一种用于自动变速器下线测试系统的数据采集方法与流程

本发明涉及自动变速器下线测试系统，具体涉及一种用于自动变速器下线测试系统的数据采集方法。

背景技术：

目前at变速器出厂下线检测均采用高度集成化的自动化测试台架，只要把装配好的变速器通过辊道运送至台架，通过装夹对接后，台架根据设定好的自动化程序执行测试。at变速器通过外挂的tcu(变速器控制单元)实现功能，目前at变速器下线测试中的at变速器形式主要有两种，一种是带tcu的at变速器，一种是不带tcu的at变速器。带tcu的at变速器可以直接用can进行通讯测试，这种形式可以让at变速器在测试完后直接出厂，节省生产工时，但是在测试前需要刷写tcu里的标定数据，增加了测试节拍，且多了tcu后故障排查及维修成本更高；不带tcu的at变速器直接通过电磁阀驱动板连接at变速器上的电磁阀，直接控制at变速器里的功能电磁阀的电流实现测试，可以直接验证at变速器的功能是否有效，相比于带tcu的测试，测试项少，节省测试节拍，故障排查快，维修简单，但会增加一定的生产工位和工时。

传统的at变速器下线测试方式为：采用plc模块对接at变速器上的大部分电气接口，用电机编码器获取与at变速器对接的台架电机的转速，扭矩传感器采用模拟信号方式输出台架电机的扭矩，对相应的台架电机驱动器用特定的协议进行控制，对带tcu的at变速器通过can通讯设备控制或不带tcu的at变速器通过电磁阀驱动板控制。所有的控制及反馈信号集合至工控机上，通过自动化控制软件进行控制，以测试需要的反馈信号判断at变速器是否符合下线要求。

随着at变速器技术不断的发展更新及产量不断的提升，一方面对at变速器的下线测试节拍有着越来越短的要求，另一方面所需要测试的项目越来越多，且测试标准越来越高。不断更新的at变速器下线测试项目对自动化测试软件的要求越来越高，传统的at变速器自动化软件因为采集数据频率低、算法简单、程序鲁棒性低，使得一些新的复杂测试项要求无法胜任，下线测试的准确性、全面性、快速性受到影响。

此外，现有技术中，测试at变速器所采用的plc通常只能100ms刷新一次新数值，各种类型的传感器的采样频率也存在数量级的差异。此外电机编码器的新值计算动态浮动，采样频率不确定。这样会造成自动化测试节拍无法恰当把握评估，使得过多的节拍时间浪费在采样时间慢的设备上。

在at变速器转速稳定的情况下，冷却油压也应该处于稳定的范围内。因此对at变速器进行测试的过程中，需要对at变速器的冷却油压进行稳定性检测。传统的稳定性检测方法为：判断冷却油压是否位于稳定范围(a1,a2)的区间范围内。这种方法的主要缺点在于：at变速器的冷却油压在某个范围内周期性的波动的；若稳定范围(a1,a2)的区间取值过小，则稳定性判定耗时过长，同时由于各at变速器的由于元件误差等差异，会导致油压的稳定值存在误差，这会使得油压的稳定值接近稳定范围(a1,a2)边界的at变速器难以通过油压稳定性检测；若稳定范围(a1,a2)的区间取值过大可以解决上述问题，但是稳定范围(a1,a2)的区间取值过大可能会导致部分冷却油压不稳定的at变速器通过油压稳定性检测。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于自动变速器下线测试系统的数据采集方法，本方法通过对各个传感器的监测信号信号进行转换同步，解决了现有技术中部分传感器采样频率不确定的问题。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于自动变速器下线测试系统的数据采集方法，所述自动变速器下线测试系统包括下线测试台架以及测控设备，所述测控设备用于和所述下线测试台架的传感器以及自动变速器的传感器进行电性连接；对所述自动变速器进行测试的过程中，所述测控设备每隔预定周期对各所述传感器的输出信号进行转换同步，得到各所述传感器的检测数据，所述下线测试台架的所述传感器包括油压传感器，所述测控设备对所述油压传感器的检测数据进行稳定性判定，得到油压的稳定性判定结果。

进一步地，所述测控设备对某个所述传感器的输出信号进行转换同步具体包括以下步骤：

(1)在所述预定周期内，所述测控设备根据该所述传感器的输出信号进行若干次采样，得到由若干个采样值构成的采样集合；

(2)若所述采样集合中所述采样值的数目大于二，则从所述采样集合中剔除至少一个最大的所述采样值以及至少一个最小的所述采样值；

(3)计算所述采样集合中各所述采样值的平均值；若该所述传感器的采样值的单位与该所述传感器的检测数据的单位一致，则将所述平均值作为该所述传感器的检测数据；若该所述传感器的采样值的单位与该所述传感器的检测数据的单位不一致，则对所述平均值进行折算，并将所述折算结果作为该所述传感器的检测数据。

进一步地，所述下线测试台架的所述传感器还包括若干个转速传感器；所述自动变速器的所述传感器包括若干个转速传感器；所述转速传感器输出信号为脉冲频率信号；在所述测控设备内部各所述转速传感器具有与之对应的计时计数器以及脉冲计数器；所述计时计数器的计数频率为f，所述转速传感器每检测到一周转动向所述测控设备输出p个脉冲信号；所述测控设备根据某个所述转速传感器的输出信号进行采样具体包括以下步骤：

(1)所述测控设备对与该所述转速传感器对应的所述计时计数器以及所述脉冲计数器进行清零；同时所述计时计数器开始按照计数频率f进行计数；

(2)所述测控设备使用所述脉冲计数器对该所述转速传感器发出的脉冲信号进行计数；当所述脉冲计数器统计的脉冲数目等于脉冲门限m1时，所述计时计数器停止计数，并将所述计时计数器的计数值作为该所述转速传感器的采样值。

进一步地，对某个所述转速传感器的所述采样值集合的所述平均值进行折算的过程中，将所述平均值代入公式(1)中得到折算结果rmp；

其中：f为与该所述转速传感器相对应的计时计数器的计数频率，p为该所述转速传感器每检测到一周转动发出的脉冲信号的数量，m1为该所述转速传感器的脉冲门限，m2为所述平均值，rpm为折算结果，其单位为(r/min)。

进一步地，所述下线测试台架上设置有输入电机以及输出电机；所述下线测试台架用于承载所述自动变速器；所述输入电机以及所述输出电机分别用于对接所述自动变速器的输入轴以及输出轴；所述输入电机以及所述输出电机均安装有所述转速传感器；所述下线测试台架的所述传感器还包括若干个扭矩传感器，所述输入电机以及所述输出电机的转轴均安装有所述扭矩传感器。

进一步地，所述测控设备进行一次稳定性判定具体包括以下步骤：

(1)在所述油压传感器的检测数据中选取若干个连续获取的检测数据，构成油压检测数据集合{xi}；

(2)通过所述油压检测数据集合{xi}判定油压是否稳定；

(3)通过所述油压检测数据集合{xi}计算油压稳定指标d。

进一步地，通过所述油压检测数据集合{xi}判定油压是否稳定的过程中，将所述油压检测数据集合{xi}中的最先获取的检测数据x1记为初始值；若所述油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi均位于(x1+b1,x1-b2)的范围内，则判定油压稳定，否则判定油压不稳定；其中b1,b2分别为稳定合格的上下偏差。

进一步地，通过所述油压检测数据集合{xi}计算油压稳定指标d的过程中，剔除所述油压检测数据集合{xi}中的最大值和最小值，并将剔除后的油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi带入如下所示的公式中：

其中：max()表示取两个数中的最大值；δt为两个相邻检测数据的获取时间的差值；b1,b2分别为稳定合格的上下偏差。

进一步地，通过所述油压检测数据集合{xi}判定油压是否稳定的过程中，将所述油压检测数据集合{xi}中的最先获取的检测数据x1记为初始值，若所述油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi均位于(a1,a2)的范围内且位于(x1+b1,x1-b2)的范围内，则判定油压稳定，否则判定油压不稳定；其中b1,b2分别为稳定合格的上下偏差；a1,a2分别为稳定范围的下限和上限。

进一步地，通过所述油压检测数据集合{xi}计算油压稳定指标d的过程中，剔除所述油压检测数据集合{xi}中的最大值和最小值，并将剔除后的油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi带入如下所示的公式中：

其中：max()表示取两个数中的最大值；δt为两个相邻检测数据的获取时间的差值；a1,a2分别为稳定范围的下限和上限。

本发明的优点是：通过对各传感器输出的信号进行转换同步，使得各传感器的检测数据平滑稳定，不用额外进行滤波平滑，有效地节省了计算资源。同时各传感器的检测数据同步后，可以更加明显地体现出各个传感器所检测的信号之间的相关性。

附图说明

图1为本发明中用于自动变速器下线测试系统的系统框图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1所示，图中标记1-15分别为：下线测试台架1、测控设备2、自动变速器3、输入电机4、输出电机5、冷却油路6、转速传感器7、扭矩传感器8、温度传感器9、油压传感器10、at电磁阀11、工控机12、数据采集卡13、canopen通信板卡14、电磁阀控制板卡15、电机驱动器15。

实施例1：如图1所示，本实施例具体涉及一种用于自动变速器下线测试系统的数据采集方法。自动变速器下线测试系统用于对自动变速器(at变速器)进行下线测试，自动变速器下线测试系统包括下线测试台架1以及测控设备2。

下线测试台架1用于承载待测试的自动变速器3。下线测试台架1包括一个输入电机4以及两个输出电机5。输入电机4用于对接自动变速器3的输入轴，两个输出电机5分别对接自动变速器3的两个输出轴。输入电机4用于驱动自动变速器转动，输出电机5用于模拟输出轴的负载。下线测试台架1上设置有冷却油路6，冷却油路6用于连接自动变速器3的冷却回路。下线测试台架1还包括台架基座以及对接板等机械机构，下线测试台架1通过这些机械结构与待测试的自动变速器3固定连接。

下线测试台架1上设置有多个传感器，下线测试台架1上的传感器包括三个转速传感器7、三个扭矩传感器8、温度传感器9以及油压传感器10。温度传感器9以及油压传感器10均安装在冷却油路6上，分别用于检测冷却油路6的温度以及油压。三个转速传感器7以及三个扭矩传感器8分别用于安装在输入电机4以及输出电机5的转轴上，用于检测各个电机的转速以及扭矩。本实施例中，下线测试台架1上的三个转速传感器7均为电机编码器，其分辨率为2048，采用ab相综合转速算法，综合分辨率达到8192pulse/rev。下线测试台架1上的三个扭矩传感器的输出信号为脉冲频率信号，这种输出方式使得其精度比采用模拟信号输出方式的扭矩传感器提升10倍以上。

待测试的自动变速器3上设置有at电磁阀11，通过向at电磁阀输入控制电流，可以控制自动变速器3进行换挡动作。自动变速器3的传感器包括两个转速传感器7。两个转速传感器7为at霍尔传感器。自动变速器3的两个转速传感器7分别安装在自动变速器3的输入轴和输出轴，用于检测自动变速器3的输入轴转速以及输出轴转速。

测控设备2包括工控机12以及数据采集卡13。测控设备2的数据采集卡13用于和下线测试台架1的各个传感器以及自动变速器3的各个传感器进行电性连接。数据采集卡13用于对各传感器的输出信号进行转换同步，并将得到的检测数据传输至工控机12。本实施例中，数据采集卡13为美国ni公司的数据采集卡。

此外测控设备2还包括canopen通信板卡14以及电磁阀控制板卡15；工控机12通过所述canopen通信板卡14与电机驱动器15通信连接。电机驱动器15用于控制下线测试台架1的输入电机4以及输出电机5。工控机12可经过canopen通信板卡14以及电机驱动器15控制输入电机4以及输出电机5，以便在测试自动变速器3的过程中模拟不同的动力输入以及负载工况。工控机12通过电磁阀控制板卡15控制自动变速器3的at电磁阀11，以便在测试过程中驱动自动变速器3进行换挡动作。

在对自动变速器3进行测试的过程中，测控设备2每隔预定周期对各传感器的输出信号进行转换同步，并得到各传感器的检测数据。具体的，测控设备2的数据采集13卡对某个传感器输出的信号进行转换同步具体包括以下步骤：

(1)在预定周期内(本实施例中预定周期为5ms)，测控设备根据该传感器的输出信号进行若干次采样，得到由若干个采样值构成的采样集合；

(2)若采样集合中所采样值的数目大于二，则从所述采样集合中剔除至少一个最大的采样值以及至少一个最小的采样值；

(3)计算采样集合中各采样值的平均值；若该传感器的采样值的单位与该传感器的检测数据的单位一致，则将计算得到的平均值作为该传感器的检测数据；若该传感器的采样值的单位与该传感器的检测数据的单位不一致，则需要对平均值进行折算，使得折算结果的单位与检测数据的单位一致，并将折算结果作为该传感器的检测数据。

以某个转速传感器7的转换同步过程为例：假设在一个预定周期5ms内，数据采集卡13对该转速传感器7进行7次采样，获得的采样集合为{561,562,563,564,565,566,567}，剔除采样集合中的最大值以及最小值，并对剔除后的采样集合求平均值，得到的平均值为564。假设在另一个预定周期中，数据采集卡13对该转速传感器7进行10次采样，获得的采样集合为{661,661,661,662,663,664,665,666,667,667}，在本预定周期中，采样集合的最大值以及最小值的数目均大于二，在此情况下，仅保留一个最大值以及一个最小值，并将其余的最大值以及最小值进行剔除，剔除后的采样集合为{661,662,663,664,665,666,667}，剔除后对采样集合求平均值，得到的平均值为664；假设在另一个预定周期中，数据采集卡13对该转速传感器7进行2次采样，获得的采样集合为{61,63}，在本预定周期中，采样集合中的采样值的数目小于等于二，因此不对采样集合进行剔除，直接对采样集合求平均值，得到的平均值为62。在采样值的数量足够的条件下，对部分采样值进行剔除，可以排除掉某些误差较大的数据，提高了检测的精度。

本实施例中，各个转速传感器7输出信号均为脉冲频率信号。在测控设备2的数据采集卡13内设置有多个计时计数器以及脉冲计数器。对各转速传感器7进行采样的过程中，每个转速传感器7占用一个计时计数器以及一个脉冲计数器。计时计数器的计数频率为f，计时计数器可按照计数频率f进行计数，在计数频率f持续不变的情况下，计时计数器可当做计时器使用。转速传感器7每检测到一周转动向数据采集卡13输出p个脉冲信号，转速传感器7输出的脉冲信号的频率与其检测的转速成正比，脉冲计数器用于统计与其对应的转速传感器7输出的脉冲信号的数目。数据采集卡13根据某个转速传感器7的输出信号进行单次采样具体包括以下步骤：

(1)测控设备2的数据采集卡13对与该转速传感器7对应的计时计数器以及脉冲计数器进行清零；同时计时计数器开始按照计数频率f进行计数；

(2)测控设备2的数据采集卡13使用脉冲计数器对该转速传感器7发出的脉冲信号进行计数；当脉冲计数器统计的脉冲数目等于脉冲门限m1时，计时计数器停止计数，并将计时计数器的计数值作为该转速传感器7的采样值。

至此，数据采集卡13完成了一次采样。对自动变速器3进行测试的过程中，数据采集卡13持续对各个转速传感器7按照上述方法进行采样。上述采样方法实际上是测量某个转速传感器7输出m1个脉冲所消耗的时间。而本实施例中，各转速传感器7的单位是r/min，因此本实施例中，转速传感器7的采样值与其检测数据的单位不一致，因此需要对每个预定周期内的采样集合的平均值进行折算。对某个转速传感器7的采样集合的平均值进行折算的过程中，将平均值m2代入公式(1)中得到折算及结果rmp；

其中：f为与该转速传感器7相对应的计时计数器的计数频率，p为该转速传感器7每检测到一周转动发出的脉冲信号的数量，m1为该转速传感器7的脉冲门限，m2为待折算的平均值，rpm为折算结果，其单位为(r/min)。折算完成后，将折算结果作为该转速传感器7的检测结果。

本实施例中，每隔预定周期(5ms)对采样集合的平均值进行折算，得出实际转速。这样可以避免在每次采样过程中进行耗时的除法运算。此外，采样集合中各个采样值均为整数，这样在运算过程中，可以减少复杂的浮点运算，提高了数据采集卡13的运行效率。

本实施例中，数据采集卡13的主要的信号处理器件为fpga芯片，数据采集卡13中fpga芯片的时钟频率为40mhz。本实施例中将该时钟频率作为各个计时计数器的计数频率为f。通过选择合理的m1数值，可以使得数据采集卡13在每个预定周期内获得适当数目的采样值。

本实施例中，输入电机4以及输出电机5每检测到一周转动向数据采集卡13输出的脉冲信号的数量p为8192。在测试过程中，输入电机4的转速范围为800-3000rpm，输出电机5的常规转速点300rpm；考虑到数据采集卡13每5ms需要获得若干个采样值，本实施例中输入电机4的转速传感器7的脉冲门限m1取为32；输出电机5的转速传感器7的脉冲门限m1取为8。

自动变速器3的两个转速传感器7的识别下限为10rpm，而且自动变速器3的输入轴转动一圈转速传感器7只能输出30-50个脉冲，输出轴转动一圈转速传感器7只能输出40-60个脉冲，因此本实施例中自动变速器3的两个转速传感器7的脉冲门限m1取为1。

本实施例中，各个转速传感器7以及扭矩传感器8的输出信号均为脉冲频率信号，因此各转速传感器7以及扭矩传感器8的采样动作之间存在时间差。本实施例采用的转换同步算法可以消除各传感器之间的采样时间差，使得各传感器的检测数据变得同步。本实施例中，预定周期为5ms，测控设备2的数据采集卡13每隔5ms生成一组各传感器的检测数据，这使得各传感器的检测数据平滑稳定，不用额外进行滤波平滑，有效地节省了计算资源。

此外，本实施例中，各转速传感器7的输出信号均为脉冲频率信号，因此转速越大数据采集卡13或的采样值越多，相应的数据处理量就越大。转速波动时，单位时间内转速传感器7输出的脉冲信号的数量也会随着转速波动。若转速传感器7输出的脉冲信号直接由工控机12进行处理，转速的波动会造成工控机的处理负载产生波动，从而影响工控机12的稳定性。本实施例中信号采集卡13采用fpga作为信号处理器，fpga可以对大量的信号进行并行处理，解决了工控机12处理能力不足的问题。各传感器的信号经过数据采集卡13的转换同步后，生成的检测数据的速度可以保持稳定，使得工控机12需要处理的检测数据的数据量可以保持稳定，不会产生剧烈波动。同时各传感器的检测数据同步后，可以更加明显地体现出各个传感器所检测的信号之间的相关性。

传统的自动化测试软件获取信号均按照对应设备的能力确认其采样(如plc只能100ms刷新一次新数值，各种类型的传感器的采样频率也存在数量级的差异。此外，作为转速传感器的编码器需要根据输出信号的频率计算转速，因此编码器的采样频率是不确定的)。各传感器的采样频率不确定，采样周期不同步，这会造成自动化测试系统的节拍无法恰当把握评估，过多的节拍时间浪费在采样时间较慢的传感器上。当数据采集卡13生成检测数据的频率均统一至200hz时，可使得自动变速器3的自动化测试的节拍更快，避免了过多的节拍时间浪费在采样时间慢的传感器上。

在自动变速器3测试的过程中，需要对冷却油路6进行泄露测试；泄露测试主要用于在自动变速器3转速稳定时，检测冷却油路6的油压是否处于稳定状态。因此对自动变速器3进行测试的过程中，工控机12需要对通过油压传感器10得到的检测数据进行稳定性判定，以便得到稳定性判定结果。

在自动变速器3的转速稳定的条件下，测控设备2的工控机12对油压传感器10的检测数据进行多次稳定性判定，若一次油压稳定性判定合格，则表示自动变速器3通过泄漏测试，若多次稳定性判定均为不合格，则表明变自动变速器3没有通过泄漏测试。测控设备2的工控机12进行一次稳定性判定具体包括以下步骤：

(1)在油压传感器10的检测数据中选取若干个连续获取的检测数据，构成油压检测数据集合{xi}；本实施例中，油压检测数据集合{xi}包括20个连续获取的检测数据；

(2)通过油压检测数据集合{xi}判定油压是否稳定；在此过程中，将油压检测数据集合{xi}中的最先获取的检测数据x1记为初始值；若油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi均位于(x1+b1,x1-b2)的范围内，则判定油压稳定，否则判定油压不稳定；其中b1,b2分别为稳定合格的上下偏差；

(3)通过所述油压检测数据集合{xi}计算油压稳定指标d；油压稳定指标d是判定油压是否稳定的辅助指标，用于量化油压的稳定性，油压稳定指标d越小表示油压越稳定；计算油压稳定指标d的过程中，剔除油压检测数据集合{xi}中的最大值和最小值，并将剔除后的油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi带入如下所示的公式中：

其中：max()表示取两个数中的最大值；δt为两个相邻检测数据的获取时间的差值；b1,b2分别为稳定合格的上下偏差。

例如，工控机12在1s内获取的油压检测数据集合{xi}为{15.1,15.2,15.3....}；假设稳定合格的上下偏差b1,b2均为0.5；最先获取的检测数据x1为15.1，若油压检测数据集合{xi}中其余的检测数据均位于(14.6，15.6)的范围内时，则判定油压稳定，否则判定油压不稳定。若连续5s内(5次稳定性判定)油压的稳定性判定均为不稳定，则变速器3无法通过泄漏测试。

本实施例的对油压稳定性的判定方法为动态稳定性判定方法；本方法的优点是不依靠历史数据，进行稳定性判定的过程中不需要确定油压的稳定范围，可以对参数尚未确定的变速器3进行油压的稳定性判定。

实施例2：本实施例与实施例1的主要区别在于油压的稳定性判定采用的方法不同，本实施例中，测控设备2的工控机12进行一次稳定性判定具体包括以下步骤：

(1)在油压传感器10的检测数据中选取若干个连续获取的检测数据，构成油压检测数据集合{xi}；本实施例中，油压检测数据集合{xi}包括20个连续获取的检测数据；

(2)通过油压检测数据集合{xi}判定油压是否稳定；在此过程中，将油压检测数据集合{xi}中的最先获取的检测数据x1记为初始值，若油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi均位于(a1,a2)的范围内且位于(x1+b1,x1-b2)的范围内，则判定油压稳定，否则判定油压不稳定；其中b1,b2分别为稳定合格的上下偏差；a1,a2分别为稳定范围的下限和上限；稳定范围(a1,a2)是通过对历史数据的分析得出的测试指标；

(3)通过所述油压检测数据集合{xi}计算油压稳定指标d；计算油压稳定指标d的过程中，剔除油压检测数据集合{xi}中的最大值和最小值，并将剔除后的油压检测数据集合{xi}中的各检测数据xi带入如下所示的公式中：

其中：max()表示取两个数中的最大值；δt为两个相邻检测数据的获取时间的差值；a1,a2分别为稳定范围的下限和上限。

例如，工控机12在1s内获取的油压检测数据集合{xi}为{15.1,15.2,15.3....}；假设稳定合格的上下偏差b1,b2均为0.5；最先获取的检测数据x1为15.1，稳定范围(a1,a2)为(14,16)。若油压检测数据集合{xi}中其余的检测数据均位于(14.6，15.6)的范围内，且位于(14,16)的范围内，则判定油压稳定，否则判定油压不稳定。若连续5s内(5次稳定性判定)油压的稳定性判定均为不稳定，则变速器3无法通过泄漏测试。

本实施例的油压稳定性判定方法将实施例1中的动态稳定性方法与现有技术中通过稳定范围(a1,a2)的判定方法相结合，在稳定性判定过程中可以采用范围稍大的稳定范围(a1,a2)，这样可使得自动变速器3的油压更容易通过稳定性判定，采用实施例1中的动态稳定性方法可以确保只有油压稳定的自动变速器3可以通过稳定性。因此本实施例稳定性判定方法兼顾了判定速度以及判定的准确性，保证了测试节拍一致性，同时还保证了变速器生产和下线的稳定。