纵机构的示意图；

图3为拉索式换挡操纵机构的结构图；

图4为本发明实施例的车载式选换挡位移测试装置应用于推杆式换挡操纵机构的示意图；

图5为本发明实施例的车载式选换挡位移测试装置的车辆姿态测试装置的剖视图；

图6为本发明实施例的车载式选换挡位移测试装置的车辆姿态测试装置的侧视图。

图中，1：双轴动态倾角传感器；2：信号线；3：数据采集处理系统；4：传感器托架；5：固定座；6：垫片；7：螺栓；8：垫片；9：螺栓；10：换挡杆总成；11：换挡杆；12：球形支座；13：联动板；14：底座；15：传感器支座；16：夹紧装置；17：垫片；18：弹簧垫圈；19：螺栓；20：垫片；21：弹簧垫圈；22：螺栓；23：副驾驶座椅导轨。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1所示，本实施例的车载式选换挡位移测试装置，包括：换挡杆倾角测试装置、车辆姿态测试装置、信号线2和数据采集处理系统3，所述换挡杆倾角测试装置为一个安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器1，所述车辆姿态测试装置为一个安装在汽车地板上的双轴动态倾角传感器1，所述换挡杆倾角测试装置和车辆姿态测试装置通过信号线2与数据采集处理系统3连接。双轴动态倾角传感器1内置有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

本实施例中所述换挡杆倾角测试装置包括：双轴动态倾角传感器1、传感器托架4、固定座5、垫片、螺栓，双轴动态倾角传感器1通过所述螺栓和垫片安装在传感器托架4上，传感器托架4和固定座5通过螺栓和垫片固定在换挡杆11上，双轴动态倾角传感器1测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合。

本实施例中所述车辆姿态测试装置包括：双轴动态倾角传感器1、传感器支座15、夹紧装置16、垫片、螺栓，双轴动态倾角传感器1通过所述螺栓和垫片安装在传感器支座15上，传感器支座15和夹紧装置16通过螺栓和垫片连接，并固定在副驾驶座椅导轨23上，双轴动态倾角传感器1测试的两个轴向分别与车辆的宽度方向和长度方向相重合。

安装在副驾驶座椅导轨上的双轴动态倾角传感器，水平放置时，两组倾角值均为0；当随车身“点头”或下坡时，车身纵向的倾角值为正值；当车身向右侧倾时，车身横向的倾角值为正值。

如图2所示，本实施例的车载式选换挡位移测试装置应用于拉索式换挡操纵机构，图中主要包括：双轴动态倾角传感器1、传感器托架4、固定座5、垫片6、螺栓7、垫片8、螺栓9和换挡杆总成10。

如图3所示，拉索式换挡操纵机构主要包括：换挡杆11、球形支撑座12、联动板13和底座14。

如图4所示，本实施例的车载式选换挡位移测试装置应用于推杆式换挡操纵机构，图中主要包括：双轴动态倾角传感器1、传感器托架4、固定座5、垫片6、螺栓7、垫片8、螺栓9和换挡杆总成10。

如图5、6所示，本实施例中的车辆姿态测试装置，主要包括：双轴动态倾角传感器1、传感器支座15、夹紧装置16、垫片17、弹簧垫圈18、螺栓19、垫片20、弹簧垫圈21、螺栓22和副驾驶座椅导轨23。

本实施例的车载式选换挡位移测试方法为数据采集处理系统3将双轴动态倾角传感器1测试的两组倾角值之差，经坐标变换计算出换挡杆球头中心在车辆坐标系中的坐标值，进而得出选换挡位移。其具体包括以下步骤：

S1.将一个双轴动态倾角传感器安装在换挡杆上，使双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合，将另一个双轴动态倾角传感器安装在汽车地板上，使双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与车辆的宽度方向和长度方向相重合；

S2.在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集两个双轴动态倾角传感器的倾角值；

S3.建立车辆坐标系。坐标系的原点O位于换挡杆球销的中心，平面XOY与汽车地板平行，车辆长度方向为X轴，并规定向前为正方向，车辆宽度方向为Y轴方向，并规定向左为正方向。Z轴正方向垂直于汽车地板向上。两组倾角值之差即为换挡杆相对于车辆坐标的倾角值，换挡杆相对于车辆坐标系的倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移。

双轴动态倾角传感器1通过螺栓7与垫片6安装在传感器托架4上。传感器托架4与固定座5通过螺栓9与垫片8固定在换挡杆上，使传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合。

另一个双轴动态倾角传感器1通过螺栓19、弹簧垫圈18与垫片17安装在传感器支座15上。传感器支座15和夹紧装置16通过螺栓22、弹簧垫圈21与垫片20连接，并固定在副驾驶座椅的导轨23上，使传感器测试的两个轴向分别于车辆的宽度方向和长度方向相重合。

两个双轴动态倾角传感器通过信号线与数据采集处理系统相连，数据采集处理系统采集两个传感器的倾角值，建立上述车辆坐标系。空挡时，换挡杆球头中心的坐标为Q＝(x,y,z)。

对于拉索式换挡操纵机构，变换矩阵T＝T_RY·T_RX·T_RZ；对于推杆式换挡操纵机构，变换矩阵T＝T_RY·T_RX。

测试人员根据测试要求进行选换挡，数据采集处理系统采集选换挡过程中传感器的两组倾角值，根据坐标变换矩阵，计算出换挡杆球头的新坐标：对于拉索式换挡操纵机构，Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX·T_RZ＝(x',y',z')；对于推杆式换挡操纵机构，Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX＝(x',y',z')。

将换挡杆多次从不同挡位换至空挡，记录下各组倾角值，并分别求出在空挡位置时安装在换挡杆上的传感器测得的前后方向和左右方向的平均倾角值θ₁₀和安装在副驾驶座椅导轨上的传感器所测得的平均倾角值为θ₂₀和接下来进行选换挡位移的测试，若安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器测得的前后方向的倾角值为θ₁₁，左右方向的倾角值为安装在副驾驶座椅导轨上的传感器所测得的相应方向的倾角值为θ₂₁和则换挡杆绕联动杆转过的角度：其中即选挡角位移为换挡角位移为β。

换挡位移为S_h＝x'-x

选挡位移为S_s＝y'-y

对于同一形式不同形状的换挡杆，只是换挡杆球头中心的初始坐标不同，坐标变化矩阵和计算方法同上。

对于采用两组三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，通过必要的算法，测量传感器的倾角或换挡杆选换挡角度，进而计算选换挡位移的方法，没有脱离本发明的测试方法和原理，也属于本发明的保护范围。

对于拉索式换挡操纵机构，双轴动态倾角传感器通过螺栓与垫片安装在传感器托架上。传感器托架通过螺栓与垫片固定在换挡杆上，使传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合。双轴动态倾角传感器水平放置时，两组倾角值均为0；当安装在换挡杆上向前转动时，该方向的倾角值为正值；当向右转动时，相应方向的倾角值为正值。

建立随车而动的车辆坐标系，坐标系的原点O位于换挡杆球销的球心，平面XOY与汽车地板平行，车辆长度方向为X轴，并规定向前为正方向，车辆宽度方向为Y轴方向，并规定向左为正方向。Z轴正方向垂直于汽车地板向上。

将换挡杆多次从不同挡位换至空挡，记录下各组倾角值，并分别求出在空挡位置时安装在换挡杆上的传感器测得的前后方向和左右方向的平均倾角值θ₁₀和安装在副驾驶座椅导轨上的传感器所测得的平均倾角值为θ₂₀和根据换挡杆的结构参数确定空挡时换挡杆球头中心的坐标值。假设空挡时换挡杆球头中心的坐标为Q＝(x,y,z)。接下来进行选换挡位移的测试，若安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器测得的前后方向的倾角值为θ₁₁，左右方向的倾角值为安装在副驾驶座椅导轨上的传感器所测得的相应方向的倾角值为θ₂₁和则换挡杆绕联动杆转过的角度：

其中，

即选挡角位移为换挡角位移为β。

各个挡位时，换挡杆球头中心的坐标可以通过坐标变换得到。变换矩阵T＝T_RY·T_RX·T_RZ

绕Y轴的旋转矩阵：

$T_{RY}=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& -sin\mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

绕X轴的旋转矩阵：

若联动杆长度为L₃，联动板上臂长度为L₄，在选挡过程中，联动板转动的角度为γ，联动杆绕Z轴转过的角度为δ，有几何关系：

解得：

绕Z轴的旋转矩阵：

$T_{RZ}=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\δ}& sin\mathrm{\δ}& 0\\ -sin\mathrm{\δ}& cos\mathrm{\δ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

变换矩阵T＝T_RY·T_RX·T_RZ

换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX·T_RZ＝(x',y',z')

换挡位移为S_h＝x'-x

选挡位移为S_s＝y'-y

对于其他形状的换挡杆，只是换挡杆球头中心的初始坐标不同，坐标变化矩阵和计算方法同上。

对于推杆式换挡操纵机构，传感器的安装方法和车辆坐标系同上。将换挡杆多次从不同挡位换至空挡，记录下各组倾角值，并分别求出在空挡位置时安装在换挡杆上的传感器测得的前后方向和左右方向的平均倾角值θ₁₀和安装在副驾驶座椅导轨上的传感器所测得的平均倾角值为θ₂₀和根据换挡杆的结构参数确定空挡时换挡杆球头中心的坐标值。假设空挡时换挡杆球头中心的坐标为Q＝(x,y,z)。接下来进行选换挡位移的测试，若安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器测得的前后方向的倾角值为θ₁₁，左右方向的倾角值为安装在副驾驶座椅导轨上的传感器所测得的相应方向的倾角值为θ₂₁和则换挡杆绕联动杆转过的角度：

其中，

即选挡角位移为换挡角位移为β。

各个挡位时，换挡杆球头中心的坐标可以通过坐标变换得到。变换矩阵T＝T_RY·T_RX。

绕Y轴的旋转矩阵：

$T_{RY}=\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\β}& 0& -\sin \mathrm{\β}\\ 0& 1& 0\\ sin\mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

绕X轴的旋转矩阵：

变换矩阵T＝T_RY·T_RX

换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX＝(x',y',z')

换挡位移为S_h＝x'-x

选挡位移为S_s＝y'-y

对于其他形状的换挡杆，只是换挡杆球头中心的初始坐标不同，坐标变化矩阵和计算方法同上。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (7)

1.一种车载式选换挡位移测试装置，其特征在于，包括换挡杆倾角测试装置、车辆姿态测试装置、信号线和数据采集处理系统，所述换挡杆倾角测试装置为一个安装在换挡杆上的双轴动态倾角传感器，所述车辆姿态测试装置为一个安装在汽车地板上的双轴动态倾角传感器，所述换挡杆倾角测试装置和车辆姿态测试装置通过所述信号线与所述数据采集处理系统连接。

2.根据权利要求1所述的车载式选换挡位移测试装置，其特征在于，所述换挡杆倾角测试装置包括双轴动态倾角传感器、传感器托架、固定座、垫片、螺栓，所述双轴动态倾角传感器通过所述螺栓和垫片安装在所述传感器托架上，所述传感器托架和固定座通过所述螺栓和垫片固定在换挡杆上，所述双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合。

3.根据权利要求1所述的车载式选换挡位移测试装置，其特征在于，所述车辆姿态测试装置包括双轴动态倾角传感器、传感器支座、夹紧装置、垫片、螺栓，所述双轴动态倾角传感器通过所述螺栓和垫片安装在所述传感器支座上，所述传感器支座和夹紧装置通过所述螺栓和垫片连接，并固定在副驾驶座椅导轨上，所述双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与车辆的宽度方向和长度方向相重合。

4.根据权利要求2或3所述的车载式选换挡位移测试装置，其特征在于，所述双轴动态倾角传感器内置有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器。

5.一种使用权利要求1-4中任何一项所述的车载式选换挡位移测试装置的车载式选换挡位移测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.将一个双轴动态倾角传感器安装在换挡杆上，使双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向相重合，将另一个双轴动态倾角传感器安装在汽车地板上，使双轴动态倾角传感器测试的两个轴向分别与车辆的宽度方向和长度方向相重合；

S2.在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集两个双轴动态倾角传感器的倾角值；

S3.建立车辆坐标系，两组倾角值之差即为换挡杆相对于车辆坐标系的倾角值，换挡杆相对于车辆坐标系的倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移。

6.根据权利要求5所述的车载式选换挡位移测试方法，其特征在于，对于拉索式换挡操纵机构，对于规定的坐标系，若在空挡位置时双轴动态倾角传感器测得的前后方向和左右方向的倾角值为θ₁₀和安装在汽车副驾驶座椅导轨上的双轴动态倾角传感器测得的倾角值为θ₂₀和在换挡测试时对应的倾角值分别为θ₁₁、以及θ₂₁、则坐标变换矩阵为：

其中，

(θ＝(θ₁₁-θ₂₁)-(θ₁₀-θ₂₀)，

L₃为联动杆长度，L₄为联动板上臂长度，换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX·T_RZ，其中Q为空挡时的坐标。

7.根据权利要求6所述的车载式选换挡位移测试方法，其特征在于，对于推杆式换挡操纵机构，对于规定的坐标系，若在空挡位置时双轴动态倾角传感器测得的前后方向和左右方向的倾角值为θ₀和安装在汽车副驾驶座椅导轨上的双轴动态倾角传感器测得的倾角值为θ₂₀和在换挡测试时对应的倾角值分别为θ₁₁和以及θ₂₁和则坐标变换矩阵为：

其中，

(θ＝(θ₁₁-θ₂₁)-(θ₁₀-θ₂₀)，换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·T_RY·T_RX，其中Q为空挡时的坐标。