专利名称：选换挡性能自动测试装置及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车(变速器选换挡)性能测试装置及其方法，尤其涉及一种用于汽车传动试验台的高动态选换挡性能自动测试装置及其方法(该装置不仅可以用在试验台上，还可以单独作为一种选换挡性能测试及评价的装置使用)。
背景技术：
选换挡装置目前应用较多，是近代自动控制领域中出现的一项新技术。而其在汽车传动试验台上的应用对汽车传动试验技术的发展起到了至关重要的作用。目前已有的选换挡测试装置及其方法，其主要目的是代替人手进行对变速器选换挡的操作，同时可以简单地测得选换挡力的大小。但是为了模拟真实的换挡过程，在换挡装置执行完一次选换挡后需要与排挡杆头脱开，由于挡位的间隙和弹簧的作用，排挡杆头脱 开后相对原位置会产生一定的偏移量，因此在下一次的选换挡动作时，选换挡机构与排挡杆头连接的过程中会产生异常冲击，或是无法与排挡杆头进行正确连接。进而影响选换挡装置的寿命，以及选换挡过程中测量的所有参数的准确性。同时，现有的选换挡装置为单一控制模式，在使用中只能作为试验台的一部分执行选换挡的操作，并进行简单的力测量，但是其无法单独使用对变速器选换挡的性能进行评价，在适用的范围上也具有一定的局限。

发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种选换挡性能自动测试装置，该装置不仅可以实现在选换挡前对排挡杆头进行精确再定位，消除异常冲击并使其与排挡杆进行正确连接，同时可以延展该测试装置的使用范围，并在其单独使用中进行对变速器选换挡性能的评价。同时，本发明还提供了一种选换挡性能自动测试方法。该方法测试响应快，测试数据可靠、精度高。为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案
选换挡性能自动测试装置，包括升降机构、锁止机构、选换挡执行机构和排挡杆支座；所述升降机构包括环形内壁、丝杆、环形外壁、螺母、顶盖板、蜗轮蜗杆机构和驱动蜗轮蜗杆中的蜗杆转动的手柄；所述环形外壁套在环形内壁上并与环形内壁滑动配合，所述丝杆竖直设置在环形内壁中并与环形内壁形成径向固定、轴向可移动配合；所述蜗轮蜗杆机构中的蜗轮固定套在丝杆的顶部，手柄安装在环形外壁上并与环形外壁转动配合；所述螺母旋套在丝杆上，螺母与环形内壁固定连接；所述顶盖板水平设置在环形外壁上；
所述锁止机构包括锁紧螺杆、锁紧垫块和锁紧螺母，所述环形内壁的相对两侧设有通孔，所述环形外壁的相对两侧沿竖直方向设有条形孔，所述环形内壁和环形外壁之间的相对两侧设置锁紧垫块，所述锁紧螺杆穿过环形外壁上的条形孔、环形内壁上的通孔和锁紧垫块，所述锁紧螺母旋套在锁紧螺杆的端部；所述选换挡执行机构包括纵向滑轨、纵向滑板、横向滑轨、横向滑板、弹簧、连接杆、纵向滑板驱动机构和横向滑板驱动机构；所述纵向滑轨固定在顶盖板上，纵向滑板安装在纵向滑轨上并与纵向滑轨滑动配合；所述横向滑轨固定在纵向滑板上，横向滑板安装在横向滑轨上并与横向滑轨滑动配合；所述连接杆竖直穿过安装在横向滑板上的支撑连接板上并与支撑连接板滑动配合，所述连接杆与气缸的活塞杆平行，连接杆的顶部通过连接板与气缸的活塞杆固定连接，所述弹簧套在连接杆上，弹簧的一端压在连接板上，弹簧的另一端压在支撑连接板上；所述连接杆的底端设有一接头，所述接头的底部设置内凹的球面；所述纵向滑轨上设有采集纵向滑板移动的位移传感器I，横向滑轨上设有采集横向滑板移动的位移传感器II ;所述接头的球面中部设有采集排挡杆头移动位置的摄像头；
所述排挡杆支座包括支撑板I和支撑板II ;所述支撑板II的顶部为弧形结构，在支撑板II上靠近顶部设置呈弧形分布的数个螺栓孔；所述支撑板I的底部设置内凹的弧形槽，支撑板I的中部通过一销钉连接在支撑板II上并与支撑板II在弧形方向上转动配合，支撑板II的顶部位于弧形槽内；所述支撑板I的底部两侧分别设置一弧形孔，所述弧形孔与对 应侧的螺栓孔对应；待检测的排挡杆安装在支撑板I的顶面上时，排挡杆头与接头对应。作为本发明的一种优选方案，在接头的内凹槽内设有力传感器。作为本发明的另一种优选方案，所述支撑连接板上设有直线轴承，所述连接杆竖直穿过直线轴承并通过直线轴承与支撑连接板滑动配合。选换挡性能自动测试方法，在该方法中采用了上述中的选换挡性能自动测试装置，该方法包括如下步骤
(1)、将检测的排挡杆安装在支撑板I的顶面上时，使排挡杆头与接头对应，调整升降机构的高度和排挡杆支座上支撑板II的角度；
(2)、选换挡执行机构通过路径跟踪定位法对排挡杆头进行初始定位，并使选换挡执行机构与排挡杆顺利无冲击连接；
所述路径跟踪定位法启动摄像头对排挡杆头进行照相，通过图像识别、提取，基于霍夫变换，进行图像分析，得到排挡杆头圆心的三维坐标位置，通过控制选换挡执行机构对排挡杆头进行路径跟踪，使排挡杆头的圆心坐标与摄像头十字中心共线，完成定位操作；
(3)、控制选换挡执行机构依次行走各挡位，通过位移传感器测量各挡位的换挡路径并自动记录，之后将选换挡执行机构与排挡杆脱开；
(4)、确定选换挡过程中的路径；
(5)、执行第一次选换挡操作，在选换挡操作之前通过路径跟踪定位法对排挡杆头进行再定位，完成再定位操作后使选换挡执行机构与排挡杆头进行连接；
(6)、进行选换挡操作，使排挡杆进入预定挡位，在此过程中通过位移传感器和力传感器对选换挡过程中的性能参数进行测量并记录；
(7)、换挡完成后，选换挡执行机构与排挡杆头脱开，等待下一次换挡；
(8)、通过所测得的参数对选换挡的换挡力、换挡清晰度和平顺性性能进行评价。与现有技术相比，本发明的选换挡性能自动测试装置及其测试方法具有以下优
占-
^ \\\ ·
I、该选换挡性能自动测试装置及其测试方法不仅可以实现在选换挡前对排挡杆头的精确再定位，消除异常冲击并使其与排挡杆进行正确连接，同时可以延展该测试装置的使用范围，并在其单独使用中进行对变速器选换挡性能的评价。2、该选换挡性能自动测试装置及其测试方法可以准确、快速地进行选换挡操作和动态地测量选换挡过程中的性能参数，测试响应快，测试数据可靠、精度高。


图I为选换挡性能自动测试装置的结构示意 图2为升降机构的主视 图3为升降机构的左视图；
图4为锁止机构的结构示意 图5为排挡杆支座的结构示意 图6为支撑板II的结构示意 图7为支撑板I的结构示意 图8为支撑板I在支撑板II上向右倾斜的结构示意 图9为支撑板I在支撑板II上向左倾斜的结构示意图。附图中I一环形内壁；2—丝杆；3—环形外壁；4一螺母；5—顶盖板；6—蜗轮蜗杆机构；7—手柄；8—锁紧螺杆；9一锁紧垫块；10—锁紧螺母；11一条形孔；12—纵向轨道；13—纵向滑板；14 一横向滑轨；15—横向滑板；16—弹簧；17—连接杆；18—纵向滑板驱动机构；19一横向滑板驱动机构；20—气缸；21—连接板；22—接头；23—位移传感器I ; 24—位移传感器II ； 25一摄像头；26—支撑板I ; 27—支撑板II; 28—螺栓孔；29—销钉；30—弧形孔；31—排挡杆；32—排挡杆头；33—直线轴承；34—连接杆；35—底座；36—导向块；37—导向垫；38—连接板；39—铜套；40—支撑连接板；41一支撑连接板；42—底座。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。如图I所示，选换挡性能自动测试装置，包括升降机构、锁止机构、选换挡执行机构和排挡杆支座。其中，升降机构的结构如图2、3所示，升降机构包括环形内壁I、丝杆2、环形外壁3、螺母4、顶盖板5、蜗轮蜗杆机构6、驱动蜗轮蜗杆中的蜗杆转动的手柄7、连接杆34和底座35。环形内壁I固定设在底座35上，环形外壁3套在环形内壁I上并与环形内壁I滑动配合，在环形外壁3和环形内壁I之间设有导向块36和导向垫37，导向块36位于环形外壁3和环形内壁I之间的顶部，导向块36作用是选换挡执行机构工作时减小该方向受力后发生倾摆，导向垫37作用是在环形内壁I和环形外壁3做相对运动时减少滑动摩擦。螺母4固定在环形内壁I内壁上设置的连接板38上，丝杆2穿过连接板38并竖直设置在环形内壁I中并与环形内壁I形成径向固定、轴向可移动配合，螺母4旋套在丝杆2上。蜗轮蜗杆机构6中的蜗轮固定套在丝杆2的顶部，蜗轮蜗杆机构6中的蜗杆与连接杆34的一端固定连接，连接杆34的另一端伸出环形外壁3与手柄7固定连接，连接杆34通过铜套39与环形外壁3转动配合，该铜套39可减小连接杆34与环形外壁3之间的摩擦。顶盖板5水平固定设置在环形外壁3上。
锁止机构的结构如图4所示，锁止机构包括锁紧螺杆8、锁紧垫块9和锁紧螺母10。环形内壁I的相对两侧设有通孔，环形外壁I的相对两侧沿竖直方向设有条形孔11，环形内壁I和环形外壁3之间的相对两侧设置锁紧垫块9，锁紧螺杆8穿过环形外壁3上的条形孔11、环形内壁I上的通孔和锁紧垫块9，锁紧螺母10旋套在锁紧螺杆8的端部。在升降机构调整好后，将锁紧垫块9旋紧在锁紧螺杆8上，使锁紧垫块9与环形外壁3和环形内壁I产生摩擦作用，通过摩擦力对升降机构中的环形外壁3和环形内壁I之间锁止。选换挡执行机构包括纵向滑轨12、纵向滑板13、横向滑轨14、横向滑板15、弹簧16、连接杆17、纵向滑板驱动机构18、横向滑板驱动机构19、气缸20、支撑连接板40和支撑连接板41，选换挡执行机构的结构参见图I。纵向滑轨12固定在顶盖板5上，纵向滑板13安装在纵向滑轨12上并与纵向滑轨12滑动配合。横向滑轨14通过支撑连接板40固定在 纵向滑板13上，横向滑板15安装在横向滑轨14上并与横向滑轨14滑动配合，在横向滑板15上安装支撑连接板41。支撑连接板41上设有直线轴承33，连接杆17竖直穿过直线轴承33并通过直线轴承33与支撑连接板41滑动配合，连接杆17与气缸20的活塞杆平行，连接杆17的顶部通过连接板21与气缸20的活塞杆固定连接，弹簧16套在连接杆17上，弹簧16的一端压在连接板21上，弹簧16的另一端压在支撑连接板41上，弹簧16具有减速和缓冲的作用。连接杆17的底端设有一接头22，接头22的底部设置内凹的球面。纵向滑轨12上设有采集纵向滑板13移动的位移传感器I 23，横向滑轨14上设有采集横向滑板15移动的位移传感器II 24。接头22的球面中部设有采集排挡杆头移动位置的摄像头25。排挡杆支座的结构如图5 图9所示，排挡杆支座包括底座42、支撑板I 26和支撑板II 27。支撑板II 27的底部固定在底座42上，支撑板II 27的顶部为弧形结构，在支撑板II 27上靠近顶部设置呈弧形分布的数个螺栓孔28。支撑板I 26的底部设置内凹的弧形槽，支撑板I 26的中部通过一销钉29连接在支撑板II 27上并与支撑板II 27在弧形方向上转动配合(销钉29的作用是在支撑板I 26与支撑板II 27连接时使用，以保证支撑板I 26与排挡杆31的安装面处于水平位置)，支撑板II 27的顶部位于弧形槽内。支撑板I 26的底部两侧分别设置一弧形孔30，弧形孔30与对应侧的螺栓孔28对应。待检测的排挡杆31安装在支撑板I 26的顶面上时，排挡杆头32与接头22对应。本实施例中，在接头22的内凹槽内设有力传感器，通过该力传感器采用扳动排挡杆头32的力的大小；当然也可将该力传感器设置在排挡杆头32上。选换挡性能自动测试方法，在该方法中采用了上述的选换挡性能自动测试装置，该方法包括如下步骤
(I)、将检测的排挡杆31安装在支撑板I 26的顶面上时，使排挡杆头32与接头22对应，调整升降机构的高度和排挡杆支座上支撑板II 27的角度。(2)、选换挡执行机构通过路径跟踪定位法对排挡杆头32进行初始定位，并使选换挡执行机构与排挡杆31顺利无冲击连接；路径跟踪定位法为启动摄像头对排挡杆头32进行照相，通过图像识别、提取，基于霍夫变换，进行图像分析，得到排挡杆头32圆心的三维坐标位置，通过控制选换挡执行机构对排挡杆头32进行路径跟踪，使排挡杆头32的圆心坐标与摄像头十字中心共线，完成定位操作。(3)、控制选换挡执行机构依次行走各挡位，通过位移传感器测量各挡位的换挡路径并自动记录，之后将选换挡执行机构与排挡杆31脱开。
(4)、确定选换挡过程中的路径。(5)、执行第一次选换挡操作，在选换挡操作之前通过路径跟踪定位法对排挡杆头32进行再定位，完成再定位操作后使选换挡执行机构与排挡杆头32进行连接。(6)、进行选换挡操作，使排挡杆进入预定挡位，在此过程中通过位移传感器和力传感器对选换挡过程中的性能参数进行测量并记录。(7)、换挡完成后，选换挡执行机构与排挡杆头32脱开，等待下一次换挡。(8)、通过所测得的参数对选换挡的换挡力、换挡清晰度和平顺性性能进行评价。该选换挡性能自动测试装置可以采用双控制模式，即本地控制模式与远程控制模式。双重控制模式使该装置不仅可以用于汽车传动试验台对变速器总成的选换挡操作的在线测试，也可以用于动力总成试验中对变速器选换挡的控制，同时也可以单独使用对变速器的选换挡性能进行评价，充分体现该测试装置的多功能性和多适用性。 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.选换挡性能自动测试装置，其特征在于包括升降机构、锁止机构、选换挡执行机构和排挡杆支座； 所述升降机构包括环形内壁(I)、丝杆(2)、环形外壁(3)、螺母(4)、顶盖板(5)、蜗轮蜗杆机构(6)和驱动蜗轮蜗杆中的蜗杆转动的手柄(7);所述环形外壁(3)套在环形内壁(I)上并与环形内壁(I)滑动配合，所述丝杆(2)竖直设置在环形内壁(I)中并与环形内壁(I)形成径向固定、轴向可移动配合；所述蜗轮蜗杆机构(6)中的蜗轮固定套在丝杆(2)的顶部，手柄(7)安装在环形外壁(3)上并与环形外壁(3)转动配合；所述螺母(4)旋套在丝杆(2)上，螺母(4)与环形内壁(I)固定连接；所述顶盖板(5)水平设置在环形外壁(3)上； 所述锁止机构包括锁紧螺杆(8 )、锁紧垫块(9 )和锁紧螺母(10 )，所述环形内壁(I)的相对两侧设有通孔，所述环形外壁的相对两侧沿竖直方向设有条形孔(11)，所述环形内壁(I)和环形外壁(3)之间的相对两侧设置锁紧垫块(9)，所述锁紧螺杆(8)穿过环形外壁(3)上的条形孔(11)、环形内壁(I)上的通孔和锁紧垫块(9)，所述锁紧螺母(10)旋套在锁紧螺 杆(8)的端部； 所述选换挡执行机构包括纵向滑轨(12)、纵向滑板(13)、横向滑轨(14)、横向滑板(15)、弹簧(16)、连接杆(17)、纵向滑板驱动机构(18)、横向滑板驱动机构(19)和气缸(20);所述纵向滑轨(12)固定在顶盖板(5)上，纵向滑板(13)安装在纵向滑轨(12)上并与纵向滑轨(12)滑动配合；所述横向滑轨(14)固定在纵向滑板(13)上，横向滑板(15)安装在横向滑轨(14)上并与横向滑轨(14)滑动配合；所述连接杆(17)竖直穿过安装在横向滑板(15)上的支撑连接板(41)并与支撑连接板(41)滑动配合，所述连接杆(17)与气缸(20 )的活塞杆平行，连接杆(17)的顶部通过连接板(21)与气缸(20)的活塞杆固定连接，所述弹簧(16)套在连接杆(17)上，弹簧(16)的一端压在连接板(21)上，弹簧(16)的另一端压在支撑连接板(41)上；所述连接杆(17)的底端设有一接头(22)，所述接头(22)的底部设置内凹的球面；所述纵向滑轨(12)上设有采集纵向滑板(13)移动的位移传感器I (23)，横向滑轨(14)上设有采集横向滑板(15)移动的位移传感器II (24);所述接头(22)的球面中部设有采集排挡杆头移动位置的摄像头(25)； 所述排挡杆支座包括支撑板I (26)和支撑板II (27);所述支撑板II (27)的顶部为弧形结构，在支撑板II (27)上靠近顶部设置呈弧形分布的数个螺栓孔(28);所述支撑板I (26)的底部设置内凹的弧形槽，支撑板I (26)的中部通过一销钉(29)连接在支撑板II(27)上并与支撑板II(27)在弧形方向上转动配合，支撑板II (27)的顶部位于弧形槽内；所述支撑板I (26)的底部两侧分别设置一弧形孔(30)，所述弧形孔(30)与对应侧的螺栓孔(28)对应；待检测的排挡杆(31)安装在支撑板I(26)的顶面上时，排挡杆头(32)与接头(22)对应。
2.根据权利要求I所述的选换挡性能自动测试装置，其特征在于在接头(22)的内凹槽内设有力传感器。
3.根据权利要求I或2所述的选换挡性能自动测试装置，其特征在于所述支撑连接板(41)上设有直线轴承(33)，所述连接杆(17)竖直穿过直线轴承(33)并通过直线轴承(33)与支撑连接板(41)滑动配合。
4.选换挡性能自动测试方法，其特征在于，在该方法中采用了权利要求I至3中任一项权利要求所述的选换挡性能自动测试装置，该方法包括如下步骤(I)、将检测的排挡杆(31)安装在支撑板I (26)的顶面上时，使排挡杆头(32)与接头(22)对应，调整升降机构的高度和排挡杆支座上支撑板II (27)的角度； (2 )、选换挡执行机构通过路径跟踪定位法对排挡杆头(32 )进行初始定位，并使选换挡执行机构与排挡杆(31)顺利无冲击连接； 所述路径跟踪定位法启动摄像头对排挡杆头(32)进行照相，通过图像识别、提取，基于霍夫变换，进行图像分析，得到排挡杆头(32)圆心的三维坐标位置，通过控制选换挡执行机构对排挡杆头(32)进行路径跟踪，使排挡杆头(32)的圆心坐标与摄像头十字中心共线，完成定位操作； (3)、控制选换挡执行机构依次行走各挡位，通过位移传感器测量各挡位的换挡路径并自动记录，之后将选换挡执行机构与排挡杆(31)脱开； (4)、确定选换挡过程中的路径； (5)、执行第一次选换挡操作，在选换挡操作之前通过路径跟踪定位法对排挡杆头(32)进行再定位，完成再定位操作后使选换挡执行机构与排挡杆头(32)进行连接； (6)、进行选换挡操作，使排挡杆进入预定挡位，在此过程中通过位移传感器和力传感器对选换挡过程中的性能参数进行测量并记录； (7)、换挡完成后，选换挡执行机构与排挡杆头(32)脱开，等待下一次换挡； (8)、通过所测得的参数对选换挡的换挡力、换挡清晰度和平顺性性能进行评价。
全文摘要
本发明公开了一种选换挡性能自动测试装置，包括升降机构、锁止机构、选换挡执行机构和排挡杆支座；升降机构包括环形内壁、丝杆、环形外壁、螺母、顶盖板、蜗轮蜗杆机构和驱动蜗轮蜗杆中的蜗杆转动的手柄；锁止机构包括锁紧螺杆、锁紧垫块和锁紧螺母；选换挡执行机构包括纵向滑轨、纵向滑板、横向滑轨、横向滑板、弹簧、连接杆、纵向滑板驱动机构和横向滑板驱动机构；排挡杆支座包括支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ。同时，本发明还公开了一种选换挡性能自动测试方法。该选换挡性能自动测试装置及其测试方法可以准确、快速地进行选换挡操作和动态地测量选换挡过程中的性能参数，测试响应快，测试数据可靠、精度高。
文档编号G01M13/02GK102967460SQ20121053817
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者施全, 石晓辉, 许传贺, 邹喜红, 张志刚, 郝建军 申请人:重庆理工大学, 重庆市科学技术研究院