便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車性能測量裝置，尤其涉及一種汽車換擋系統(tǒng)性能測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]換擋系統(tǒng)是汽車的核心部件之一，汽車行駛過程中通過換擋來實(shí)行不同的路況和速度的行駛要求，因此換擋性能體現(xiàn)著變速箱使用的方便性和舒適性。隨著我國汽車行業(yè)水平的不斷發(fā)展，對變速箱產(chǎn)品性能的要求也越來越高，行業(yè)內(nèi)對汽車換擋系統(tǒng)性能測量試驗(yàn)越來越重視。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，所采用的汽車換擋系統(tǒng)性能測量裝置如圖1所示，在被試換擋器手柄1上端安裝換擋力傳感器2，直線位移傳感器3—端連接被試換擋器手柄1側(cè)面，另一端連接水平編碼器4和垂直編碼器5，水平編碼器4和垂直編碼器5均安裝在測量儀支架6上，測量儀支架6固定在車載測量支架7上。水平編碼器4和垂直編碼器5分別用于水平和垂直角度位移測量；由水平編碼器4、垂直編碼器5及直線位移傳感器3構(gòu)成球面坐標(biāo)測量系統(tǒng)，對汽車換擋手球中心進(jìn)行三坐標(biāo)位移測量;同時，與換擋力傳感器2集成，實(shí)現(xiàn)換擋系統(tǒng)性能測量。
[0004]上述汽車換擋系統(tǒng)性能測量裝置只能實(shí)現(xiàn)手動換擋系統(tǒng)的性能測量。自動換擋系統(tǒng)由換擋器、拉索及變速箱換擋機(jī)構(gòu)等組成。自動換擋系統(tǒng)路徑可有I型(如圖2所示)、S型(如圖3所示)及Η型(如圖4所示)等多種類型，圖2?圖4中，P、R、N、D、M、M+、M-等分別表示各擋位點(diǎn)。不同類型，在換擋操作時，換擋力的大小及與位移的對應(yīng)關(guān)系各不相同，使駕駛員操作時有不同手感。同時，不同類型的換擋手球形狀各具特色且不易拆卸，上述汽車換擋系統(tǒng)性能測量裝置不能適用于自動換擋系統(tǒng)的性能測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動換擋系統(tǒng)性能測量的裝置及方法，以對自動換擋系統(tǒng)進(jìn)行定量評價。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀，其特征在于:包括用于夾住被測換擋器的換擋手球的夾具，夾具上方設(shè)有萬向節(jié)，萬向節(jié)上方連接二維力傳感器，萬向節(jié)側(cè)面連接位移傳感器，位移傳感器與角度傳感器固定在一起并設(shè)于車載支架上。
[0007]優(yōu)選地，所述夾具包括兩個側(cè)板及設(shè)于兩個側(cè)板頂部的頂板，側(cè)板與頂板的連接位置可根據(jù)不同形狀的換擋手球進(jìn)行調(diào)整。
[0008]優(yōu)選地，所述兩個側(cè)板上均設(shè)有多個可手動調(diào)節(jié)進(jìn)而從不同方向頂住換擋手球的頂針。
[0009]優(yōu)選地，所述角度傳感器為兩個，分別為方位角傳感器和仰角傳感器;所述位移傳感器、方位角傳感器和仰角傳感器共同構(gòu)成一球坐標(biāo)系測量系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明還提供了一種便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量方法，采用上述的便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀，其特征在于，步驟為:
[0011]步驟1:使夾具夾住被測換擋器的換擋手球，將車載支架固定;位移傳感器、方位角傳感器和仰角傳感器共同構(gòu)成一球坐標(biāo)系測量系統(tǒng)；
[0012]步驟2:通過擋位示教，利用球坐標(biāo)系測量系統(tǒng)對換擋器擋位點(diǎn)的分布進(jìn)行識別；在換擋器擋位點(diǎn)球面，建立三維直角工作坐標(biāo)系，將球坐標(biāo)系所得參數(shù)實(shí)時轉(zhuǎn)換為三維直角工作坐標(biāo)系參數(shù);同時二維力傳感器實(shí)時記錄換擋力數(shù)據(jù)；
[0013]步驟3:將三維直角工作坐標(biāo)系獲得的三維空間曲線投影為二維平面曲線；
[0014]步驟4:重復(fù)多次步驟2?步驟3，獲得多組換擋路徑及換擋力測量數(shù)據(jù)；
[0015]步驟5:對多組測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理，根據(jù)多次測量過程換擋路徑的重復(fù)性、指定換擋力下?lián)跷稽c(diǎn)位移變動范圍、換擋力的大小對換擋系統(tǒng)的性能進(jìn)行評價。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟1中，手動調(diào)節(jié)夾具的兩個側(cè)板上的調(diào)節(jié)頂針，使調(diào)節(jié)頂針從不同方向頂住換擋手球。
[0017]優(yōu)選地，所述步驟2中，將球坐標(biāo)系所得參數(shù)實(shí)時轉(zhuǎn)換為三維直角工作坐標(biāo)系參數(shù)的具體方法如下:
[0018]2.1、設(shè)球坐標(biāo)系所得參數(shù)為(1^4，8)，^3分別為位移、仰角、方位角，將該參數(shù)實(shí)時轉(zhuǎn)換為原始直角坐標(biāo)系參數(shù)(Χ，γ，ζ)，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為:
[0019]X = L*sinA*cosB;
[0020]Y = L*sinA*sinB；
[0021]z = L*cosA;
[0022]2.2、針對不同類型的換擋路徑，分別設(shè)定順序，由手工、逐點(diǎn)進(jìn)行擋位點(diǎn)示教，獲得不同換擋路徑的換擋手球中心各擋位點(diǎn)P，R，N，D，M，M+，M_的坐標(biāo)，同時，通過反復(fù)示教，對換擋手球中心運(yùn)動軌跡點(diǎn)集進(jìn)行最小二乘方球面擬合，獲得軌跡球面半徑及回轉(zhuǎn)運(yùn)動中心坐標(biāo)；
[0023]2.3、對Η型及S型換擋路徑，由P點(diǎn)向D、M兩點(diǎn)連線作垂線，以垂足為三維直角工作坐標(biāo)系原點(diǎn)，再將所述原點(diǎn)分別至P和Μ的連線做矢量叉乘，建立三維直角工作坐標(biāo)系；
[0024]對I型換擋路徑，由Μ點(diǎn)向Ρ、Ν兩點(diǎn)連線作垂線，以垂足為三維直角工作坐標(biāo)系原點(diǎn)，再將該原點(diǎn)分別至Ρ和Μ的連線做矢量叉乘，建立三維直角工作坐標(biāo)系；
[0025]2.4、計算獲得原始直角坐標(biāo)系和三維直角工作坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)；
[0026]2.5、利用所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，對每一測量點(diǎn)的原始直角坐標(biāo)系參數(shù)，實(shí)時轉(zhuǎn)換為三維直角工作坐標(biāo)系參數(shù)。
[0027]優(yōu)選地，所述步驟5中，多次測量過程換擋路徑的重復(fù)性好、指定換擋力下?lián)跷稽c(diǎn)位移變動范圍小、換擋力變化平穩(wěn)說明換擋系統(tǒng)的性能較優(yōu);反之則較差。
[0028]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的測量儀及測量方法具有如下有益效果:
[0029]1、采用適用于多種形式換擋手球的測量夾具，測試時不需拆卸手球，簡化了測量過程，使用方便；
[0030]2、能對自動換擋系統(tǒng)進(jìn)行測量；
[0031]3、采用坐標(biāo)變換，將三維空間曲線轉(zhuǎn)換為工作坐標(biāo)二維平面曲線，減小了計算誤差;
[0032]4、多過程曲線統(tǒng)計處理，測量結(jié)果準(zhǔn)確，可用于定量評價自動換擋系統(tǒng)的性能。
【附圖說明】
[0033]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中汽車換擋系統(tǒng)測量裝置示意圖；
[0034]圖2為I型自動換擋系統(tǒng)示意圖；圖2(a)為I型換擋路徑；圖2(b)為I型換擋路徑的平面投影；
[0035]圖3為Η型自動換擋系統(tǒng)示意圖；圖3(a)為I型換擋路徑；圖3(b)為I型換擋路徑的平面投影；
[0036]圖4為S型自動換擋系統(tǒng)示意圖；圖4(a)為I型換擋路徑；圖4(b)為I型換擋路徑的平面投影；
[0037]圖5為本發(fā)明提供的便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖6為Η型及S型換擋路徑坐標(biāo)變換及工作坐標(biāo)系建立示意圖；
[0039]圖7為I型工作坐標(biāo)系建立示意圖；
[0040]圖8為多過程統(tǒng)計處理示意圖；
[0041]圖9為實(shí)施例1中Η型換擋路徑及間隙示意圖；
[0042]圖10為實(shí)施例2中Η型換擋路徑及間隙示意圖；
[0043]圖11為實(shí)施例3中S型換擋路徑及間隙示意圖；
[0044]圖12為實(shí)施例4中S型換擋路徑及間隙示意圖；
[0045]圖13為實(shí)施例5中I型換擋路徑及間隙示意圖；
[0046]圖14為實(shí)施例5中I型換擋系統(tǒng)的性能曲線示意圖；
[0047]圖15為圖14性能曲線Ρ-R段的統(tǒng)計處理結(jié)果示意圖；
[0048]圖16為實(shí)施例6中I型換擋路徑及間隙示意圖；
[0049]圖17為實(shí)施例6中I型換擋系統(tǒng)的性能曲線示意圖；
[0050]圖18為圖17性能曲線Ρ-R段的統(tǒng)計處理結(jié)果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0052]本發(fā)明提供的便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀同樣采用傳統(tǒng)球面坐標(biāo)測量系統(tǒng)，由兩個角度位移編碼器及一個直線位移傳感器構(gòu)成。與現(xiàn)有技術(shù)不同之處是，增加了針對自動換擋系統(tǒng)的換擋手球夾具和測量計算軟件，安裝本測量儀時，不需拆卸換擋器上的手球。
[0053]圖5為本發(fā)明提供的便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖，所述的便攜式汽車換擋系統(tǒng)測量儀包括用于夾住被測換擋器17的換擋手球的夾具11，夾具11上方設(shè)有萬向節(jié)12，萬向節(jié)12上方連接二維力傳感器13，萬向節(jié)12側(cè)面連接位移傳感器14，位移傳感器14與兩個角度傳感器16固定在一起，并安裝在支架15上。
[0054]夾具11包括兩個側(cè)板及設(shè)于兩個側(cè)板頂部的頂板，側(cè)板與頂板的連接位置可調(diào)，以適應(yīng)不同形狀的換擋手球。兩個側(cè)板上各設(shè)有4個頂針111，可手動調(diào)節(jié)，從不同方向頂住換擋手球。
[0055]角度傳感器16為兩個，分別為方位角傳感器和仰角傳感器。
[0056]針對自動換擋系統(tǒng)，測量軟件通過擋位示教，對換擋的擋位點(diǎn)的分布進(jìn)行識別，將位移測量裝置所測三維坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而獲得實(shí)時路徑圖形顯示，具體步驟如下:
[0057]步驟1:將夾具11夾住被測換擋器17的換擋手球，手動調(diào)節(jié)頂針111，從不同方向頂住換擋手球;將車載支架15固定在車內(nèi)。以位移傳感器14與車載支架15固定處為原點(diǎn)，位移傳感器、方位角傳感器和仰角傳感器共同構(gòu)成一球坐標(biāo)系測量系統(tǒng)。
[0058]步驟2:結(jié)合圖6，將球坐標(biāo)系(原始坐標(biāo)系X-Y-Z)所得參數(shù)轉(zhuǎn)換為三維直角坐標(biāo)(工作坐標(biāo)系X1-Y1-Z1)參數(shù)，并利用二維力傳感器13實(shí)時記錄換擋力數(shù)據(jù)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的具體方法如下:
[0059]2.1、設(shè)球坐標(biāo)系所得參數(shù)為(1^4，8)，^3分別為位移、仰角、方位角，將該參數(shù)實(shí)時轉(zhuǎn)換為原始直角坐標(biāo)(X，Y，Z);其轉(zhuǎn)換關(guān)系為:
[0060]X = L*sinA*cosB
[0061]Y = L*sinA*sinB
[0062]Z = L*cosA；
[0063]2.2、針對各種類型的換擋路徑，分別設(shè)定順序，由手工、逐點(diǎn)進(jìn)行擋位點(diǎn)示教，獲得各種類型換擋路徑的換擋手球中心各擋位點(diǎn)P，R，N，D，M，M+，M-的坐標(biāo)，同時，通過反復(fù)示教，對換擋手球中心運(yùn)動軌跡點(diǎn)集進(jìn)行最小二乘方球面擬合，獲得軌跡球面半徑及回轉(zhuǎn)運(yùn)動中心坐標(biāo)；
[0064]2.3、取其中三個擋位點(diǎn)，對Η型及S型換擋路徑，皆由P點(diǎn)向D、M兩點(diǎn)連線作垂線，以垂足為工作坐標(biāo)原點(diǎn)，再從原點(diǎn)分別至P及Μ連線(兩線相互垂直)做矢量叉乘，建立工作坐標(biāo)系(Χ1，Π，Ζ1);
[0065]對I型換擋路徑，則由Μ點(diǎn)向Ρ、Ν兩點(diǎn)連線作垂線，如圖7。以垂足為工作坐標(biāo)原點(diǎn)，再從原點(diǎn)分別至Ρ和Μ連線(兩線相互垂直)做矢量叉乘，建立工作坐標(biāo)系XI，Υ1，Ζ1，原理與
S、H型相同，僅取點(diǎn)不同；
[0066]2.4、計算獲得原始坐標(biāo)系和工作坐標(biāo)系這兩個坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，包括:平移距離(即兩個坐標(biāo)系原點(diǎn)0和01之間的距離)及九個方向余弦(即工作坐標(biāo)系三個矢量P01、M01及D01在原始坐標(biāo)系每個坐標(biāo)軸的方