CN110044640A - 一种大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法，其中测试系统包括采集模块，用于采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据；整理模块，用于将所述实时数据整理为对应数据；处理模块，用于将所述对应数据进行测试判断；其中测试方法包括以下步骤：采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，将所述实时数据整理为对应数据，将所述对应数据进行测试判断。其目的是为了提供一种大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法，为大功率机械变速器换挡系统设计和改进提供重要的试验数据支撑。

Description

一种大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法

技术领域

本发明涉及机械传动及测试技术领域，特别是涉及一种用于大功率机械变速器的换挡操纵测试系统及方法。

背景技术

换挡操纵机构作为大功率机械变速器的核心关键部件，对保障特种车辆底盘可靠运行具有重要作用。由于特种车辆底盘载重大、功率高的使用特点，因此同步器换挡较为沉重；同时，为适应整车空间布置的需要，大功率变速器的操纵机构采用双软轴形式，而软轴相比于刚性操纵机构在力和行程上都具有很强的非线性，而这也使得换挡操纵机构的设计以及换挡助力系统的匹配更加复杂。

大功率机械变速器换挡操纵机构包括换挡控制器、换挡软轴及其过渡装置、换挡助力装置，以及变速器换挡执行机构四大部分。由于换挡操纵机构的负荷大且传递路径复杂，因此各部分的边界很难确定，一旦出现问题也很难进行定位。第二个问题是大功率机械变速器换挡操纵机构的各部分是单独进行设计和试验的，因此往往是单独机构进行了各种性能和台架可靠性考核，但由于特种车辆底盘使用工况的特殊性，使得实际跑车过程中仍会暴露许多新的问题，台架测试覆盖性不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法，为大功率机械变速器换挡系统设计和改进提供重要的试验数据支撑。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，包括

采集模块，用于采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，

整理模块，用于将所述实时数据整理为对应数据，

处理模块，用于将所述对应数据进行测试判断。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述采集模块包括：

第一采集单元，用于采集驾驶员的换挡手柄力，

第二采集单元，用于采集换挡软轴的输入力，

第三采集单元，用于采集换挡软轴的输出力，

第四采集单元，用于采集经过稳压阀调节后的助力气压，

第五采集单元，用于采集助力缸A口的气压；

第六采集单元，用于采集助力缸B口的气压，

第七采集单元，用于采集换挡同步器对应轴向力，

第八采集单元，用于采集换挡摇臂的角度，

第九采集单元，用于采集变速器输入端的转速，

第十采集单元，用于采集变速器输出端的转速。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述整理模块包括：

第一整理单元，用于将采集到的换挡软轴的输入力和输出力整理为与时间轴相关的数据，

第二整理单元，用于将采集到的换挡手柄力和换挡同步器对应轴向力整理为与时间轴相关的数据，

第三整理单元，用于将采集到的经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口的气压和助力缸B口的气压整理为与时间轴相关的数据，

第四整理单元，用于将采集到的变速器输入端转速和输出端转速以及换挡摇臂的角度整理为与时间轴相关的数据。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述处理模块包括：

第一处理单元，用于计算换挡软轴的输出力和输入力的比值趋势，形成换挡软轴的效率，

第二处理单元，用于读取换挡手柄力的变化趋势以及计算换挡同步器对应轴向力的大小，

第三处理单元，用于读取经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口气压和助力缸B口气压的变化趋势，

第四处理单元，用于计算当前档位和目标档位以及读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述第七采集单元采用两个应变-力的传感器，其中一个应变-力的传感器设置于一二档拨叉轴，用于采集一二档拨叉轴的轴向力，另一个应变-力的传感器设置于三四档拨叉轴，用于采集三四档拨叉轴的轴向力，

所述第四处理单元在计算当前档位和目标档位时，若变速器对应输入转速为升速则识别为降档操作，若变速器对应输入转速为降速则识别为升档操作。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，包括以下步骤：

采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，

将所述实时数据整理为对应数据，

将所述对应数据进行测试判断。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据包括：

采集驾驶员的换挡手柄力，

采集换挡软轴的输入力，

采集换挡软轴的输出力，

采集经过稳压阀调节后的助力气压，

采集助力缸A口的气压；

采集助力缸B口的气压，

采集换挡同步器对应轴向力，

采集换挡摇臂的角度，

采集变速器输入端的转速，

采集变速器输出端的转速。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述将所述实时数据整理为对应数据包括：

将采集到的换挡软轴的输入力和输出力整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的换挡手柄力和换挡同步器对应轴向力整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口的气压和助力缸B口的气压整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的变速器输入端转速和输出端转速以及换挡摇臂的角度整理为与时间轴相关的数据。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述将所述对应数据进行测试判断包括：

计算换挡软轴的输出力和输入力的比值趋势，形成换挡软轴的效率，

读取换挡手柄力的变化趋势以及计算换挡同步器对应轴向力的大小，

读取经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口气压和助力缸B口气压的变化趋势，

计算当前档位和目标档位以及读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述采集换挡同步器对应轴向力的方法为：采集一二档拨叉轴和三四档拨叉轴的轴向力即得换挡同步器对应轴向力，

所述计算当前档位和目标档位的方法为：若变速器对应输入转速为升速则识别为降档操作，若变速器对应输入转速为降速则识别为升档操作。

本发明大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法应用于某特种车底盘的跑车试验后，通过试验数据整理，编写大功率机械变速器换挡系统关键零部件如换挡软轴、同步器和换挡系统总成的技术条件和台架试验方法，能够为大功率机械变速器换挡系统设计和改进提供重要的试验数据支撑。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统的结构示意图；

图2为本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法流程示意图；

图3为本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法应用于变速器某档位的对应测试结果。

具体实施方式

大功率机械变速器换挡操纵机构包括换挡控制器(换挡手柄与支架)、换挡软轴及其过渡装置(换挡软轴、选档软轴、选档摇臂)、换挡助力装置(随动阀、稳压阀、助力缸)，以及变速器换挡执行机构(换挡摇臂、换挡轴、驱动块、拨叉轴、拨叉)四大部分。每个部分中的零部件为现有技术，在此对其各部分的结构不予赘述。

如图1所示，本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，包括

采集模块，用于采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，

整理模块，用于将所述实时数据整理为对应数据，

处理模块，用于将所述对应数据进行测试判断。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述采集模块包括：

第一采集单元，用于采集驾驶员的换挡手柄力，

第二采集单元，用于采集换挡软轴的输入力，

第三采集单元，用于采集换挡软轴的输出力，

第四采集单元，用于采集经过稳压阀调节后的助力气压，

第五采集单元，用于采集助力缸A口的气压；

第六采集单元，用于采集助力缸B口的气压，

第七采集单元，用于采集换挡同步器对应轴向力，

第八采集单元，用于采集换挡摇臂的角度，

第九采集单元，用于采集变速器输入端的转速，

第十采集单元，用于采集变速器输出端的转速。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述整理模块包括：

第一整理单元，用于将采集到的换挡软轴的输入力和输出力整理为与时间轴相关的数据，

第二整理单元，用于将采集到的换挡手柄力和换挡同步器对应轴向力整理为与时间轴相关的数据，

第三整理单元，用于将采集到的经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口的气压和助力缸B口的气压整理为与时间轴相关的数据，

第四整理单元，用于将采集到的变速器输入端转速和输出端转速以及换挡摇臂的角度整理为与时间轴相关的数据。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述处理模块包括：

第一处理单元，用于计算换挡软轴的输出力和输入力的比值趋势，形成换挡软轴的效率，

第二处理单元，用于读取换挡手柄力的变化趋势以及计算换挡同步器对应轴向力的大小，

第三处理单元，用于读取经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口气压和助力缸B口气压的变化趋势，

第四处理单元，用于计算当前档位和目标档位以及读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其中所述第七采集单元采用两个应变-力的传感器，其中一个应变-力的传感器设置于一二档拨叉轴，用于采集一二档拨叉轴的轴向力，另一个应变-力的传感器设置于三四档拨叉轴，用于采集三四档拨叉轴的轴向力。

所述第四处理单元在计算当前档位和目标档位时，若变速器对应输入转速为升速则识别为降档操作，若变速器对应输入转速为降速则识别为升档操作。

如图2所示，本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，包括以下步骤：

采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，

将所述实时数据整理为对应数据，

将所述对应数据进行测试判断。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据包括：

采集驾驶员的换挡手柄力，

采集换挡软轴的输入力，

采集换挡软轴的输出力，

采集经过稳压阀调节后的助力气压，

采集助力缸A口的气压；

采集助力缸B口的气压，

采集换挡同步器对应轴向力，

采集换挡摇臂的角度，

采集变速器输入端的转速，

采集变速器输出端的转速。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述将所述实时数据整理为对应数据包括：

将采集到的换挡软轴的输入力和输出力整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的换挡手柄力和换挡同步器对应轴向力整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口的气压和助力缸B口的气压整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的变速器输入端转速和输出端转速以及换挡摇臂的角度整理为与时间轴相关的数据。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述将所述对应数据进行测试判断包括：

计算换挡软轴的输出力和输入力的比值趋势，形成换挡软轴的效率，

读取换挡手柄力的变化趋势以及计算换挡同步器对应轴向力的大小，

读取经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口气压和助力缸B口气压的变化趋势，

计算当前档位和目标档位以及读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其中所述采集换挡同步器对应轴向力的方法为：采集一二档拨叉轴和三四档拨叉轴的轴向力即得换挡同步器对应轴向力。通过在一二档拨叉轴和三四档拨叉轴上设置应变-力的传感器而能够采集到换挡同步器对应轴向力是因为：拨叉轴的轴向力与换挡同步器对应轴向力近似相等，在计算上等同。

所述计算当前档位和目标档位的方法为：若变速器对应输入转速为升速则识别为降档操作，若变速器对应输入转速为降速则识别为升档操作。

本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试系统即是在换挡操纵机构的各个接口间增加力、气和角度的传感器，由于并没有改变原有的换挡操纵机构，因此测试更加准确，可以通过随底盘的实际跑车测试来获得最准确的各部分设计边界条件，同时又可以对各部件的改进进行有效的台架试验验证。

本发明大功率机械变速器换挡操纵测试系统及方法应用于某特种车底盘的跑车试验后，通过试验数据整理，编写大功率机械变速器换挡系统关键零部件如换挡软轴、同步器和换挡系统总成的技术条件和台架试验方法，能够为大功率机械变速器换挡系统设计和改进提供重要的试验数据支撑。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

为了对换挡系统各部分的边界条件进行准确测试，建立的大功率机械变速器换挡操纵测试系统。大功率机械变速器换挡操纵测试系统安装于各部分的接口位置。其中，第一采集单元采用手柄力传感器，其安装于档把球头位置，用于采集驾驶员的换挡手柄力。第二采集单元和第三采集单元均采用应变-力的传感器，第二采集单元的应变-力的传感器布置于换挡软轴的输入端，第三采集单元的应变-力的传感器布置于换挡软轴的输出端。第二采集单元和第三采集单元除了可以采用应变-力的传感器，也可以采用销轴式专用传感器，用于测试换挡软轴的实际效率。第四采集单元、第五采集单元和第六采集单元均采用压力传感器，第四采集单元的压力传感器位于稳压阀后，用于测量稳压阀调节后的助力气压，第五采集单元的压力传感器位于奇数档助力缸A口，第六采集单元的压力传感器位于偶数档助力缸B口。第五采集单元和第六采集单元的压力传感器用于反应实际作用压力和时间变化。第七采集单元采用两个应变-力的传感器，其中一个应变-力的传感器设置于一二档拨叉轴，另一个应变-力的传感器设置于三四档拨叉轴，采集换挡同步器对应轴向力。第八采集单元采用角度传感器，其设置于换挡摇臂。第九采集单元和第十采集单元均采用转速传感器，第九采集单元的转速传感器位于变速器输入端，第十采集单元的转速传感器位于变速器的输出端。

如下，表1为大功率机械变速器换挡操纵测试系统所用测试传感器和对应的安装位置说明。

表1测试传感器和对应安装位置

序号	测试传感器	位置说明
			1	手柄力传感器	档把球头
2	应变-力的传感器	软轴输入端
			3	应变-力的传感器	软轴输出端
4	压力传感器	稳压阀后
			5	压力传感器	奇数档助力缸A口
6	压力传感器	偶数档助力缸B口
			7	角度传感器	换挡摇臂
8	应变-力的传感器	一二档拨叉轴
			9	应变-力的传感器	三四档拨叉轴
10	转速传感器	变速器输入端
			11	转速传感器	变速器输出端

如图3所示，本发明中的大功率机械变速器换挡操纵测试方法应用于变速器某档位的对应测试结果，其换挡过程的数据分析与处理方法如下：横坐标为时间，纵坐标轴划分为4个区域，第一个区域为换挡软轴的输入力和输出力，单位为kN；第二个区域为手柄处的换挡手柄力(换挡手柄力包括换挡力和选档力)以及换挡同步器对应轴向力，单位为kg；第三个区域为稳压阀压力以及助力缸A口和B口压力；第四个区域左侧为转速，对应变速器的输入和输出转速，第四个区域右侧为换挡摇臂对应转角变化。从图3第四个区域的变速器输入和输出转速，可以计算当前档位和目标档位，并记录换挡前后的转速变化，如果变速器对应输入转速为升速则为降档操作，降速则为升档操作。从角度的变化来看，换挡过程经历了从原有档位退回至空挡，再挂入目标档位的过程，从角度的平台期可以读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。从第三个区域可以读取助力气压的变化，稳压阀后压力为调整后的助力气压，A口对应奇数档助力缸压力，B口对应偶数档助力缸压力，助力气压在变速器从空挡位到目标档位过程中起效，在变速器同步后，助力气压开始降低直至关闭。从第二个区域可以读取换挡手柄力的变化，由于本实施例对应为2档到1档过程，因此没有选档力的变化，换挡力依次经历了退空挡-挂档-同步后入档三段过程，拨叉轴轴向力由于传感器零漂，因此初始并不在零位，但从绝对值可以读取最终的同步器换挡轴向力。从第一个区域可以读取换挡软轴的输入力和输出力，从而可以计算换挡软轴的效率，换挡软轴的效率等于换挡软轴的输出力和输入力的比值。

从试验设计与应用的步骤来看，第一轮随车完成各典型工况的换挡试验，包括连续升档试验、连续降档试验、转弯减速试验、不同坡度的爬坡试验、各稳态车速试验和自由行驶试验，通过上述试验对整车换挡工况条件进行统计，；第二轮进行不同路况条件换挡试验，包括山路试验、高速路试验、四级公路试验；第三轮进行低温环境试验，包括低温爬坡试验、雪地平路试验等。通过上述对不同工况、路况和环境影响因素的分析，整理出换挡系统零部件或总成的台架换挡试验性能与可靠性试验方法。

搭载大功率机械变速器换挡操纵测试系统完成随某特种车底盘的跑车试验后，通过试验数据整理，编写了大功率机械变速器换挡系统关键零部件如换挡软轴、同步器和换挡系统总成的技术条件和台架试验方法，为大功率机械变速器换挡系统设计和改进提供了重要的试验数据支撑。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，

整理模块，用于将所述实时数据整理为对应数据，

处理模块，用于将所述对应数据进行测试判断。

2.根据权利要求1所述的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其特征在于，所述采集模块包括：

第一采集单元，用于采集驾驶员的换挡手柄力，

第二采集单元，用于采集换挡软轴的输入力，

第三采集单元，用于采集换挡软轴的输出力，

第四采集单元，用于采集经过稳压阀调节后的助力气压，

第五采集单元，用于采集助力缸A口的气压；

第六采集单元，用于采集助力缸B口的气压，

第七采集单元，用于采集换挡同步器对应轴向力，

第八采集单元，用于采集换挡摇臂的角度，

第九采集单元，用于采集变速器输入端的转速，

第十采集单元，用于采集变速器输出端的转速。

3.根据权利要求2所述的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其特征在于，所述整理模块包括：

第一整理单元，用于将采集到的换挡软轴的输入力和输出力整理为与时间轴相关的数据，

第二整理单元，用于将采集到的换挡手柄力和换挡同步器对应轴向力整理为与时间轴相关的数据，

第三整理单元，用于将采集到的经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口的气压和助力缸B口的气压整理为与时间轴相关的数据，

第四整理单元，用于将采集到的变速器输入端转速和输出端转速以及换挡摇臂的角度整理为与时间轴相关的数据。

4.根据权利要求3所述的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其特征在于，所述处理模块包括：

第一处理单元，用于计算换挡软轴的输出力和输入力的比值趋势，形成换挡软轴的效率，

第二处理单元，用于读取换挡手柄力的变化趋势以及计算换挡同步器对应轴向力的大小，

第三处理单元，用于读取经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口气压和助力缸B口气压的变化趋势，

第四处理单元，用于计算当前档位和目标档位以及读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。

5.根据权利要求4所述的大功率机械变速器换挡操纵测试系统，其特征在于：所述第七采集单元采用两个应变-力的传感器，其中一个应变-力的传感器设置于一二档拨叉轴，用于采集一二档拨叉轴的轴向力，另一个应变-力的传感器设置于三四档拨叉轴，用于采集三四档拨叉轴的轴向力，

所述第四处理单元在计算当前档位和目标档位时，若变速器对应输入转速为升速则识别为降档操作，若变速器对应输入转速为降速则识别为升档操作。

6.一种大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据，

将所述实时数据整理为对应数据，

将所述对应数据进行测试判断。

7.根据权利要求6所述的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其特征在于，所述采集大功率机械变速器换挡过程中的实时数据包括：

采集驾驶员的换挡手柄力，

采集换挡软轴的输入力，

采集换挡软轴的输出力，

采集经过稳压阀调节后的助力气压，

采集助力缸A口的气压；

采集助力缸B口的气压，

采集换挡同步器对应轴向力，

采集换挡摇臂的角度，

采集变速器输入端的转速，

采集变速器输出端的转速。

8.根据权利要求7所述的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其特征在于，所述将所述实时数据整理为对应数据包括：

将采集到的换挡软轴的输入力和输出力整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的换挡手柄力和换挡同步器对应轴向力整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口的气压和助力缸B口的气压整理为与时间轴相关的数据，

将采集到的变速器输入端转速和输出端转速以及换挡摇臂的角度整理为与时间轴相关的数据。

9.根据权利要求8所述的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其特征在于，所述将所述对应数据进行测试判断包括：

计算换挡软轴的输出力和输入力的比值趋势，形成换挡软轴的效率，

读取换挡手柄力的变化趋势以及计算换挡同步器对应轴向力的大小，

读取经过稳压阀调节后的助力气压、助力缸A口气压和助力缸B口气压的变化趋势，

计算当前档位和目标档位以及读取换挡同步器主动端和从动端转速同步所需的时间。

10.根据权利要求9所述的大功率机械变速器换挡操纵测试方法，其特征在于，所述采集换挡同步器对应轴向力的方法为：采集一二档拨叉轴和三四档拨叉轴的轴向力即得换挡同步器对应轴向力，

所述计算当前档位和目标档位的方法为：若变速器对应输入转速为升速则识别为降档操作，若变速器对应输入转速为降速则识别为升档操作。