CN105424358B - 试验台选换挡位移测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车变速器测试技术领域，具体公开了一种试验台选换挡位移测试装置及方法，所述装置包括双轴动态倾角传感器、信号线和数据采集处理系统，所述方法包括将双轴动态倾角传感器正确安装在换挡杆上，使传感器的两个测试轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合，在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集双轴动态倾角传感器在两个轴向的倾角，建立空间直角定参考系，将双轴动态倾角传感器测试的两组倾角值，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
技术领域
本发明涉及汽车变速器测试技术领域，尤其涉及一种试验台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。现有的选换挡位移测试方法及测试装置主要包括：激光位移传感器、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，以及安装在换挡机械手上的三个方向的位移传感器等。上述测试方法及测试装置的不足之处在于：(1)激光位移传感器造价高，不能准确测量选换挡位移，只能监测换挡位移的变化趋势；(2)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，由测试参数向选换挡位移转化的数学模型复杂；(3)安装在换挡机械手上的三个方向的位移传感器，必须依赖于换挡机械手，体积庞大。因此，在汽车变速器测试领域，能独立安装测试、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试验台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，本发明提供了一种试验台选换挡位移测试装置，包括双轴动态倾角传感器、信号线和数据采集处理系统，所述双轴动态倾角传感器通过所述信号线与所述数据采集处理系统连接。
优选地，还包括传感器托架和固定座，所述双轴动态倾角传感器通过所述传感器托架和固定座安装在换挡杆上。
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，所述双轴动态倾角传感器通过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螺栓与垫片固定在换挡杆上。
优选地，所述双轴动态倾角传感器的两个测试轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合。
本发明还提供了一种使用所述的试验台选换挡位移测试装置的试验台选换挡位移测试方法，包括以下步骤：
S1.将双轴动态倾角传感器正确安装在换挡杆上，使传感器的两个测试轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合，在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集双轴动态倾角传感器在两个轴向的倾角；
S2.建立空间直角定参考系，将双轴动态倾角传感器测试的两组倾角值，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θ0和在换挡测试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θ1和则坐标变换矩阵为：
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·TRY·TRX·TRZ，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θ0和在换挡测试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θ1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·TRY·TRX，Q为空挡时的坐标。
本发明的试验台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为本发明实施例的试验台选换挡位移测试装置的组成示意图；
图2为本发明实施例的试验台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为本发明实施例的试验台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。
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，本实施例的试验台选换挡位移测试装置，包括：双轴动态倾角传感器1、信号线2和数据采集处理系统3，双轴动态倾角传感器1通过信号线2与所述数据采集处理系统3连接。
本实施例的试验台选换挡位移测试装置还包括：传感器托架4和固定座5，双轴动态倾角传感器1通过传感器托架4和固定座5安装在换挡杆上。具体的，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，双轴动态倾角传感器1通过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通过螺栓与垫片固定在换挡杆上。双轴动态倾角传感器1的两个测试轴向需要分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合。
如图2所示，本实施例的试验台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，本实施例的试验台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。
本实施例的试验台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，经坐标变换计算出换挡杆球头中心在空间直角定坐标系中的坐标值，进而得出选换挡位移。其具体包括以下步骤：
S1.将双轴动态倾角传感器正确安装在换挡杆上，使传感器的两个测试轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合，在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集双轴动态倾角传感器在两个轴向的倾角；
S2.建立空间直角定坐标系，坐标系的原点O位于换挡杆球销的球心，平面XOY水平，换挡方向为X轴，并规定向前为正方向，选挡方向为Y轴方向，并规定向左为正方向，Z轴正方向竖直向上。将双轴动态倾角传感器测试的两组倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移。
在换挡试验台上测试时，对于拉索式换挡操纵机构，换挡杆的底座水平固定；对于推杆式换挡操纵机构，换挡杆安装在变速箱上。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。
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传感器的两个倾角值，建立上述空间直角坐标系。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＝TRY·TRX·TRZ；对于推杆式换挡操纵机构，变换矩阵T＝TRY·TRX。
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·TRY·TRX·TRZ＝(x',y',z')；对于推杆式换挡操纵机构，Q'＝Q·T＝Q·TRY·TRX＝(x',y',z')。
若双轴动态倾角传感器测得的与空挡时前后方向的倾角值之差为θ，左右方向的倾角值之差为则换挡杆绕联动杆转过的角度：
即选挡角位移为换挡角位移为β。
换挡位移为Sh＝x'-x
选挡位移为Ss＝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。建立空间直角坐标系，坐标系的原点O位于换挡杆球销的球心，平面XOY水平，换挡方向为X轴，并规定向前为正方向，选挡方向为Y轴方向，并规定向左为正方向。Z轴正方向为竖直向上。
在换挡试验台上测试时，换挡杆的底座水平固定。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传感器测得的前后方向和左右方向的平均倾角值θ0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，若双轴动态倾角传感器测得的前后方向的倾角值为θ1，左右方向的倾角值为则换挡杆绕联动杆转过的角度：
其中，θ＝θ1-θ0，
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＝TRY·TRX·TRZ
绕Y轴的旋转矩阵：
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：
变换矩阵T＝TRY·TRX·TRZ
换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·TRY·TRX·TRZ＝(x',y',z')
换挡位移为Sh＝x'-x
选挡位移为Ss＝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空间直角坐标系同上。在换挡试验台上测试时，换挡杆安装在变速箱上。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传感器测得的前后方向和左右方向的平均倾角值θ0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，若双轴动态倾角传感器测得的前后方向的倾角值为θ1，左右方向的倾角值为则换挡杆绕联动杆转过的角度：
其中，θ＝θ1-θ0，
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＝TRY·TRX。
绕Y轴的旋转矩阵：
绕X轴的旋转矩阵：
变换矩阵T＝TRY·TRX
换挡杆球头的新坐标为Q'＝Q·T＝Q·TRY·TRX＝(x',y',z')
换挡位移为Sh＝x'-x
选挡位移为Ss＝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 (2)
1.一种试验台选换挡位移测试装置，其特征在于，包括双轴动态倾角传感器、信号线和数据采集处理系统，所述双轴动态倾角传感器通过所述信号线与所述数据采集处理系统连接，所述双轴动态倾角传感器通过传感器托架和固定座安装在换挡杆上，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，所述双轴动态倾角传感器通过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螺栓与垫片固定在换挡杆上，所述双轴动态倾角传感器的两个测试轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合，所述数据采集处理系统采集所述双轴动态倾角传感器在两个轴向的倾角，并建立空间直角坐标系，将所述双轴动态倾角传感器测试的两组倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移。
2.一种使用权利要求1所述的试验台选换挡位移测试装置的试验台选换挡位移测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将双轴动态倾角传感器正确安装在换挡杆上，使传感器的两个测试轴向分别与选挡方向和在中性面上的换挡方向重合，在换挡杆的选换挡过程中，数据采集处理系统采集双轴动态倾角传感器在两个轴向的倾角；
S2.建立空间直角定参考系，将双轴动态倾角传感器测试的两组倾角值，经过坐标变换矩阵转化为换挡杆球头中心的位移；
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θ0和在换挡测试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θ1和则坐标变换矩阵为：
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·TRY·TRX·TRZ，Q为空挡时的坐标；
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和在换挡测试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θ1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·TRY·TRX，Q为空挡时的坐标。
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