基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统的制作方法

本实用新型涉及基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统。

背景技术：

随着驾驶员对于车辆的操作性与舒适性要求的不断提高，越来越多的自动变速箱产品问世，其中机械式自动变速箱(AMT)，因其经济优势，且技术要求低得到了很多汽车厂商的青睐。虽然机械式自动变速箱带有同步器，但其换挡品质并不好保证，且由于同步器的元件比较昂贵且需要保证精度，故需要精确知道同步器在换挡过程中同步力、同步速度等参数的变化以保证换挡品质和同步器寿命。

高品质换挡过程需要精确的换挡参数的反馈，包括同步器移动的位移、速度、加速度，同步器需要克服的同步力等参数。通过同步器位移信息能够知道换挡过程中同步器所处的位置，通过同步器速度信息能够估计出换挡时间长短，而同步器加速度信息则能反馈换挡过程中同步器受到的冲击度，为同步器的寿命预计提供了依据。同步器在同步过程中克服的同步力则为换挡执行机构提供了力反馈，能够提高换挡精确度，改善换挡品质。

因此，如何提出了一种基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统，对换挡过程中同步器各参数进行精确测量，以供改善换挡品质与延长同步器寿命之用成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题总的来说是提供一种基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。

为解决上述问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统，包括底座、设置在底座上且有两个平行立板组成的台架、安装在台架上的两轴式变速机构、设置在台架上且用于对两轴式变速机构换档的拨叉机构、设置在台架上的执行电机、以及与执行电机传动连接且在台架上做直线往返运动的执行架、设置在执行架上的微型力传感器、以及设置在执行架上且与拨叉机构传动连接的拨叉连接件。

作为上述技术方案的进一步改进：

执行电机传动连接有滚珠丝杠丝母机构，滚珠丝杠丝母机构与执行架传动连接，在滚珠丝杠丝母机构的丝杠上设置有螺母，螺母与执行架连接设置。

在台架上设置有用于测量滚珠丝杠丝母机构的丝杠转速的速度测量部件。

速度测量部件为增量式旋转编码器。

在执行电机与滚珠丝杠丝母机构之间设置有电机执行器。

在台架设置有用于测量拨叉机构直线位移的位移测量部件。

位移测量部件为直线位移传感器。

在台架上设置有与滚珠丝杠丝母机构的丝杠平行的光杆，在光杆滑动设置有导向滑座，导向滑座与螺母固定连接设置。

具体地说针对上述问题，本发明以可以4挡等常用AMT为对象，提供了一种基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统。下面将从系统的结构构成与工作原理两个模块介绍。

一、结构构成

本测量系统由以下部分组成：

1、两轴式变速箱台架，为本系统提供平台；

2、电机执行器，提供换挡过程中的换挡力；

3、换挡机构，传递电机执行器产生的力与运动；

4、同步力测量部件，测量换挡过程中同步力的大小；

5、位移测量部件，测量换挡过程中同步器位移；

6、速度测量部件，测量换挡过程中同步器平移的速度。

下面详细介绍各部分功能。

1、两轴式变速箱台架

本发明中以简化的变速箱台架来代替变速箱产品，这样为本测量系统中其他部件的安装提供了方便，且能够直接看到换挡过程，能够加快系统的搭建与试运行进程。

2、电机执行器

由于换挡过程中需要稳定的力与速度的输出，在本测量系统中使用大功率电机执行器来提供换挡力。

3、换挡机构

电机执行器的转速相较于同步器的直线运动而言是高速运动，但其提供的力矩相较于同步过程中同步器需要克服的同步力而言则是非常小，故在电机执行器与同步器拨叉之间添加滚珠丝杠螺母机构，来平衡力与速度的供需。同时，为了保证安装于滚珠丝杠螺母上的执行机构能够直线运动而不发生旋转，在丝杠螺母一侧添加了导向机构。

4、同步力测量部件

在同步过程中，同步力产生于同步器同步过程中，直接在同步器部件中测量不易，本测量部件利用微型力传感器测量了执行机构与拨叉之间的力，可以知道此力与同步力之间存在固定的关系，故可以表示同步过程中同步力的大小。

5、位移测量部件

在本测量系统中，默认拨叉的刚度足够大，拨叉的位移与同步器位移保持同步。采用直线位移传感器测量拨叉的位移。

6、速度测量部件

在换挡机构滚珠丝杠螺母的末端添加增量式旋转编码器，测量丝杠的旋转速度，来衡量同步器的运动速度。同时速度求导可以得到同步器运动的加速度。

二、工作原理

1、运动分析

电机执行器的输出轴与丝杆螺母直接连接，且丝杠末端的增量式旋转编码器与丝杠直接连接，故滚珠丝杠螺母的旋转速度ω_s与电机输出轴速度ω_i相等，即ω_s＝ω_i，由增量式旋转编码器直接测出。滚珠丝杠螺母的导程为l，故螺母的平移速度v_s为

执行机构与螺母固定连接，所以执行机构的平移速度v_z＝v_s。执行机构直接拨动拨叉，带动同步器一起运动，所以同步器的平移速度

加速度无法直接测量，本系统中采用速度与加速度的关系得到同步器平移的加速度a_o

2、位移分析

由于在拨叉顶部添加了直线位移传感器，故同步器的位移x_o可直接通过直线位移传感器测得的位移x_i确定，即x_o＝x_i。

3、力分析

电机执行器的力通过滚珠丝杠螺母放大后传递到执行机构，在执行机构与拨叉支间添加了微型力传感器来测量同步器在同步过程中的同步力。

在此过程中，电机产生的力矩为T_i，传递给螺母的力F_i为

故，同步器同步过程中的同步力为

换低档时，即拨叉向右移动，力的传递过程如下：

电机逆时针旋转，逆时针力矩从电机输出轴经过槽口连接传递到丝杠上，螺母通过滚珠从丝杠获得向右运动的力，执行机构与螺母之间的连接螺栓将螺母受到的力传递给执行机构，执行机构再将向右的力传递给微型力传感器的左侧螺栓，此时微型力传感器受到压力，并将力传递给拨叉，从而拨动同步器向右运动。同步器在同步过程中受到拨叉的力和同步环的力而平衡。

换高档时，即拨叉向左移动，力的传递过程如下：

电机顺时针旋转，顺时针力矩从电机输出轴经过槽口连接传递到丝杠上，螺母通过滚珠从丝杠获得向左运动的力，执行机构与螺母之间的连接螺栓将螺母受到的力传递给执行机构，执行机构再将向左的力传递给微型力传感器的左侧螺栓，此时微型力传感器受到拉力，并将力传递给拨叉，从而拨动同步器向左运动。同步器在同步过程中受到拨叉的力和同步环的力而平衡。

本实用新型的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

附图说明

图1是本发明提出的测量系统的结构图。

图2是本发明提出的测量系统的同步力测量部件放大图。

图3是本发明提出的测量系统换低档时的力传递图。

图4是本发明提出的测量系统换高档时的力传递图.

其中：1、底座；2、两轴式变速机构；3、拨叉机构；4、台架；5、执行电机；6、电机执行器；7、滚珠丝杠丝母机构；8、螺母；9、执行架；10、微型力传感器；11、拨叉连接件；12、速度测量部件；13、位移测量部件；14、光杆； 15、导向滑座。

具体实施方式

如图1-4所示，本实施例的基于微型传感器的变速箱换挡过程同步器参数测量系统，包括底座1、设置在底座1上且有两个平行立板组成的台架4、安装在台架4上的两轴式变速机构2、设置在台架4上且用于对两轴式变速机构2换档的拨叉机构3、设置在台架4上的执行电机5、以及与执行电机5传动连接且在台架4上做直线往返运动的执行架9、设置在执行架9上的微型力传感器10、以及设置在执行架9上且与拨叉机构3传动连接的拨叉连接件11。

执行电机5传动连接有滚珠丝杠丝母机构7，滚珠丝杠丝母机构7与执行架9传动连接，在滚珠丝杠丝母机构7的丝杠上设置有螺母8，螺母8与执行架 9连接设置。

在台架4上设置有用于测量滚珠丝杠丝母机构7的丝杠转速的速度测量部件12。

速度测量部件12为增量式旋转编码器。

在执行电机5与滚珠丝杠丝母机构7之间设置有电机执行器6。

在台架4设置有用于测量拨叉机构3直线位移的位移测量部件13。

位移测量部件13为直线位移传感器。

在台架4上设置有与滚珠丝杠丝母机构7的丝杠平行的光杆14，在光杆14 滑动设置有导向滑座15，导向滑座15与螺母8固定连接设置。

使用本实用新型时，执行电机5-电机执行器6-滚珠丝杠丝母机构7-螺母 8-执行架9-微型力传感器10与拨叉连接件11-拨叉机构3-两轴式变速机构2。

本发明中以简化的变速箱台架来代替变速箱产品，这样为本测量系统中其他部件的安装提供了方便，且能够直接看到换挡过程，能够加快系统的搭建与试运行进程。由于换挡过程中需要稳定的力与速度的输出，在本测量系统中使用大功率电机执行器来提供换挡力。

电机执行器的转速相较于同步器的直线运动而言是高速运动，但其提供的力矩相较于同步过程中同步器需要克服的同步力而言则是非常小，故在电机执行器与同步器拨叉(即拨叉机构3)之间添加滚珠丝杠螺母机构，来平衡力与速度的供需。同时，为了保证安装于滚珠丝杠螺母上的执行机构能够直线运动而不发生旋转，在丝杠螺母一侧添加了导向机构即导向滑座15与光杆14。

在同步过程中，同步力产生于同步器(执行架9)同步过程中，直接在同步器部件中测量不易，本测量部件利用微型力传感器测量了执行机构与拨叉之间的力，可以知道此力与同步力之间存在固定的关系，故可以表示同步过程中同步力的大小。

在本测量系统中，默认拨叉的刚度足够大，拨叉的位移与同步器位移保持同步。采用直线位移传感器测量拨叉的位移。

在换挡机构滚珠丝杠螺母的末端添加增量式旋转编码器，测量丝杠的旋转速度，来衡量同步器的运动速度。同时速度求导可以得到同步器运动的加速度。

如图3,换低档时，即拨叉向右移动，力的传递过程如下：

电机逆时针旋转，逆时针力矩从电机输出轴经过槽口连接传递到丝杠上，螺母通过滚珠从丝杠获得向右运动的力，执行机构与螺母之间的连接螺栓将螺母受到的力传递给执行机构，执行机构再将向右的力传递给微型力传感器的左侧螺栓，此时微型力传感器受到压力，并将力传递给拨叉，从而拨动同步器向右运动。同步器在同步过程中受到拨叉的力和同步环的力而平衡。

如图4，换高档时，即拨叉向左移动，力的传递过程如下：

电机顺时针旋转，顺时针力矩从电机输出轴经过槽口连接传递到丝杠上，螺母通过滚珠从丝杠获得向左运动的力，执行机构与螺母之间的连接螺栓将螺母受到的力传递给执行机构，执行机构再将向左的力传递给微型力传感器的左侧螺栓，此时微型力传感器受到拉力，并将力传递给拨叉，从而拨动同步器向左运动。同步器在同步过程中受到拨叉的力和同步环的力而平衡。

本实用新型的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

本实用新型设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。

本实用新型充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本实用新型的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。