便携式汽车换挡系统测量仪及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车性能测量装置，尤其涉及一种汽车换挡系统性能测量装置。
【背景技术】
[0002]换挡系统是汽车的核心部件之一，汽车行驶过程中通过换挡来实行不同的路况和速度的行驶要求，因此换挡性能体现着变速箱使用的方便性和舒适性。随着我国汽车行业水平的不断发展，对变速箱产品性能的要求也越来越高，行业内对汽车换挡系统性能测量试验越来越重视。
[0003]现有技术中，所采用的汽车换挡系统性能测量装置如图1所示，在被试换挡器手柄1上端安装换挡力传感器2，直线位移传感器3—端连接被试换挡器手柄1侧面，另一端连接水平编码器4和垂直编码器5，水平编码器4和垂直编码器5均安装在测量仪支架6上，测量仪支架6固定在车载测量支架7上。水平编码器4和垂直编码器5分别用于水平和垂直角度位移测量；由水平编码器4、垂直编码器5及直线位移传感器3构成球面坐标测量系统，对汽车换挡手球中心进行三坐标位移测量;同时，与换挡力传感器2集成，实现换挡系统性能测量。
[0004]上述汽车换挡系统性能测量装置只能实现手动换挡系统的性能测量。自动换挡系统由换挡器、拉索及变速箱换挡机构等组成。自动换挡系统路径可有I型(如图2所示)、S型(如图3所示)及Η型(如图4所示)等多种类型，图2?图4中，P、R、N、D、M、M+、M-等分别表示各挡位点。不同类型，在换挡操作时，换挡力的大小及与位移的对应关系各不相同，使驾驶员操作时有不同手感。同时，不同类型的换挡手球形状各具特色且不易拆卸，上述汽车换挡系统性能测量装置不能适用于自动换挡系统的性能测量。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现自动换挡系统性能测量的装置及方法，以对自动换挡系统进行定量评价。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种便携式汽车换挡系统测量仪，其特征在于:包括用于夹住被测换挡器的换挡手球的夹具，夹具上方设有万向节，万向节上方连接二维力传感器，万向节侧面连接位移传感器，位移传感器与角度传感器固定在一起并设于车载支架上。
[0007]优选地，所述夹具包括两个侧板及设于两个侧板顶部的顶板，侧板与顶板的连接位置可根据不同形状的换挡手球进行调整。
[0008]优选地，所述两个侧板上均设有多个可手动调节进而从不同方向顶住换挡手球的顶针。
[0009]优选地，所述角度传感器为两个，分别为方位角传感器和仰角传感器;所述位移传感器、方位角传感器和仰角传感器共同构成一球坐标系测量系统。
[0010]本发明还提供了一种便携式汽车换挡系统测量方法，采用上述的便携式汽车换挡系统测量仪，其特征在于，步骤为:
[0011]步骤1:使夹具夹住被测换挡器的换挡手球，将车载支架固定;位移传感器、方位角传感器和仰角传感器共同构成一球坐标系测量系统；
[0012]步骤2:通过挡位示教，利用球坐标系测量系统对换挡器挡位点的分布进行识别；在换挡器挡位点球面，建立三维直角工作坐标系，将球坐标系所得参数实时转换为三维直角工作坐标系参数;同时二维力传感器实时记录换挡力数据；
[0013]步骤3:将三维直角工作坐标系获得的三维空间曲线投影为二维平面曲线；
[0014]步骤4:重复多次步骤2?步骤3，获得多组换挡路径及换挡力测量数据；
[0015]步骤5:对多组测量数据进行统计处理，根据多次测量过程换挡路径的重复性、指定换挡力下挡位点位移变动范围、换挡力的大小对换挡系统的性能进行评价。
[0016]优选地，所述步骤1中，手动调节夹具的两个侧板上的调节顶针，使调节顶针从不同方向顶住换挡手球。
[0017]优选地，所述步骤2中，将球坐标系所得参数实时转换为三维直角工作坐标系参数的具体方法如下:
[0018]2.1、设球坐标系所得参数为(1^4，8)，^3分别为位移、仰角、方位角，将该参数实时转换为原始直角坐标系参数(Χ，γ，ζ)，其转换关系为:
[0019]X = L*sinA*cosB;
[0020]Y = L*sinA*sinB；
[0021]z = L*cosA;
[0022]2.2、针对不同类型的换挡路径，分别设定顺序，由手工、逐点进行挡位点示教，获得不同换挡路径的换挡手球中心各挡位点P，R，N，D，M，M+，M_的坐标，同时，通过反复示教，对换挡手球中心运动轨迹点集进行最小二乘方球面拟合，获得轨迹球面半径及回转运动中心坐标；
[0023]2.3、对Η型及S型换挡路径，由P点向D、M两点连线作垂线，以垂足为三维直角工作坐标系原点，再将所述原点分别至P和Μ的连线做矢量叉乘，建立三维直角工作坐标系；
[0024]对I型换挡路径，由Μ点向Ρ、Ν两点连线作垂线，以垂足为三维直角工作坐标系原点，再将该原点分别至Ρ和Μ的连线做矢量叉乘，建立三维直角工作坐标系；
[0025]2.4、计算获得原始直角坐标系和三维直角工作坐标系之间的坐标转换参数；
[0026]2.5、利用所述坐标转换参数，对每一测量点的原始直角坐标系参数，实时转换为三维直角工作坐标系参数。
[0027]优选地，所述步骤5中，多次测量过程换挡路径的重复性好、指定换挡力下挡位点位移变动范围小、换挡力变化平稳说明换挡系统的性能较优;反之则较差。
[0028]相比现有技术，本发明提供的测量仪及测量方法具有如下有益效果:
[0029]1、采用适用于多种形式换挡手球的测量夹具，测试时不需拆卸手球，简化了测量过程，使用方便；
[0030]2、能对自动换挡系统进行测量；
[0031]3、采用坐标变换，将三维空间曲线转换为工作坐标二维平面曲线，减小了计算误差;
[0032]4、多过程曲线统计处理，测量结果准确，可用于定量评价自动换挡系统的性能。
【附图说明】
[0033]图1为现有技术中汽车换挡系统测量装置示意图；
[0034]图2为I型自动换挡系统示意图；图2(a)为I型换挡路径；图2(b)为I型换挡路径的平面投影；
[0035]图3为Η型自动换挡系统示意图；图3(a)为I型换挡路径；图3(b)为I型换挡路径的平面投影；
[0036]图4为S型自动换挡系统示意图；图4(a)为I型换挡路径；图4(b)为I型换挡路径的平面投影；
[0037]图5为本发明提供的便携式汽车换挡系统测量仪结构示意图；
[0038]图6为Η型及S型换挡路径坐标变换及工作坐标系建立示意图；
[0039]图7为I型工作坐标系建立示意图；
[0040]图8为多过程统计处理示意图；
[0041]图9为实施例1中Η型换挡路径及间隙示意图；
[0042]图10为实施例2中Η型换挡路径及间隙示意图；
[0043]图11为实施例3中S型换挡路径及间隙示意图；
[0044]图12为实施例4中S型换挡路径及间隙示意图；
[0045]图13为实施例5中I型换挡路径及间隙示意图；
[0046]图14为实施例5中I型换挡系统的性能曲线示意图；
[0047]图15为图14性能曲线Ρ-R段的统计处理结果示意图；
[0048]图16为实施例6中I型换挡路径及间隙示意图；
[0049]图17为实施例6中I型换挡系统的性能曲线示意图；
[0050]图18为图17性能曲线Ρ-R段的统计处理结果示意图。
【具体实施方式】
[0051]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0052]本发明提供的便携式汽车换挡系统测量仪同样采用传统球面坐标测量系统，由两个角度位移编码器及一个直线位移传感器构成。与现有技术不同之处是，增加了针对自动换挡系统的换挡手球夹具和测量计算软件，安装本测量仪时，不需拆卸换挡器上的手球。
[0053]图5为本发明提供的便携式汽车换挡系统测量仪结构示意图，所述的便携式汽车换挡系统测量仪包括用于夹住被测换挡器17的换挡手球的夹具11，夹具11上方设有万向节12，万向节12上方连接二维力传感器13，万向节12侧面连接位移传感器14，位移传感器14与两个角度传感器16固定在一起，并安装在支架15上。
[0054]夹具11包括两个侧板及设于两个侧板顶部的顶板，侧板与顶板的连接位置可调，以适应不同形状的换挡手球。两个侧板上各设有4个顶针111，可手动调节，从不同方向顶住换挡手球。
[0055]角度传感器16为两个，分别为方位角传感器和仰角传感器。
[0056]针对自动换挡系统，测量软件通过挡位示教，对换挡的挡位点的分布进行识别，将位移测量装置所测三维坐标进行转换，从而获得实时路径图形显示，具体步骤如下:
[0057]步骤1:将夹具11夹住被测换挡器17的换挡手球，手动调节顶针111，从不同方向顶住换挡手球;将车载支架15固定在车内。以位移传感器14与车载支架15固定处为原点，位移传感器、方位角传感器和仰角传感器共同构成一球坐标系测量系统。
[0058]步骤2:结合图6，将球坐标系(原始坐标系X-Y-Z)所得参数转换为三维直角坐标(工作坐标系X1-Y1-Z1)参数，并利用二维力传感器13实时记录换挡力数据。坐标转换的具体方法如下:
[0059]2.1、设球坐标系所得参数为(1^4，8)，^3分别为位移、仰角、方位角，将该参数实时转换为原始直角坐标(X，Y，Z);其转换关系为:
[0060]X = L*sinA*cosB
[0061]Y = L*sinA*sinB
[0062]Z = L*cosA；
[0063]2.2、针对各种类型的换挡路径，分别设定顺序，由手工、逐点进行挡位点示教，获得各种类型换挡路径的换挡手球中心各挡位点P，R，N，D，M，M+，M-的坐标，同时，通过反复示教，对换挡手球中心运动轨迹点集进行最小二乘方球面拟合，获得轨迹球面半径及回转运动中心坐标；
[0064]2.3、取其中三个挡位点，对Η型及S型换挡路径，皆由P点向D、M两点连线作垂线，以垂足为工作坐标原点，再从原点分别至P及Μ连线(两线相互垂直)做矢量叉乘，建立工作坐标系(Χ1，Π，Ζ1);
[0065]对I型换挡路径，则由Μ点向Ρ、Ν两点连线作垂线，如图7。以垂足为工作坐标原点，再从原点分别至Ρ和Μ连线(两线相互垂直)做矢量叉乘，建立工作坐标系XI，Υ1，Ζ1，原理与
S、H型相同，仅取点不同；
[0066]2.4、计算获得原始坐标系和工作坐标系这两个坐标系之间的转换参数，包括:平移距离(即两个坐标系原点0和01之间的距离)及九个方向余弦(即工作坐标系三个矢量P01、M01及D01在原始坐标系每个坐标轴的方