CN101210858A - 用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动*** - Google Patents

Abstract

一种用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动***，包括选挡电机，挂挡电机，控制装置，两个传动装置和换挡传感器。一个传动装置连接在选挡电机的输出轴与换挡操纵杆之间，用于将输出轴的旋转运动转化为直线运动并传递给变速器的换挡操纵杆，以执行换挡操纵杆的选挡操作；另一个传动装置连接在挂挡电机的输出轴与换挡操纵杆之间，用于将输出轴的旋转运动转化为直线运动并传递给变速器的换挡操纵杆，以执行换挡操纵杆的挂挡操作；换挡传感器电连接到控制装置，用于获取换挡操纵杆的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置；控制装置电连接到选挡电机和挂挡电机，并根据从换挡传感器接收到的电信号，分别控制选挡电机和挂挡电机工作。

Description

用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动***

技术领域

本发明涉及车辆变速器的台架试验，尤其涉及一种用于变速器同步器台架试验的换挡驱动***。

背景技术

变速器同步器性能和寿命试验是变速器试验中的一个重要的试验项目。根据《中华人民共和国机械工业部标准》中编号为“QC/T 568-1999”的“汽车机械式变速器 台架试验方法”，在变速器同步器性能和寿命试验中，试验设备一般采用换挡试验台或专用的同步器性能试验台。换挡机构可采用液压、气动或者机械装置。测量仪器采用各种传感器、应变仪及示波器等。试验时测量并记录以下参数：a换挡力；b同步扭矩；c同步转速；d同步时间；e齿套轴向位移；f同步器换挡次数。

在现有技术中，已经提出了一些针对变速器同步器台架试验的专利申请，例如CN 1603774 A，CN 1634722 A。

CN 1603774 A公开了一种轿车变速器换挡试验台控制***，通过将PLC控制***应用于变速器同步器换挡试验台的试验中，测量、记录并修改各类参数，使其达到易操作、易修改、易维护的要求。在这篇专利文献中，是利用换挡气缸和选挡气缸作为试验变速器的换挡驱动***。另外，该***还主要包括：拉压力传感器，连接换挡气缸和变速器的选换档杆，用于测量换挡力；位移传感器，与变速器的选换挡杆相连，用于测量换挡位移；扭矩传感器，通过传动轴连接到变速器，用于测量变速器的输出轴转速；波形分析仪，用于实时监控和记录包括位移、换挡力、转速的数据和曲线，是变速器同步器性能的实时反映。

CN 1634722 A公开了一种包含液压换挡机构的同步器试验台，能够根据需要或者按照实际变速器的换挡行程来确定换挡缸的行程。在这篇专利文献中，是利用换挡油缸和选挡油缸作为试验变速器的换挡驱动***。另外，该试验台还主要包括光电开关和一些机械传动装置，如万向节、花键套、花键、摇臂、连杆等。

对于CN 1603774中的气缸换挡驱动***来说，由于气体的可压缩性，不可避免地会发生冲击，从而导致换挡行程定位困难。对于CN 1634722 A中的液压缸换挡驱动***来说，由于液压油的流动需要相对较长的时间，所以液压缸换档驱动***响应速度慢，换挡力调节精度低，易出现换挡不到位等情况。

发明内容

本发明的目的是针对现有的变速器同步器台架试验台中使用的换挡驱动***存在响应速度慢，换挡力调节精度低等缺点，提供一种响应速度快、换挡力调节精度高的用于变速器同步器台架台的换档驱动机构。

本发明提供一种用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动***，该换挡驱动***包括选挡电机，挂挡电机，控制装置，两个传动装置和换挡传感器，其中：一个传动装置连接在选挡电机的输出轴与换挡操纵杆之间，用于将选挡电机的输出轴的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆，以执行该换挡操纵杆的选挡操作；另一个传动装置连接在挂挡电机的输出轴与换挡操纵杆之间，用于将挂挡电机的输出轴的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆，以执行该换挡操纵杆的挂挡操作；换挡传感器电连接到控制装置，用于获取换挡操纵杆的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置；控制装置电连接到选挡电机和挂挡电机，并根据从换挡传感器接收到的电信号，分别控制选挡电机和挂挡电机的工作状态。

本发明提供的变速器同步器台架试验台的换挡驱动***，由于采用了选挡电机和挂挡电机作为换挡的动力源，因此整个装置响应速度快，换挡力调节精度高，并且结构简单、成本低廉。

附图说明

图1是根据本发明的用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动***的原理框图；

图2是表示本发明传动装置的一种实施例的示意图；

图3是表示本发明换挡传感器的实施例的示意图；

图4是表示带有减速机构的本发明换挡驱动***的示意图；

图5是表示根据套筒的直线位移计算换挡操纵杆的操作位置的模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动***，该换挡驱动***包括选挡电机10，挂挡电机20，控制装置30，两个传动装置40和换挡传感器50，其中：一个传动装置40连接在选挡电机10的输出轴11与换挡操纵杆60之间，用于将选挡电机10的输出轴11的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆60，以执行该换挡操纵杆60的选挡操作；另一个传动装置40连接在挂挡电机20的输出轴21与换挡操纵杆60之间，用于将挂挡电机20的输出轴21的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆60，以执行该换挡操纵杆60的挂挡操作；换挡传感器50电连接到控制装置30，用于获取换挡操纵杆60的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置30；控制装置30电连接到选挡电机10和挂挡电机20，并根据从换挡传感器50接收到的电信号，分别控制选挡电机10和挂挡电机20的工作状态。

在此需要说明的是，在本发明中，术语“换挡”通常是指在不同挡位之间的切换，术语“选挡”通常是指在不同的换档轴(每个换档轴可以控制对应的两个挡位)之间进行的切换，术语“挂挡”通常是指挂上了挡位，所以换挡一般包括选挡和挂挡；术语“连接”通常是指传递机械动力的机械式连接，术语“电连接”通常包括电气连接和信号连接等。此外，在附图中(图5除外)，实线通常表示机械连接，虚线通常表示电连接，箭头则表示信号发送方向或者命令控制方向。此外，在图2至图4中，仅仅示出了一套驱动***，即包括选挡电机10的选挡驱动***。包括挂挡电机20的挂挡驱动***可以与选挡驱动***完全相同，即其中的电机和传动装置或减速机构等都相同，因此为了简化的目的，省略了对它们的图示。此外，在本发明中，提到的“一个传动装置”通常是指选挡驱动***中的传动装置，“另一个传动装置”通常是指换挡驱动***中的传动装置，“每个传动装置”则包括这两个传动装置，其它装置如减速机构、传感器等基本上具有与此相同的含义。

换挡操纵杆60可以使用现有技术中已知的操纵杆。在现有技术中，利用操纵杆进行换挡(选挡和挂挡)是本领域技术人员熟知的。例如，操纵杆一般连接到拨杆、拨块、拨叉和拨叉轴等。在选挡时使操纵杆横向摆动，操纵杆的下端推动拨杆，拨杆下端对准与所选挡位对应的拨块凹槽，然后使操纵杆纵向摆动，带动拨叉轴及拨叉前后移动，即可实现换挡。在本发明中，所述换挡操纵杆60分别通过选挡电机10和挂挡电机20实现横向摆动和纵向摆动，从而实现选挡和挂挡。在现有的变速器同步器台架试验台的换挡驱动***中，选挡和挂挡则是通过气缸或者液压缸来实现的。

选挡电机10和挂挡电机20优选使用相同的电机以便于操作和控制，并且优选使用机械特性较好的直流伺服电机。通过选挡电机10和挂挡电机20的正转和反转，可以驱动换挡操纵杆60横向和纵向摆动，实现选挡和挂挡操作。

如图4所示，为了达到减速增扭的作用，本发明的换挡驱动***还可以包括两个减速机构70，一个减速机构70连接在选挡电机10的输出轴11与所述一个传动装置40之间，另一个减速机构70连接在挂挡电机20的输出轴21与所述另一个传动装置40之间，以分别将来自电机输出轴的动力经过减速增扭之后传递给各自的传动装置40。如上所述，图中仅仅示出了一个减速机构70。

减速机构70可以使用现有技术中的任何合适的结构，例如最简单的可以使用齿轮减速机构。

传动装置40的作用是将来自选挡电机10和挂挡电机20的输出轴11、21的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆60，以分别执行该换挡操纵杆60的选挡操作和挂挡操作，即驱动换挡操纵杆60横向摆动和纵向摆动，以实现变速器的换挡操作。

如本领域技术人员熟知的，将旋转运动转化为直线运动输出可以采用机械领域中各种各样的结构，例如丝杠套筒式结构、凸轮连杆式结构、活塞曲轴式结构(如逆向使用发动机的工作原理)等等。

作为一种典型的实施例，在图2中示出了一种丝杠套筒式结构的传动装置40。

如图2所示，每个传动装置40可以包括丝杠41、套筒42和拉索43。丝杠41与选挡电机10的输出轴11或挂挡电机20的输出轴12连接，例如通过联轴器进行连接。套筒42螺纹套接在丝杠41上，相互之间可以通过螺纹作相对旋转运动。拉索43连接在套筒42与换挡操纵杆60之间，用于将来自套筒42的运动传递到换挡操纵杆60。拉索43在现有技术中是熟知的，通常结构是在柔性套管内穿过一根可以在柔性套管内往返运动的柔性钢丝。如上所述，该实施例仅仅是为了说明的目的，而不是为了限制本发明。能够将旋转运动转化为直线运动输出的任何合适的结构都可以应用到本发明中。

在本发明中，换挡传感器50电连接到控制装置30，用于获取换挡操纵杆60的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置30，从而使控制装置30控制选挡电机10或挂挡电机20的工作状态。

具体而言，在试验的变速器需要选挡时，控制装置30控制选挡电机10工作，选挡电机10输出的动力依次通过电机的输出轴11和传动装置40等传递到换挡操纵杆60，驱动换挡操纵杆60横向摆动实现选挡。在换挡操纵杆60的摆动过程中，换挡传感器50实时检测换挡操纵杆60的位置，并将该位置信号反馈给控制装置30，控制选挡电机10工作。一旦换挡传感器50检测到换挡操纵杆60已经选好挡位，则将相信的信号发送给控制装置30，通过控制装置30控制选挡电机10停止工作，从而选挡操作完成，控制装置30等待下一步操作命令，如挂挡操作命令(与上述选挡操作过程相同，不再赘述)。

由此可以看出，换挡传感器50可以使用多种传感器，并且这些传感器可以位于多种位置，只要这些传感器能够用来检测或者计算换挡操纵杆60的移动位置并将该位置信号发送给控制装置30即可。

如图1所示，其中示意性地示出了换挡传感器50可以选择性地连接到电机的输出轴11和12，传动装置40或换挡操纵杆60。下面通过实施例的方式对这三种情况分别予以说明。但本发明并不限于这些特定的实施例。

如图3所示，一种实施例是所述换挡传感器50可以包括设置在每个传动装置40中的每个套筒42上的一个直线位移传感器52，用于根据该套筒42的直线位移计算出换挡操纵杆60的操作位置。根据套筒42的直线位移计算换挡操纵杆60的操作位置或者位移是容易实现的。

图5是表示根据套筒42的直线位移计算换挡操纵杆60的操作位置的模型图。

如图5所示，假设换档手柄BD可进行AD、CD两档位的变换。当换档手柄从中间位置BD挂到档位AD时，直线位移传感器52检测到位移值m_测(与套筒42的直线位移相等)，换挡操纵杆60移动弦长AB。利用空间模型，建立测量值m_测同弦长AB的关系。

计算后得到： $\mathrm{BE}=\sqrt{{(x_0-x_1)}^2+{(R-Y_1)}^2+{(Z_0-0)}^2}$

$\mathrm{AE}=\sqrt{{(x_0-R\sin \mathrm{\θ}-x_1)}^2+{(R\cos \mathrm{\θ}-Y_1)}^2+{(Z_0-0)}^2}$

利用角度θ换算m_测与弦长AB的关系：

$=\sqrt{{(x_0-R\sin \mathrm{\θ}-x_1)}^2+{(R\cos \mathrm{\θ}-Y_1)}^2+{(Z_0-0)}^2}-\sqrt{{(x_0-x_1)}^2+{(R-Y_1)}^2+{(Z_0-0)}^2}$

$\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}=R\sqrt{2\cos \mathrm{\θ}}$

以此建立了测量值m_测与换挡操纵杆60换档移动弦长AB的转换关系。同理，可建立选档方向上换挡操纵杆60移动的实际位移与直线位移传感器52的检测值的转换关系，然后则可以根据杠杆比换算出变速器拨叉的位移，即变速器的换档位移或者换挡位置。

再回到图3，所述换挡传感器50可以包括两个角位移传感器51，一个角位移传感器51设置在选挡电机10的输出轴11上，用于根据该输出轴11的角位移计算出换挡操纵杆60的选挡操作位置；另一个角位移传感器51设置在挂挡电机20的输出轴21上，用于根据该输出轴21的角位移计算出换挡操纵杆60的换挡操作位置。根据不同结构和尺寸的传动装置40，可以容易地在输出轴的角位移与换挡操纵杆60的操作位置之间建立联系。例如，对于图2所示的丝杠套筒式结构来说，通过丝杠上的螺距，可以非常方便地在丝杠的转动与套筒的直线移动之间联立关系，然后在通过图4所示的模型，即可最终建立电机输出轴的角位移与换挡操纵杆60的操作位置之间的联系，这对于本领域技术人员来说是熟知的。

另外，为了更加直接地得出换挡操纵杆60的位置信息，所述换挡传感器50可以包括设置在换挡操纵杆60上的位置传感器53，用于检测换挡操纵杆60的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置30。此外，根据需要，也可以将位置传感器53设置在与换挡操纵杆60相连的其它零件上，例如换挡拨叉、拨块等等。

控制装置30可以使用现有技术中常用的控制装置，通常可以使用一般的工业控制计算机，主要包括机构控制模块和数据采集模块，机构控制模块用于向选挡电机和换挡电机发送命令以控制它们的动作，数据采集模块用于采集来自换挡传感器的数据或信号，并进行相应的处理。

为了针对不同的传感器得到换挡操纵杆60的位置信号，本发明还可以使用处理器或者计算机***等执行相应的计算操作，当然，这些处理器或者计算机***通常也可以集成到控制装置30中或者直接由控制装置中的数据采集模块实现其功能，这对于本领域技术人员来说是容易想到和实现的，本发明不再赘述。

Claims (6)

1.一种用于变速器同步器台架试验台的换挡驱动***，其特征在于，该换挡驱动***包括选挡电机(10)，挂挡电机(20)，控制装置(30)，两个传动装置(40)和换挡传感器(50)，其中：

一个传动装置(40)连接在选挡电机(10)的输出轴(11)与换挡操纵杆(60)之间，用于将选挡电机(10)的输出轴(11)的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆(60)，以执行该换挡操纵杆(60)的选挡操作；

另一个传动装置(40)连接在挂挡电机(20)的输出轴(21)与换挡操纵杆(60)之间，用于将挂挡电机(20)的输出轴(21)的旋转运动转化为直线运动，并传递给变速器的换挡操纵杆(60)，以执行该换挡操纵杆(60)的挂挡操作；

换挡传感器(50)电连接到控制装置(30)，用于获取换挡操纵杆(60)的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置(30)；

控制装置(30)电连接到选挡电机(10)和挂挡电机(20)，并根据从换挡传感器(50)接收到的电信号，分别控制选挡电机(10)和挂挡电机(20)的工作状态。

2.根据权利要求1所述的换挡驱动***，其中，该换挡驱动***还包括两个减速机构(70)，一个减速机构(70)连接在选挡电机(10)的输出轴(11)与所述一个传动装置(40)之间，另一个减速机构(70)连接在挂挡电机(20)的输出轴(21)与所述另一个传动装置(40)之间。

3.根据权利要求1所述的换挡驱动***，其中，所述每个传动装置(40)包括丝杠(41)、套筒(42)和拉索(43)，丝杠(41)与选挡电机(10)的输出轴(11)或挂挡电机(20)的输出轴(12)连接，套筒(42)螺纹套接在丝杠(41)上，拉索(43)连接在套筒(42)与换挡操纵杆(60)之间。

4.根据权利要求3所述的换挡驱动***，其中，所述换挡传感器(50)包括设置在每个套筒(42)上的一个直线位移传感器(52)，用于根据该套筒(42)的直线位移计算出换挡操纵杆(60)的操作位置。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的换挡驱动***，其中，所述换挡传感器(50)包括两个角位移传感器(51)，一个角位移传感器(51)设置在选挡电机(10)的输出轴(11)上，用于根据该输出轴(11)的角位移计算出换挡操纵杆(60)的选挡操作位置；另一个角位移传感器(51)设置在挂挡电机(20)的输出轴(21)上，用于根据该输出轴(21)的角位移计算出换挡操纵杆(60)的换挡操作位置。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的换挡驱动***，其中，所述换挡传感器(50)包括设置在换挡操纵杆(60)上的位置传感器(53)，用于检测换挡操纵杆(60)的操作位置并将该操作位置的电信号发送给控制装置(30)。

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