CN111537222B - 一种变速器操控性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速器操控性能测试装置及测试方法，其中装置包括变速器底座以及安装在变速器底座上的换挡杆，还包括测试机构；所述测试机构包括夹紧固定装置、换挡力传感器夹具、数据采集分析仪以及与数据采集分析仪相连的换挡力传感器和直线位移检测传感器，所述换挡力传感器夹具安装在换挡杆上方，所述换挡力传感器夹具顶部安装有换挡力传感器，所述直线位移检测传感器穿过夹紧固定装置与换挡力传感器夹具相连。该设计能够有效地对变速器操控性能进行测试，数据采集分析仪通过各传感器采集数据，经数学模型运算后通过显示装置呈现，数据准确，填补了变速器换挡品质测试与评价的空白，统一了各整车厂换挡品质的评价标准。

Description

一种变速器操控性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及变速器检测技术领域，尤其涉及一种变速器操控性能测试装置及测试方法。

背景技术

随着用户对驾驶舒适性的要求越来越高，商用车的换挡品质受到了人们的重视，以往换挡品质评价方法，主要以人的主观评价为主，即通过自身的舒适度对操控性能的优劣进行打分，但这种方式无法对变速箱的操控性能做出定量的分析，只有将换挡过程进行客观量化，才能够对系统内各零件的性能参数进行明确定义，最终实现换挡性能符合客户的要求，才能给研发和工艺改进提供准确理论数据。

变速器是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比，又称变速箱。变速器由变速传动机构和操纵机构组成，随着用户对驾驶舒适性的要求越来越高，商用车的换挡品质受到了人们的重视，以往换挡品质评价方法，主要以人的主观评价为主，即通过自身的舒适度对操控性能的优劣进行打分。

现有技术中，无法对变速箱的操控性能做出定量的分析，没有评定换挡品质的测试方法及评价指标，操控系统性能的测试标准的制定及对测试数据分析与评价，现在需要变速器操控性能测试装置来解决上述出现的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变速器操控性能测试装置及测试方法，本装置能够有效地对变速器操控性能进行测试，解决现有变速箱的操控性能无法做出定量的分析且无法提供评定换挡品质的测试方法及评价指标的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种变速器操控性能测试装置，包括变速器底座以及安装在变速器底座上的换挡杆，还包括测试机构；所述测试机构包括夹紧固定装置、换挡力传感器夹具、数据采集分析仪以及与数据采集分析仪相连的换挡力传感器和直线位移检测传感器，所述换挡力传感器夹具安装在换挡杆上方，所述换挡力传感器夹具顶部安装有换挡力传感器，所述直线位移检测传感器穿过夹紧固定装置与换挡力传感器夹具相连。

进一步地，所述夹紧固定装置内设有用于测量直线位移检测传感器水平和垂直方向旋转的角度传感器。

进一步地，所述换挡力传感器夹具包括换挡力夹块、V型块、过渡圈，所述换挡力夹块为中空结构，上端固定有换挡力传感器，下端安装有过渡圈，中间位置设有圆台形成用于固定V型块的凹槽。

进一步地，所述夹紧固定装置包括旋转台、安装在旋转台底部的固定块、用于固定旋转台的夹紧块，所述旋转台包括L型固定板和安装在L型固定板上的连接耳，固定块和夹紧块分别通过轴承与L型固定板活动连接，角度传感器分别安装在固定块和夹紧块内的轴承上。

进一步地，所述直线位移检测传感器与换挡力传感器夹具相连接的一端设有U型叉头，所述U型叉头与过渡圈固定连接。

进一步地，所述V型块为两块，每块所述V型块中间位置竖向开设有V型槽，相对卡接换挡杆。

进一步地，所述夹紧块卡接在支承杆上，用于固定夹紧固定装置。

一种变速器操控性能测试方法，建立数学模型，具体步骤为，

U型叉头中心O点水平面y轴方向位移O_y和水平面位移m²：

O_y＝-(L₁ cosα₁ sin(π-β₁)-L cosαsinβ)

m²＝(L cosα)²+(L₁ cosα₁)²-2(L cosα)(L₁ cosα₁)cos(β₁-β)

U型叉头中心O点水平面x轴方向位移O_x：

设定换挡力手球中心点Q在x轴与y轴方向的位移满足以下关系：

计算换挡手球X方向移动距离Q_x和Y方向移动距离Q_y：

其中，O点为换挡杆移动后U型叉头中心点，α为角度传感器的初始竖直旋转角度，β为角度传感器的初始水平旋转角度，α₁为角度传感器移动后的竖直旋转角度，β₁为角度传感器移动后的水平旋转角度，L为初始位移传感器长度，L1为移动后位移传感器长度；c长度为换挡杆旋转中心点至U型叉中心点长度，d长度为换挡杆旋转中心点至换挡手球中心点长度。

静态测试包括换挡行程测试、H门测试、挡位自由间隙测试、换挡力测试、挡位刚度测试、挂、摘挡刚度测试；

换挡行程测试：直线位移检测传感器采集换挡杆的位移信号，角度位移传感器采集直线位移检测传感器的角度旋转信号，经数学模型计算换挡手球X和Y方向位移量，计算换挡行程；

H门测试：按设定力将换挡杆挂入待测档位，计算换挡杆位移区所形成的轨迹，判定是否存在重叠；

挡位自由间隙测试：按设定力将换挡杆挂入待测档位，以换挡手球中心点为圆心顺时针画圈，计算换挡手球在X与Y方向的位移量，形成画圈区域的面积。

换挡力测试：换挡力传感器采集换挡杆的换挡力数据；

挡位刚度测试：换挡力传感器采集换挡力数据，换挡杆由空挡挂至挡位后，沿挂挡方向继续施加力至设定值后停止试验，并使换挡杆回到空挡位置，计算形成曲线的斜率；

挂、摘挡刚度测试：换挡力传感器采集换挡力数据，计算挂挡段和摘挡段形成曲线的斜率，判定挂挡刚度和摘挡刚度。

进一步地，所述测试方法还包括动态测试，根据换挡力传感器测量换挡力，根据数学模式计算换挡位移量，并呈现动态曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

该设计能够有效地对变速器操控性能进行测试，数据采集分析仪通过各传感器采集数据，经数学模型运算后通过显示装置呈现，数据准确，填补了变速器换挡品质测试与评价的空白，统一了各整车厂换挡品质的评价标准，还可为整车操控系统快速查找问题与解决问题提供技术支持；

采用U型叉头对直线位移检测传感器进行安装，使安装拆卸更加方便；通过在V型夹紧块一侧开设有V型槽，使换挡力传感器夹具套设在换挡杆上进行连接时更加稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。其中：

图1是为本发明实施例变速器操控性能测试装置的结构示意图；

图2是为本发明实施例换挡力传感器夹具的结构示意图；

图3是为本发明实施例夹紧固定装置的结构示意图；

图4为本发明实施例换挡行程测试的曲线图；

图5为本发明实施例H门测试、挡位自由间隙测试的曲线图；

图6为本发明实施例挡位刚度测试的曲线图；

图7为本发明实施例挂、摘挡刚度测试的曲线图；

图8为本发明实施例动态测试的曲线图；

图中：1-变速器底座、2-换挡杆、3-换挡力夹块、4-换挡力传感器、5-U型叉头、6-直线位移检测传感器、7-数据采集分析仪、8-V型块、9-夹紧块、10-L型固定板、11-连接耳、12-固定块、13-过渡圈、14-水平方向旋转角传感器、15-垂直方向旋转角传感器、16-支承杆、17-显示屏、91-松紧杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明一种变速器操控性能测试装置的结构示意图，包括变速器底座1以及安装在变速器底座1上的换挡杆2，还包括测试机构，其中测试机构包括夹紧固定装置、换挡力传感器夹具、数据采集分析仪7以及与数据采集分析仪7相连的换挡力传感器4和直线位移检测传感器6，换挡力传感器夹具安装在换挡杆2上方，换挡力传感器夹具顶部安装有换挡力传感器4，直线位移检测传感器6穿过夹紧固定装置与换挡力传感器夹具相连。

夹紧固定装置内设有用于测量直线位移检测传感器6水平和垂直方向旋转的角度传感器，角度传感器分为水平方向旋转角传感器14和垂直方向旋转角传感器15，分别对直线位移检测传感器6受力时水平和垂直方向发生的角度进行测量。

图3示出了本发明实施例夹紧固定装置的结构示意图，包括旋转台、安装在旋转台底部的固定块12、用于固定旋转台的夹紧块9，旋转台包括L型固定板10和安装在L型固定板10上的连接耳11，固定块12和夹紧块9分别通过轴承与L型固定板10活动连接，角度传感器分别安装在固定块12和夹紧块9内的轴承上，通过夹紧块9、固定块12、轴承以及L型固定板10对连接耳11、水平方向旋转角传感器14以及垂直方向旋转角传感器15进行组装。直线位移检测传感器6为可伸缩结构，穿过连接耳11，一端与换挡杆2相连，另一端与数据采集分析仪7相连。

图2示出了本发明实施例换挡力传感器夹具的结构示意图，包括换挡力夹块3、V型块8、过渡圈13，换挡力夹块3为中空结构，上端固定有换挡力传感器4，下端安装有过渡圈13，中间位置设有圆台形成用于固定V型块8的凹槽，换挡力夹块3为中空结构可以将换挡杆2卡入，V型块8为两块，每块V型块8中间位置竖向开设有V型槽，相对卡接换挡杆2，通过V型块8上的V型槽对换挡杆2外壁进行卡紧固定，对直线位移检测传感器6与换挡力传感器夹具相连接的一端设有U型叉头5，U型叉头5与过渡圈13固定连接，通过渡圈13对U型叉头5进行连接，通过U型叉头5将直线位移检测传感器与换挡杆2连接，夹紧块9卡接在支承杆16上，用于固定夹紧固定装置，支承杆16安装在驾驶舱内部，夹紧块9上连接有松紧杆91，松紧杆91与夹紧块9通过螺纹相连接，通过松紧杆91将夹紧块9安装在支承杆16上。

作为本发明的一实施例，直线位移检测传感器型号为kpm12；换挡力传感器4的型号为T506B；数据采集分析仪7的型号为HBM MX840B；角度传感器的型号为WOA-C-V2-DL。

在握住换挡手球进行换挡时，换挡力传感器4会检测出换挡时的换向力，在换向时，换挡杆2通过U型叉头5使直线位移检测传感器6发生位移，直线位移检测传感器检6测出换档杆的位移，同时在换向时直线位移检测传感器6通过换档杆2的移动会发生角度偏移，在发生水平方向的位置偏移时，直线位移检测传感器6带动连接耳11发生水平位移，连接耳11带动L型固定板10水平移动，固定块12内部的水平方向旋转角传感器14对水平方向的位移进行测量，在发生垂直方向的位置偏移时，换挡杆2带动直线位移检测传感器6发生位置移动，直线位移检测传感器6发生位置移动通过连接耳11带动L型固定板10发生位置移动，L型固定板10发生垂直方向位置移动时，夹紧块9内部的垂直方向旋转角传感器15对偏移的距离进行测量。

在换档后，换挡力传感器4、直线位移检测传感器6、水平方向旋转角传感器14以及垂直方向旋转角传感器15将产生的数据传给数据采集分析仪7，数据采集分析仪7对采集的数据进行分析，检测人员通过显示屏17观察分析出的数据，对测试结果进行观看，通过对换挡杆2多种状态的运动进行测试，以此来检测变速箱的操控性能测试。

本发明的静态试验或动态试验，主要输出两个量包括换挡力数据与位移数据。其中换挡力数据通过数据采集分析仪采集换挡力传感器传送的信号，将模拟量转化为数字量后，通过显示屏呈现给试验者。换挡行程由直线位移检测传感器与竖直与水平方向旋转的角度传感器，通过数据采集分析仪采集位移信号与角度传感器的旋转信号，通过数据采集分析仪中的数学模型计算后得出X、Y方向位移，再由显示屏呈现给试验者。数学模型具体为：

U型叉头中心O点水平面y轴方向位移O_y和水平面位移m²：

O_y＝-(L₁ cosα₁ sin(π-β₁)-L cosαsinβ) (1)

m²＝(L cosα)²+(L₁ cosα₁)²-2(L cosα)(L₁ cosα₁)cos(β₁-β) (2)

U型叉头中心O点水平面x轴方向位移O_x：

设定换挡力手球中心点Q在x轴与y轴方向的位移满足以下关系：

计算换挡手球X方向移动距离Q_X和Y方向移动距离Q_y：

其中，O点为换挡杆移动后U型叉头中心点，α为角度传感器的初始竖直旋转角度，β为角度传感器的初始水平旋转角度，α₁为角度传感器移动后的竖直旋转角度，β₁为角度传感器移动后的水平旋转角度，L为初始位移传感器长度，L1为移动后位移传感器长度，c为换挡杆旋转中心点至U型叉中心点长度，如250，d为换挡杆旋转中心点至换挡手球中心点长度，如300。

Q_X为Q点x轴方向位移，此为换挡杆在X方向移动距离输出量，Q_y为Q点y轴方向位移，此为换挡杆在Y方向移动距离输出量。

具体的，静态测试包括换挡行程测试、H门测试、挡位自由间隙测试、换挡力测试、挡位刚度测试、挂、摘挡刚度测试。

一、换挡行程测试：直线位移检测传感器采集换挡杆的位移信号，角度传感器采集直线位移检测传感器的角度旋转信号，经数学模型计算换挡手球X和Y方向位移量，计算换挡行程。

以汽车3挡换至4挡为例进行操作说明，3挡至4挡换挡操作过程，可分为空挡至3挡与空挡至4挡两部分组成，根据数学模型计算换挡行程，换挡力传感器直接读取换挡力值，试验曲线如图4所示，具体操作步骤如下：

挂3挡操作，换挡杆放置空挡；

手握换挡手球，向右移动至极限位置，即进程曲线1所形成的轨迹，曲线中幅值最大点即为挂3挡时的换挡力；

换挡手球从3挡极限位置回到空挡，即回程曲线1所形成的轨迹；

从手球开始移动至终止所移动的直线距离即为3挡挂挡行程。

挂4挡操作，换挡杆放置空挡；

手握换挡手球，向左移动至极限位置，即进程曲线2所形成的轨迹，曲线中幅值最大点即为挂4挡时的换挡力；

换挡手球从4挡极限位置回到空挡，即回程曲线2所形成的轨迹；

从手球开始移动至终止所移动的直线距离即为4挡挂挡行程。

二、H门测试：按设定力将换挡杆挂入待测档位，计算换挡杆位移区所形成的轨迹，判定是否存在重叠，如图5所示。

以测试3挡为例，其换挡杆位移区为X方向与Y方向所组成，X方向与Y方向位移量通过数学模型计算得出。

具体操作步骤如下：

换挡杆挂入需测试挡位；

给换挡杆施加70N的力，按此力来回10次绘出所形成的轨迹，各挡位所形成的区域不应有重叠即为良好。

三、挡位自由间隙测试：按设定力将换挡杆挂入待测档位，以换挡手球中心点为圆心顺时针画圈，计算换挡手球在X与Y方向的位移量，形成画圈区域的面积。

以测试1挡为例，其测试所形成如图5所示区域为A×B面积即为各挡位自由间隙，A与B分别为换挡手球在其X与Y方向上的位移量，X与Y方向上的位移量则通过数学模型计算得出，具体操作步骤如下：

变速器挂入1挡位，以换挡手球中心点为圆心，换挡手球上施加10N力量沿圆心顺时针划圈15次，绘出图8中黑色区域。手动选取黑色区域的边界，边界间的距离即为A与B的长度。

四、换挡力测试：换挡力传感器采集换挡杆的换挡力数据。

五、挡位刚度测试：换挡力传感器采集换挡力数据，换挡杆由空挡挂至挡位后，沿挂挡方向继续施加力至设定值后停止试验，并使换挡杆回到空挡位置，计算形成曲线的斜率。

以汽车换3挡为例，按数学模型计算换挡杆位移量。换挡力传感器直接读取换挡力值，具体操作步骤如下：

换挡杆放置空挡，换挡杆挂至挡位后，继续沿挂挡方向给换挡杆施加力，直至产生120N的力后，停止试验，并使换挡杆回到空挡位置。

按上述移动，即可形成如图6曲线，手动选取斜线上a与b两点，通过两点坐标可计算斜率。

六、挂、摘挡刚度测试：换挡力传感器采集换挡力数据，计算挂挡段和摘挡段形成曲线的斜率，判定挂挡刚度和摘挡刚度。

以汽车换3挡为例，通过数学模型计算换挡杆位移量，换挡力传感器直接读取换挡力值，具体操作步骤如下：

换挡杆放置空挡，空挡至3挡极限位置后再回空挡；

按上述移动，即可形成如图7曲线，手动选取斜线上a、b与d、c两点，通过两点坐标可计算出线段ab与cd的斜率，即为挂挡刚度与摘挡刚度。

作为本发明的一实施例，动态测试通过换挡力传感器测量换挡力，数学模式计算换挡位移量，并呈现动态曲线。

以汽车3挡换至4挡为例进行操作说明，车辆按一定的速度在路上行驶，换挡杆先挂入3挡，然后从3挡换至4挡。通过数学模型计算换挡杆位移量，换挡力传感器直接读取换挡力值，试验曲线如图8所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种变速器操控性能测试方法，其特征在于，包括变速器底座，安装在变速器底座上的换挡杆，以及测试机构；

所述测试机构包括夹紧固定装置、换挡力传感器夹具、数据采集分析仪以及与数据采集分析仪相连的换挡力传感器和直线位移检测传感器，所述换挡力传感器夹具安装在换挡杆上方，所述换挡力传感器夹具顶部安装有换挡力传感器，所述直线位移检测传感器穿过夹紧固定装置与换挡力传感器夹具相连；所述夹紧固定装置内设有用于测量直线位移检测传感器水平和垂直方向旋转的角度传感器；所述直线位移检测传感器与换挡力传感器夹具相连接的一端设有U型叉头；

建立数学模型，具体步骤为，

U型叉头中心O点水平面y轴方向位移O_y和水平面位移m²：

O_y＝-(L₁cosα₁sin(π-β₁)-Lcosαsinβ)

m²＝(Lcosα)²+(L₁cosα₁)²-2(Lcosα)(L₁cosα₁)cos(β₁-β)

U型叉头中心O点水平面x轴方向位移O_x：

设定换挡力手球中心点Q在x轴与y轴方向的位移满足以下关系：

计算换挡手球X方向移动距离Q_x和Y方向移动距离Q_y：

其中，O点为换挡杆移动后U型叉头中心点，α为角度传感器的初始竖直旋转角度，β为角度传感器的初始水平旋转角度，α₁为角度传感器移动后的竖直旋转角度，β₁为角度传感器移动后的水平旋转角度，L为初始位移传感器长度，L1为移动后位移传感器长度；c长度为换挡杆旋转中心点至U型叉中心点长度，d长度为换挡杆旋转中心点至换挡手球中心点长度；

静态测试包括换挡行程测试、H门测试、挡位自由间隙测试；

换挡行程测试：直线位移检测传感器采集换挡杆的位移信号，角度位移传感器采集直线位移检测传感器的角度旋转信号，经数学模型计算换挡手球X和Y方向位移量，计算换挡行程；

H门测试：按设定力将换挡杆挂入待测档位，计算换挡杆位移区所形成的轨迹，判定是否存在重叠；

挡位自由间隙测试：按设定力将换挡杆挂入待测档位，以换挡手球中心点为圆心顺时针画圈，计算换挡手球在X与Y方向的位移量，形成画圈区域的面积。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述静态测试还包括换挡力测试、挡位刚度测试、挂、摘挡刚度测试；

换挡力测试：换挡力传感器采集换挡杆的换挡力数据；

挡位刚度测试：换挡力传感器采集换挡力数据，换挡杆由空挡挂至挡位后，沿挂挡方向继续施加力至设定值后停止试验，并使换挡杆回到空挡位置，计算形成曲线的斜率；

挂、摘挡刚度测试：换挡力传感器采集换挡力数据，计算挂挡段和摘挡段形成曲线的斜率，判定挂挡刚度和摘挡刚度。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括动态测试，根据换挡力传感器测量换挡力，根据数学模式计算换挡位移量，并呈现动态曲线。

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