专利名称：一种汽车换档系统性能测试装置及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车换档系统性能测试装置及使用该装置进行汽车换档系统的性能测试方法，属于汽车零部件检测技术领域。
背景技术：
汽车换档系统(包括换档器、拉索和变速箱)性能的好坏直接影响到汽车的使用安全性。中国专利CN200820217704.4公开了一种检测工作站，将汽车换档器总成固定在一个工作台板上，然后使用一个可以相对于汽车换档器本体前后、左右移动的夹爪夹持住换档器把手，电气控制系统控制夹爪前后、左右移动，模拟现实中的把手换档，从而得出在换档过程中产生的一系列数据，与设定的参数对比，以检测待测换档器总成是否具有缺陷。中国专利CN200520045396公开了一种类似的用于汽车换档器总成性能测试的试验台，包括一个工作台，工作台上固定安装一个安全框架，在其上悬吊安装一个XY方向的移动机构。上述的两种检测装置的特点在于夹爪需要能产生两个方向的移动，因此夹爪的控制结构和电气控制的驱动程序的设计较为复杂，制造成本较高。中国专利CN200910030633.6公开了一种汽车换档器总成性能检测工作站及其检测方法，所述汽车换档器总成性能检测工作站包括有第一驱动系统和第二驱动系统，以及用于固定换档器本体的测试板、用于夹持住换档器把手的夹爪，所述第一驱动系统驱动测试板和换档器本体绕第一轴线旋转，所述第二驱动系统驱动夹爪和换档器把手绕第二轴线旋转，所述第一轴线与第二轴线相互垂直。该发明技术通过使换档器本体和换档器把手都由单独的机构控制转动，具有结构简单，装配方便，成本大大降低等优点。但由于实际换档过程的运动轨迹是圆弧曲线，而采用直线电机或气缸作为换档器动力源，只能实现直线运动，因此，上述技术的共同缺陷均是不能精确模拟换档的曲线运动，测量误差大，而且现有技术只能进行换档力的测试，不能进行制造误差(如间隙)的测试，致使现有的汽车换档系统的性能测试技术仍然存在不足之处，不能完全排除制造误差产生的安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题和缺陷，本发明的目的是提供一种汽车换档系统性能测试装置及使用该装置进行汽车换档系统的性能测试方法，实现精确模拟实际换档的圆弧运动轨迹，不仅可对换档系统(包括换档器、拉索和变速箱)的动态工作过程进行测量，还可对换档器或拉索单独进行测量，且测量参数不仅包括换档力，还包括换档器间隙、换档效率、换档柔顺性、手球弹性变形和换档器弹性变形，以完全排除换档系统的制造误差产生的安全隐患。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:一种汽车换档系统性能测试装置，包括工作台和固定在工作台上的待测换档系统，其特征在于:还包括一个六轴工 业机器人，所述六轴工业机器人连接有力传感器、位移传感器和控制单元；所述控制单元与测试单元双向连接；所述力传感器还与夹具连接，所述夹具嵌套在待测换档系统的测量球头外。所述的待测换档系统包括换档器、拉索或换档器与拉索的组合或换档器与拉索、变速箱的组合。所述的测量球头为待测换档器手柄球头或待测拉索球头。所述的力传感器为单轴力传感器。所述的位移传感器为拉线位移传感器或/和光栅位移传感器。所述的测试单元为工控机。所述的工控机上设有数据采集单元。所述的工控机上还设有显示单元。使用所述的测试装置进行汽车换档系统的性能测试方法，包括如下步骤:I)将待测换档系统固定在工作台上，将力传感器、位移传感器与六轴工业机器人相连接，并将与力传感器连接的夹具正确嵌套在测量球头上；2)测试单元根据整车坐标系与用户坐标系之间的位置关系将待测换档系统在整车坐标系中的位置通过坐标值精确转换到用户坐标系中；3)控制单元根据测试单元转换的用户坐标系值及待测参数的测试条件，对机器人进行动作示教；4)实时测量换档力和/或位移，与设计标准进行比对，即可得知待测换档系统的各性能参数结果是否符合所要求的标准。与现有技术相比，本发明通过采用六轴工业机器人为动力源，可实现在运动过程中施力方向始终与换档器手柄相垂直，能精确模拟换档器工作的曲线运动过程，避免了直线运动产生的测量误差(最高可达20% )，可适用于各类汽车手动和自动换档器的操作。而且针对不同的换档器，只须在测试前更换相应的夹具即可，使用简单、成本低。另外，由于机器人编程的灵活性，可以方便的实现不同坐标系的变换，有效避免制造误差或积木式系统搭建中定位及姿态误差的影响。本发明不仅可对换档系统的动态工作过程进行测量，还可对换档器或拉索单独进行测量，且测量参数不仅包括换档力，还包括换档器间隙、换档效率、换档柔顺性、手球弹性变形和换档器弹性变形，及测量方法简单易行，可以完全排除换档系统的制造误差产生的安全隐患，应用范围广，适应性强。
图1是本发明提供的一种汽车换档系统性能测试装置的结构示意图；图2是使用本发明提供的测试装置测试换档器的换档力时的结构示意图；图3是使用本发明提供的测试装置测试换档器各档位间隙及前后行程柔顺性时的结构不意图；图4是使用本发明提供的测试装置测试拉索无负荷摩擦力时的结构示意图；图5是使用本发明提供的测试装置测试拉索间隙时的结构示意图；图6是使用本发明提供的测试装置测试换档器与拉索的组合系统的换档力时的结构示意图；图7是使用本发明提供的测试装置测试换档器与拉索的组合系统的各档位间隙时的结构示意图；图8是使用本发明提供的测试装置测试换档器与拉索、变速箱的组合系统的换档力时的结构不意图；图9是使用本发明提供的测试装置测试换档器弹性变形时的结构示意图。图中:1、六轴工业机器人；2、力传感器；3、位移传感器；4、控制单元；5、测试单元；
6、夹具；7、测量球头；8、换档器手柄球头；9、换档器；10、工作台；11、拉索球头；12、拉索固定件；13、拉索；14、固定卡片；15、固定卡头；16、固定件；17、变速箱；18、位移传感器；19、回转中心；20、换档器壳体。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示:本发明提供的一种汽车换档系统性能测试装置，包括一个六轴工业机器人1，所述六轴工业机器人I连接有力传感器2、位移传感器3和控制单元4 ;所述控制单元4与测试单元5双向连接；所述力传感器2还与夹具6连接，所述夹具6嵌套在待测换档系统的测量球头7外。所述的待测换档系统包括换档器、拉索或换档器与拉索的组合或换档器与拉索、变速箱的组合。所述的测量球头7为待测换档器手柄球头8或待测拉索球头11。所述的力传感器2为单轴力传感器。所述的位移传感器3为拉线位移传感器或/和光栅位移传感器。所述的测试单元5为工控机，所述的工控机上还设有数据采集单元和显示单元(图中未示出)。实施例1使用本发明提供的测试装置测试换档器的换档力(测试结构示意图如图2所示)的步骤如下:I)将待测换档器9固定在工作台10上，将单轴力传感器(50N，分辨率为0.1N) 2、拉线位移传感器(500mm，分辨率为0.0lmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上；2)测试单元5根据待测换档器9的RPS点，计算出在各档位点时手球受力点(POF)的整车坐标系轨�：透鞯滴坏阕曛担俑菡底晗涤胗没ё晗档奈恢霉叵到鞯滴辉谡底晗抵械淖曛稻纷坏接没ё晗抵械淖曛担�3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6推拉换档器手柄球头8，使换档器9进行Pl — P2 — P3及P3 — P2 — Pl的圆弧运动；其中=Pl为运动到P挡的理论位置，P2为运动到PR挡之间的任何一个位置，P3为运动到R挡的理论位置；4)在换档器运行中实时测量换档力与位移，即可得到换档力与位移的关系曲线，与设计标准进行比对，即可得知待测换档器的换档力是否符合所要求的标准。实施例2使用本发明提供的测试装置测试换档器各档位间隙(测试结构示意图如图3所示)的步骤如下:I)将待测换档器9固定在工作台10上，将单轴力传感器(50N，分辨率为0.1N) 2、光栅位移传感器(100_，分辨率为0.0Olmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上，及将换档器9的卡锁柱塞解除，并使用拉索固定件12将拉索球头11固定；2)测试单元5根据待测换档器9的RPS点，计算出换档器9在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将换档器9在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6对换档器9在R挡前后施加+/-8N的力；在P挡与D挡左右施加+/-8N的力；4)在施力过程中实时测量各档位位移，即可得知待测换档器各档位间隙是否符合所要求的标准。实施例3使用本发明提供的测试装置测试换档器前后行程柔顺性(测试结构示意图如图3所示)的步骤如下:I)将待测换档器9固定在工作台10上，将单轴力传感器(400N，分辨率为0.1N) 2、光栅位移传感器(100_，分辨率为0.0Olmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上，及将换档器9的卡锁柱塞解除，并使用拉索固定件12将拉索球头11固定；2)测试单元5根据待测换档器9的RPS点，计算出换档器9在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将换档器9在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6将换档杆置于R挡，并对换档杆沿前后方向施加+/-100N的力；4)在连续施力过程中实时测量总位移，即可得知待测换档器的前后行程柔顺性是否符合所要求的标准。实施例4使用本发明提供的测试装置测试拉索在不加负载时的摩擦力(测试结构示意图如图4所示)的步骤如下:I)将待测拉索13通过2组固定卡片14固定在工作台10上，将单轴力传感器(50N，分辨率为0.1N) 2、拉线位移传感器(500mm，分辨率为0.0lmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在拉索球头11上；2)测试单元5根据待测拉索13的RPS点，计算出拉索13在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将拉索13在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6推拉拉索球头11 ；4)在拉索运行中实时测量拉索不加负载时的摩擦力与位移，即可得到拉索内部摩擦力与位移的关系曲线及平均值，与设计标准进行比对，即可得知待测拉索13在无负荷时的摩擦力是否符合所要求的标准。实施例5使用本发明提供的测试装置测试拉索间隙(测试结构示意图如图5所示)的步骤如下:I)将待测拉索13通过2组固定卡片14固定在工作台10上，将单轴力传感器(400N，分辨率为0.1N) 2、光栅位移传感器(100mm，分辨率为0.0Olmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在拉索球头11上，并使用固定卡头15对固定卡片14进行固定；2)测试单元5根据待测拉索13的RPS点，计算出拉索13在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将拉索13在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6以12.5mm/s的速度在拉索输入端分别施加+/-17.8N和+/-67N的交互力；4)在施力过程中实时测量拉索的位移，即可得知待测拉索13的间隙是否符合所要求的标准。实施例6使用本发明提供的测试装置测试换档器与拉索的组合系统的换档力(测试结构示意图如图6所示)的步骤如下:I)将待测换档器9、拉索13固定在工作台10上，将单轴力传感器(50N，分辨率为
0.1N) 2、拉线位移传感器(500mm，分辨率为0.0lmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上；2)测试单元5根据待测换档器9及拉索13的RPS点，计算出在各档位点时手球受力点(POF)及拉索13在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将各档位及拉索13在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6推拉换档器手柄球头8，使换档器9进行Pl — P2 — P3及P3 — P2 — Pl的圆弧运动；其中=Pl为运动到P挡的理论位置，P2为运动到PR挡之间的任何一个位置，P3为运动到R挡的理论位置；4)在换档器运行中实时测量换档力与位移，即可得到换档力与位移的关系曲线，与设计标准进行比对，即可得知待测换档器与拉索的组合系统的换档力是否符合所要求的标准。实施例7使用本发明提供的测试装置测试换档器与拉索的组合系统的各档位间隙(测试结构示意图如图7所示)的步骤如下:I)将待测换档器9、拉索13固定在工作台10上，将单轴力传感器(50N，分辨率为
0.1N) 2、光栅位移传感器(100mm，分辨率为0.0Olmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上，及将换档器9的卡锁柱塞解除，并使用固定件16对固定卡片14进行固定；2)测试单元5根据待测换档器9及拉索13的RPS点，计算出换档器9及拉索13在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将换档器9及拉索13在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6对换档器9在R挡前后施加+/-8N的力；在P挡与D挡左右施加+/-8N的力；4)在施力过程中实时测量各档位位移，即可得知待测换档器与拉索的组合系统的各档位间隙是否符合所要求的标准。实施例8使用本发明提供的测试装置测试换档器与拉索、变速箱的组合系统的换档力(测试结构示意图如图8所示)的步骤如下:I)将待测换档器9、拉索13、变速箱17固定在工作台10上，将单轴力传感器(400N，分辨率为0.1N) 2、拉线位移传感器(500mm，分辨率为0.0lmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上，及使变速箱17也连接一个拉线位移传感器(500_，分辨率为0.01_)；2)测试单元5根据待测换档器9、拉索13及变速箱17的RPS点，计算出在各档位点时手球受力点(POF)及拉索13、变速箱17在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将各档位及拉索13、变速箱17在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6推拉换档器手柄球头8，使换档器9进行Pl — P2 — P3及P3 — P2 — Pl的圆弧运动；其中=Pl为运动到P挡的理论位置，P2为运动到PR挡之间的任何一个位置，P3为运动到R挡的理论位置；4)在换档器运行中实时测量换档力与位移，即可得到换档力与位移的关系曲线，与设计标准进行比对，即可得知待测换档器与拉索、变速箱的组合系统的换档力是否符合所要求的标准。实施例9使用本发明提供的测试装置测试换档器弹性变形量(测试结构示意图如图9所示)的步骤如下:I)将待测换档器9固定在工作台10上，将单轴力传感器(400N，分辨率为0.1N) 2、光栅位移传感器(100_，分辨率为0.0Olmm) 3与六轴工业机器人I相连接，并将与力传感器2连接的夹具6正确嵌套在换档器手柄球头8上；2)测试单元5根据待测换档器9的RPS点，计算出换档器9在整车坐标系中的坐标值，再根据整车坐标系与用户坐标系的位置关系将换档器9在整车坐标系中的坐标值精确转换到用户坐标系中的坐标值；3)控制单元4根据测试单元转换的用户坐标系值，对机器人进行动作示教:使机器人I通过夹具6在换档器换档和选挡方向上分别施加+/-18.5N和+/-222N的力；4)在施力过程中实时测量位移，绝对值之和即为换档器弹性变形量。
使用本发明的测试装置还可测试换档器的档位柔顺性、工作效率、手球弹性变形等参数，不仅可对换档系统的动态工作过程进行测量，还可对换档器或拉索单独进行测量，且测量参数全面。另外，本发明通过将换档系统在整车坐标系中的位置精确转换到用户坐标系中，进行精确定位，有效避免了制造误差或积木式系统搭建中定位及姿态误差的影响，保证了测量精度，且测试参数全面，适应性强。最后有必要在此指出的是:以上内容只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种汽车换档系统性能测试装置，包括工作台和固定在工作台上的待测换档系统，其特征在于:还包括一个六轴工业机器人，所述六轴工业机器人连接有力传感器、位移传感器和控制单元；所述控制单元与测试单元双向连接；所述力传感器还与夹具连接，所述夹具嵌套在待测换档系统的测量球头外。
2.根据权利要求1所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的待测换档系统包括换档器、拉索或换档器与拉索的组合或换档器与拉索、变速箱的组合。
3.根据权利要求1所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的测量球头为待测换档器手柄球头或待测拉索球头。
4.根据权利要求1所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的力传感器为单轴力传感器。
5.根据权利要求1所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的位移传感器为拉线位移传感器或/和光栅位移传感器。
6.根据权利要求1所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的测试单元为工控机。
7.根据权利要求6所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的工控机上设有数据采集单元。
8.根据权利要求7所述的汽车换档系统性能测试装置，其特征在于:所述的工控机上还设有显示单元。
9.一种使用权利要求1所述的测试装置进行汽车换档系统的性能测试方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)将待测换档系统固定在工作台上，将力传感器、位移传感器与六轴工业机器人相连接，并将与力传感器连接的夹具正确嵌套在测量球头上； 2)测试单元根据整车坐标系与用户坐标系之间的位置关系将待测换档系统在整车坐标系中的位置通过坐标值精确转换到用户坐标系中； 3)控制单元根据测试单元转换的用户坐标系值及待测参数的测试条件，对机器人进行动作示教； 4)实时测量换档力和/或位移，与设计标准进行比对，即可得知待测换档系统的各性能参数结果是否符合所要求的标准。
全文摘要
本发明公开了一种汽车换档系统性能测试装置及测试方法，所述装置包括工作台和固定在工作台上的待测换档系统，其特征在于还包括一个六轴工业机器人，所述六轴工业机器人连接有力传感器、位移传感器和控制单元；所述控制单元与测试单元双向连接；所述力传感器还与夹具连接，所述夹具嵌套在待测换档系统的测量球头外。本发明的测试装置可精确模拟换档器工作的曲线运动过程，避免了直线运动产生的测量误差，而且制造成本低，应用范围广。另外，本发明通过将换档系统在整车坐标系中的位置精确转换到用户坐标系中，进行精确定位，有效避免了制造误差或积木式系统搭建中定位及姿态误差的影响，保证了测量精度，且测试参数全面，适应性强。
文档编号G01M13/02GK103217285SQ20121001916
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者朱沂, 俞皆健, 巴军, 曹勇 申请人:上海崧杰自动化系统有限公司
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