汽车驾驶台离合系统工效学测试装置及其测试方法与流程

本发明涉及一种工效学测试装置及其测试方法，尤其涉及一种汽车驾驶台离合系统工效学测试装置及其测试方法。

背景技术：

汽车驾驶台离合系统工效学测试装置是一种根据人体在汽车驾驶舱中的行为习惯、人体尺寸来测试驾驶室内离合部件位置合理布局的工效学测试装置。在现有的汽车驾驶室人机工程学设计中，由于世界各国人们的人体尺寸及驾驶操作习惯具有一定的差异性，因此在驾驶行为中对汽车驾驶室内部各部件的布局、相互位置距离、施加力矩以及各部件的结构等便会产生不同的使用需求，基于此种情况，亟待对现有的汽车驾驶台离合系统进行改进，即从现有汽车驾驶台离合系统的相对位置以及操作力出发，经过一定样本的数据统计分析，最终获得人们在汽车驾驶室内进行舒适驾驶操作时离合系统的相关位置及操作力关键参数。

专利号为zl201610630683.8的中国发明专利公开了一种汽车离合器性能匹配测量试验装置，其包括福马脚轮等，福马脚轮位于可移动试验台架下方，试验台板位于可移动试验台架上方，调节施力方向器、离合器传动机构固定器、紧急停止器都位于试验台板上，水平左右调节器与调节施力方向器上端连接，水平前后调节器与水平左右调节器连接等。该发明对整个离合器操纵系统工作过程中动态传动效率的定量计算和试验方法具有标准可以参考，能够准确地定量化评价整个汽车离合器系统操作机构工作性能，能够实现在模拟离合器实车安装状态下对其操纵传动效率的动态测量，提高测量数据的真实性和准确性，且结构简易。但该发明并未在所述离合器踏板固定器上设置二维坐标测量系统，无法测量人们在汽车驾驶室内进行舒适驾驶操作时离合系统的相关位置及操作力关键参数，不能进行汽车驾驶台离合系统工效学测试工作，因此亟待改进。

专利号为zl201310378605.x的中国发明专利公开了一种汽车离合系统测试台架装置及一种包括其的测试系统。所述离合系统测试台架装置包括用于安装、承载待测零件的台架主体；第一支架，所述第一支架以能够调整相对位置的方式设置在所述台架主体上，适于安装汽车变速箱和飞轮；以及第二支架，所述第二支架以能够调整相对位置的方式设置在所述台架主体上，适于安装离合踏板。该发明的测试台架装置将离合系统及与离合系统相关的零件（变速箱、飞轮等）全部安装到台架上，可以完整的仿真整车环境，同时实现了对液压管路压力、分离轴承力的有效测量。同时有效地解决了整车上零件拆装不便、传感器安装困难、测试成本过高的问题。在该发明的技术方案中，虽然离合踏板18可在台架主体26上实现上下、左右移动，而变速箱1和离合踏板18相对台架主体26的移动只是为了实现变速箱1和离合踏板18两者之间的相对位置变化，通过调整上述相对位置最终要实现的是与整车上完全相同的相对位置关系。可见，由于该发明并未在离合踏板18上设置二维坐标测量系统，无法测量人们在汽车驾驶室内进行舒适驾驶操作时离合系统的相关位置及操作力关键参数，不能进行汽车驾驶台离合系统工效学测试工作，因此亟待改进。

技术实现要素：

为了解决上述现有汽车离合系统测试装置不能进行汽车驾驶台离合系统工效学测试工作的技术问题，本发明提供一种结构简单，便于安装、调节、测量驾驶操作中离合系统相对位置及操作力数据的工效学测试装置。

按照本发明的汽车驾驶台离合系统工效学测试装置，包括离合踏板、离合踏板支架、试验台总成支架和测试平台，所述测试平台上装有所述试验台总成支架，所述离合踏板支架上装有离合踏板，所述离合踏板支架与所述试验台总成支架之间装有二维坐标测量系统。

优选的是，所述二维坐标测量系统包括二轴导向机构和二轴位移测量系统。

在上述任一方案中优选的是，所述二轴导向机构包括两个相互垂直的x轴电动导轨总成和z轴电动导轨总成，所述x轴电动导轨总成通过第一导轨支架固定安装在所述试验台总成支架上，所述x轴电动导轨总成包括x轴导轨滑块，所述x轴导轨滑块上装有z轴电动导轨总成，所述z轴电动导轨总成通过第二导轨支架与所述x轴导轨滑块之间形成活动连接，所述z轴电动导轨总成包括z轴导轨滑块，所述z轴导轨滑块与所述离合踏板支架固定连接。

所述x轴电动导轨总成的滑道方向设置成相对操作者左右水平移动方向，所述z轴电动导轨总成的滑道方向设置成相对操作者上下竖直移动方向。

在上述任一方案中优选的是，所述x轴电动导轨总成的底部设置有x轴导向滑道。

在上述任一方案中优选的是，所述三轴位移测量系统包括光栅尺和读数头，所述二轴位移测量系统包括光栅尺和读数头，所述光栅尺和读数头分别包括设置在所述x轴电动导轨总成和z轴电动导轨总成上的x轴光栅尺和x轴读数头、z轴光栅尺和z轴读数头。

在上述任一方案中优选的是，所述x轴电动导轨总成包括x轴电动导轨电机，用于控制所述x轴导轨滑块在x轴电动导轨上沿x轴方向的位置移动。

在上述任一方案中优选的是，所述z轴电动导轨总成包括z轴电动导轨电机，用于控制所述z轴导轨滑块在z轴电动导轨上沿z轴方向的位置移动。

在上述任一方案中优选的是，所述测试平台上装有移动式加载制动器组件，所述移动式加载制动器组件包括滑道、加载制动器支架、加载制动器，所述滑道包括x向位移滑道和y向位移滑道，所述滑道上装有加载制动器支架，所述加载制动器支架上装有加载制动器，所述离合踏板的转动中心轴上装有传动齿轮，所述传动齿轮外侧设有第一皮带轮，所述第一皮带轮与所述加载制动器的输出轴端处设置的第二皮带轮之间通过所述传动带相连接并形成带传动。

通过控制所述加载制动器输出的扭矩，并通过所述传动带及传动齿轮传递给所述离合踏板，用于调控离合踏板的踩踏力。在所述加载制动器下方设置的x向位移滑道和y向位移滑道分别与所述x轴电动导轨总成的滑道方向和所述z轴电动导轨总成的滑道方向形成同步位移联动结构，实现所述加载制动器与所述离合踏板之间在测试过程中即相对操作者左右水平移动方向以及相对操作者上下竖直移动方向始终保持同步移动。

在上述任一方案中优选的是，所述x轴电动导轨总成和z轴电动导轨总成采用直线导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述光栅尺采用透射光栅或者反射光栅。

在上述任一方案中优选的是，所述直线导轨采用滚动式导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述滚动式导轨采用滚珠导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述滚动式导轨采用滚柱导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述滚动式导轨采用滚针导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述直线导轨采用滑动摩擦导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述滑动摩擦导轨采用棱柱面导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述滑动摩擦导轨采用圆柱面导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述棱柱面导轨采用三角形导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述棱柱面导轨采用矩形导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述棱柱面导轨采用燕尾形导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述棱柱面导轨采用组合式导轨，所述组合式导轨包括三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨各自以及两两之间的组合式导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述直线导轨采用弹性摩擦导轨。

在上述任一方案中优选的是，所述直线导轨采用流体摩擦导轨。

为了解决上述现有汽车离合系统测试方法不能进行汽车驾驶台离合系统工效学测试工作的技术问题，本发明提供一种汽车驾驶台离合系统工效学测试方法。

按照本发明的汽车驾驶台离合系统工效学测试方法，其中实施该方法的装置包括上述优选方案中任一项的汽车驾驶台离合系统工效学测试装置，包括以下步骤：

优选的是，步骤一：通过控制所述x轴电动导轨电机，实现所述x轴导轨滑块在x轴电动导轨上沿x轴方向的位置移动，同时与安装在所述x轴导轨滑块上的所述z轴电动导轨总成以及安装在所述z轴导轨滑块上的所述离合踏板测试部件形成整体沿x轴方向进行位移的联动状态，通过所述x轴光栅尺和x轴读数头测量、读取所述x轴导轨滑块的位移数据来以获取x轴方向上的所述离合踏板最佳位置数据。

在上述任一方案中优选的是，步骤二：通过控制所述z轴电动导轨电机，实现所述z轴导轨滑块在z轴电动导轨上沿z轴方向的位置移动，同时与安装在所述z轴导轨滑块上的所述离合踏板测试部件形成整体沿z轴方向进行位移的联动状态，通过所述z轴光栅尺和z轴读数头测量、读取所述z轴导轨滑块的位移数据以获取z轴方向上的所述离合踏板最佳位置数据。

在上述任一方案中优选的是，步骤三：通过控制所述加载制动器的输出扭矩，并通过所述传动带及传动齿轮传递给所述离合踏板，用以调控所述离合踏板的踩踏力。

按照本发明的汽车驾驶台离合系统工效学测试装置及其测试方法用于汽车驾驶室结构与布局的人机工程学设计及改善，结构简单、安装及调节方便、测量精确，便于在运行过程中合理、准确地测试出符合操作者驾驶舒适的离合踏板相关位置数据以及操作力数据。本发明根据工效学测试需求，一方面通过所述二轴导向机构分别控制两个相互垂直的x轴和z轴电动导轨总成，实现两个坐标方向的导轨滑块在二维空间的自由位移，同时通过与所述离合踏板支架和离合踏板之间的联动，以及所述二轴位移测量系统进行精确测量并读取x轴和z轴电动导轨总成上光栅尺显示的二维坐标位移数据；另一方面，通过控制所述加载制动器的输出扭矩，通过所述传动带及传动齿轮传递给所述离合踏板，用以调控所述离合踏板的踩踏力，最终获得人们在汽车驾驶室内进行舒适驾驶操作时离合系统的相关位置及操作力关键参数。

附图说明

图1为按照本发明的汽车驾驶台离合系统工效学测试装置的一优选实施例的主视图；

图2为按照本发明的汽车驾驶台离合系统工效学测试装置的图1所示实施例的俯视图。

附图标记说明：

1离合踏板；2离合踏板支架；3x轴电动导轨总成；4x轴光栅尺；5第一导轨支架；6滑道；7传动齿轮；8传动带；9加载制动器；10加载制动器支架；11z轴电动导轨总成；12z轴光栅尺。

具体实施方式

本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个零部件组成以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个零部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合形成完整的技术方案。

下面结合图1、2详细描述汽车驾驶台离合系统工效学测试装置的技术方案：

一种汽车驾驶台离合系统工效学测试装置，包括离合踏板1、离合踏板支架2、试验台总成支架和测试平台，所述测试平台上装有所述试验台总成支架，离合踏板支架2上装有离合踏板1，离合踏板支架2与所述试验台总成支架之间装有二维坐标测量系统。所述二维坐标测量系统包括二轴导向机构和二轴位移测量系统。所述二轴导向机构包括两个相互垂直的x轴电动导轨总成3和z轴电动导轨总成11，x轴电动导轨总成3通过第一导轨支架5固定安装在所述试验台总成支架上，x轴电动导轨总成3包括x轴导轨滑块，所述x轴导轨滑块上装有z轴电动导轨总成11，z轴电动导轨总成11通过第二导轨支架与所述x轴导轨滑块之间形成活动连接，z轴电动导轨总成11包括z轴导轨滑块，所述z轴导轨滑块与离合踏板支架2固定连接。x轴电动导轨总成3的滑道方向设置成相对操作者左右水平移动方向，z轴电动导轨总成11的滑道方向设置成相对操作者上下竖直移动方向。x轴电动导轨总成3的底部设置有x轴导向滑道。所述二轴位移测量系统包括光栅尺和读数头，所述光栅尺和读数头分别包括设置在x轴电动导轨总成3和z轴电动导轨总成11上的x轴光栅尺4和x轴读数头、z轴光栅尺12和z轴读数头。x轴电动导轨总成3包括x轴电动导轨电机，用于控制所述x轴导轨滑块在x轴电动导轨上沿x轴方向的位置移动。z轴电动导轨总成11包括z轴电动导轨电机，用于控制所述z轴导轨滑块在z轴电动导轨上沿z轴方向的位置移动。所述测试平台上装有移动式加载制动器组件，所述移动式加载制动器组件包括滑道6、加载制动器支架10、加载制动器9，滑道6包括x向位移滑道和y向位移滑道，滑道6上装有加载制动器支架10，加载制动器支架10上装有加载制动器9，离合踏板1的转动中心轴上装有传动齿轮7，传动齿轮7外侧设有第一皮带轮，所述第一皮带轮与加载制动器9的输出轴端处设置的第二皮带轮之间通过传动带8相连接并形成带传动。通过控制加载制动器9输出的扭矩，并通过传动带8及传动齿轮7传递给离合踏板1，用于调控离合踏板1的踩踏力。在加载制动器9下方设置的x向位移滑道和y向位移滑道分别与x轴电动导轨总成3的滑道方向和z轴电动导轨总成11的滑道方向形成同步位移联动结构，实现加载制动器9与离合踏板1之间在测试过程中即相对操作者左右水平移动方向以及相对操作者上下竖直移动方向始终保持同步移动。x轴电动导轨总成3和z轴电动导轨总成11采用直线导轨，所述直线导轨可采用滚动式导轨、滑动摩擦导轨、弹性摩擦导轨和流体摩擦导轨中的任意一种导轨。所述滚动式导轨可采用滚珠导轨、滚柱导轨和滚针导轨中的任意一种导轨。所述滑动摩擦导轨可采用棱柱面导轨或者圆柱面导轨。所述棱柱面导轨可采用三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨和组合式导轨中的任意一种导轨。所述组合式导轨包括三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨各自以及两两之间的组合式导轨。所述光栅尺可以采用透射光栅或者反射光栅，用于显示位移数据。

本发明的工作原理：首先，通过控制所述x轴电动导轨电机，实现所述x轴导轨滑块在x轴电动导轨上沿x轴方向的位置移动，同时与安装在所述x轴导轨滑块上的z轴电动导轨总成11以及安装在所述z轴导轨滑块上的离合踏板1测试部件形成整体沿x轴方向进行位移的联动状态，通过所述x轴光栅尺和x轴读数头测量、读取所述x轴导轨滑块的位移数据来以获取x轴方向上的离合踏板最佳位置数据。其次，通过控制所述z轴电动导轨电机，实现所述z轴导轨滑块在z轴电动导轨上沿z轴方向的位置移动，同时与安装在所述z轴导轨滑块上的离合踏板1测试部件形成整体沿z轴方向进行位移的联动状态，通过所述z轴光栅尺和z轴读数头测量、读取所述z轴导轨滑块的位移数据以获取z轴方向上的离合踏板1最佳位置数据。至此便完成了离合踏板1测试部件在二维平面坐标系下最佳位置的数据采集工作。此外，本发明可通过控制加载制动器9的输出扭矩，并通过传动带8及传动齿轮7传递给离合踏板1，用以调控离合踏板1的踩踏力。

下面结合图1、2详细描述汽车驾驶台离合系统工效学测试方法的技术方案：

一种汽车驾驶台离合系统工效学测试方法，实施该方法的装置包括上述实施例中任一种的汽车驾驶台离合系统工效学测试装置技术方案，包括以下步骤：

步骤一：通过控制所述x轴电动导轨电机，实现所述x轴导轨滑块在x轴电动导轨上沿x轴方向的位置移动，同时与安装在所述x轴导轨滑块上的z轴电动导轨总成11以及安装在所述z轴导轨滑块上的离合踏板1测试部件形成整体沿x轴方向进行位移的联动状态，通过x轴光栅尺4和所述x轴读数头测量、读取所述x轴导轨滑块的位移数据来以获取x轴方向上的离合踏板1最佳位置数据。

步骤二：通过控制所述z轴电动导轨电机，实现所述z轴导轨滑块在z轴电动导轨上沿z轴方向的位置移动，同时与安装在所述z轴导轨滑块上的离合踏板1测试部件形成整体沿z轴方向进行位移的联动状态，通过z轴光栅尺12和所述z轴读数头测量、读取所述z轴导轨滑块的位移数据以获取z轴方向上的离合踏板1最佳位置数据。

步骤三：通过控制加载制动器9的输出扭矩，并通过传动带8及传动齿轮7传递给离合踏板1，用以调控离合踏板1的踩踏力。

本发明用于测试离合系统中离合踏板1的最佳位置和操作力数据，通过所述二维坐标测量系统实现被测试者使用离合踏板1的相对位置测量和调整，精确记录被试者在驾驶姿态下达到自身最佳感觉的离合踏板1位置及操作力数据，经一定样本的统计分析，以便获得适合各国人们舒适操作离合踏板1的二维空间相对位置参数，最终用于指导离合踏板1在驾驶室内的优化布局设计工作；同时，本发明还可通过离合踏板支架2上的安装接口，方便更换不同型号、尺寸的离合踏板部件进行二维空间位置的测量工作，经过对一定样本测试数据的结果分析，精准获取适合舒适驾驶的离合踏板部件结构设计的最佳推荐数据范围，指导离合踏板设计达到最优化。

所述滚动式导轨是在导轨面之间放置滚珠、滚柱、滚针等滚动体，使导轨面之间的滑动摩擦变成为滚动摩擦。其优点包括：1）灵敏度高，且其动摩擦与静摩擦系数相差甚微，因而运动平稳，低速移动时不易出现爬行现象；2）定位精度高，重复定位精度可达0.2μm；3）摩擦阻力小，移动轻便，磨损小、精度保持性好。其缺点是：滚动导轨的抗震性较差，对防护要求较高。

所述滚珠导轨是以滚珠作为滚动体，运动灵敏度好，定位度高；但其承载能力和刚度较小，一般都需要通过预紧提高承载能力和刚度。为了避免在导轨上压出凹坑而丧失精度，一般采用淬火钢制造导轨面。滚珠导轨适用于运动部件质量不大，切削力较小的数控机床。

所述滚动式导轨也可采用滚柱导轨或者滚针导轨。

所述滚柱导轨的承载力及刚度都比滚珠导轨要大，但对于安装的要求也高。如安装不良会引起偏移和侧向滑动，使导轨磨损加快、降低精度。目前数控机床、特别是载荷较大的机床，通常都采用滚柱导轨。

所述滚针导轨的滚针比同直径的滚柱长度更长。滚针导轨的特点是尺寸小，结构紧凑。为了提高工作台的移动精度，滚针的尺寸应按直径分组。滚针导轨适用于导轨尺寸受限制的机床上。

所述直线导轨也可以采用滑动摩擦导轨，所述滑动摩擦导轨可以采用棱柱面导轨或者圆柱面导轨，所述棱柱面导轨可以采用三角形导轨或者矩形导轨或者燕尾形导轨或者组合式导轨，所述组合式导轨包括三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨各自以及两两之间的组合式导轨。所述直线导轨也可以采用弹性摩擦导轨或者流体摩擦导轨。

所述圆柱面导轨的优点是导轨面的加工和检验比较简单，易于达到较高的精度；缺点是对温度变化比较敏感，间隙不能调整。在多数情况下，圆柱面导轨的运动件不允许转动，为此，可采用各种防转结构。最简单的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹槽。利用辅助导向面可以更好地限制运动件的转动，适当增大辅助导向面与基本导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅助导向面也为圆柱面时，即构成双圆柱面导轨，它既能保证较高的导向精度,又能保证较大的承载能力。为了提高圆柱面导轨的精度，必须正确选择圆柱面导轨的配合。当导向精度要求较高时，常选用h7／f7或h7／s6配合。当导向精度要求不高时，可选用h8／f7或h8／s7配合。若仪器在温度变化不大的环境下工作，可按h7／h6或h7巧s6配合加工，然后再进行研磨直到能够平滑移动时为止。导轨的表面粗糙度可根据相应的精度等级决定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于包容件的内表面的粗糙度。

所述组合式导轨可以采用双三角形导轨，包括两条导轨，所述两条导轨同时起着支承和导向作用，故导轨的导向精度高，承载能力大，两条导轨磨损均匀，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。但这种导轨的制造、检验和维修都比较困难，因为它要求四个导轨面都均匀接触，刮研劳动量较大。此外，这种导轨对温度变化比较敏感。

所述组合式导轨可以采用三角形-平面导轨，这种导轨保持了双三角形导轨导向精度高、承载能力大的优点，避免了由于热变形所引起的配合状况的变化，且工艺性比双三角形导轨大为改善，因而应用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整间隙。

所述光栅尺，也称为光栅尺位移传感器（光栅尺传感器），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺经常应用于数控机床的闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。例如，在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测，来观察和跟踪走刀误差，以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。光栅尺是由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。标尺光栅一般固定在机床固定部件上，光栅读数头装在机床活动部件上，指示光栅装在光栅读数头中。光栅检测装置的关键部分是光栅读数头，它由光源、会聚透镜、指示光栅、光电元件及调整机构等组成。

所述透射光栅属于衍射光栅的一种，是在透明玻璃上刻制很多条相互平行、等距、等宽的狭缝，利用多缝衍射原理，使复合光发生色散的光学元件。它可透过入射光，因而这种光栅的性能较差，所以光栅光谱仪均不采用它而采用反射光栅作为色散元件。透射式光栅是通过在一块很平的玻璃上刻出一系列等宽度等间距的刻痕做成的，刻痕处相当于毛玻璃，大部分光将不会透过，而两条刻痕之间则相当于一条狭缝，可以透光。

所述反射光栅是指在高反射率的金属上镀上一层金属膜，并在镜面金属膜上刻划一系列平行等宽、等距的刻线，简而言之，这种使白光反射，又能使光色散的光栅即为反射光栅。