(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106289764 A(43)申请公布日 2017.01.04
(21)申请号 201610702020.2(22)申请日 2016.08.22
(71)申请人 北京理工大学
地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5
号(72)发明人 汪首坤 王军政 赵江波 沈伟
李静 马立玲 李金仓 郭非 (51)Int.Cl.
G01M 13/02(2006.01)
权利要求书2页 说明书4页 附图1页
(54)发明名称
一种通用型换挡手柄的自动换挡试验装置(57)摘要
本发明涉及一种通用型换挡手柄的自动换挡试验装置，属于汽车技术、机械电子工程和机器人领域。包括换挡手柄、横向电动缸、纵向电动缸、电气控制系统、横向力传感器、纵向力传感器、横向缸支座、纵向缸支座、换挡手柄支座以及自动解锁机构；本发明主要应用于通用型换挡手柄的自动换挡试验，具有横向、纵向和解锁三个控制自由度，机构结构简单可靠，档位控制精度高，适用范围广。
CN 106289764 ACN 106289764 A
权 利 要 求 书
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1.一种通用型自动换挡试验装置，其特征在于：包括换挡手柄(1)、横向电动缸(2)、纵向电动缸(3)、电气控制系统(11)、横向力传感器(12)、纵向力传感器(13)、横向缸支座(14)、纵向缸支座(15)、换挡手柄支座(6)动解锁机构；
换挡手柄(1)安装固定在换挡手柄支座(16)上，自动解锁机构的紧固件(4)固定连接在换挡手柄(1)上；在自动解锁机构的一个侧壁上通过球角机构连接固定横向力传感器(12)，另一侧壁上通过球角机构固定连接纵向力传感器(13)，要求横向力传感器(12)和纵向力传感器(13)位于同一水平面上；横向电动缸(2)的底座通过耳轴机构安装在横向缸支座(14)上，推杆端连接了横向力传感器(12)的一端；纵向电动缸(3)的底座通过耳轴机构安装在纵向缸支座(15)上，推杆端连接了纵向力传感器(13)的一端；电气控制系统(11)通过电缆线与横向电动缸(2)、纵向电动缸(3)、电磁铁(5)、横向力传感器(12)、纵向力传感器(13)的电控插头连接，用于控制整个试验装置进行工作。
2.如权利要求1所述的一种通用型自动换挡试验装置，其特征在于：所述自动解锁机构由紧固件(4)、电磁铁(5)、杠杆机构(6)、支座(7)、弹簧(8)、手柄(9)和解锁按钮(10)构成；紧固件(4)为底端开口且顶端封闭的中空长方体；在紧固件(4)面积最大的一个侧壁上开有通孔，手柄(9)以及解锁按钮(10)穿过通孔露出；紧固件(4)面积最大的另一个侧壁上固定有电磁铁(5)；紧固件(4)顶端对称分布有两个支座(7)，两个支座(7)之间的距离与杠杆机构(6)的宽度相同；杠杆机构(6)的中心与支座(7)连接，可绕支座(7)的转轴转动，杠杆机构(6)的一端为钩子形状，钩在手柄(9)上的解锁按钮(10)上，另一端与电磁铁(5)的拉杆端连接；弹簧(8)的一端连接在杠杆机构(6)的钩子端，另一端连接在支座(7)上。
3.如权利要求2所述的一种通用型自动换挡试验装置，其特征在于：在所述自动解锁机构的紧固件(4)两个面积最大的侧壁之间的一个侧壁上通过球角机构连接固定横向力传感器(12)，开有通孔的侧壁上通过球角机构固定连接纵向力传感器(13)。
4.如权利要求1或2或3所述的一种通用型自动换挡试验装置，其特征在于：实验方法如下：
步骤一、安装与固定：将需要进行试验的新换挡手柄(1)固定在换挡手柄支座(16)上，并将紧固件(4)安装于手柄顶端；
步骤二、通过手动控制该试验装置对换挡手柄(1)的档位进行识别与存储：手动拉动换挡手柄(1)到一个固定档位，移动紧固件(4)使换挡手柄(1)切换到指定的下一档位停留若干秒，此时电气控制系统(11)将对此档位的位置进行识别与存储；依次将此动作在每个档位进行重复以完成该装置对换档手柄(1)所有档位位置的识别与存储；
步骤三、试验参数设置：自动换挡试验开始前，可以通过控制计算机软件交互界面设置所需要的试验次数和试验模式(即档位转换的顺序以及在每个档位停留的时间，可设置多种不同的试验模式进行存储，方便随时调用及切换)；
步骤四、自动解锁操作：通过控制电磁铁(5)的通电状态，实现解锁按钮(10)的按下操作，解除在每一次换挡之前对换挡手柄(1)的锁定；当电磁铁(5)通电后，杠杆机构(6)与电磁铁(5)连接的拉杆在电磁吸力作用下缩回，带动杠杆机构(6)的钩子端产生一个提拉力，使解锁按钮(10)被按下，弹簧(8)被拉长，换挡手柄(1)处于解锁状态；
步骤五、自动换挡试验的档位切换：所述横向电动缸(2)和纵向电动缸(3)构成两自由度并联机构，驱动换挡手柄(1)在横向和纵向两个方向上的快速精确运动；横向力传感器
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(12)和纵向力传感器(13)实时检测作用在换挡手柄(1)上驱动力的大小，构成了力反馈控制闭环，通过力限控制，保护换挡手柄(1)、横向电动缸(2)和纵向电动缸(3)；
步骤六、自动锁定操作：当换挡手柄(1)移动到指定的档位时，通过控制电磁铁(5)的断电状态，实现解锁按钮(10)的松开操作，完成换挡手柄(1)换档之后的锁定操作；当电磁铁(5)断电后，拉杆受到的电磁吸力消失，处于自由状态，杠杆机构(6)的钩子端在弹簧(8)的拉力作用下复位，使解锁按钮(10)被松开，换挡手柄(1)处于锁定状态；
步骤七、连续的自动换挡：在自动换挡试验中，电气控制系统(11)采集横向电动缸(2)和纵向电动缸(3)的内置编码器和力传感器信号，构成位置闭环和力闭环，控制横向电动缸(2)和纵向电动缸(3)按照设定规律运动，使换挡手柄(1)在不同的档位之间移动与切换；换挡试验的每一次档位变换包括步骤四、步骤五和步骤六的操作，按照步骤三所设置的换挡顺序及试验次数重复进行，直到试验结束。
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一种通用型换挡手柄的自动换挡试验装置
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技术领域
[0001]本发明涉及一种通用型换挡手柄的自动换挡试验装置，属于汽车技术、机械电子工程和机器人领域。
背景技术
[0002]换挡手柄用于实现手动/自动变速箱的档位控制，其工作原理是依靠人力操纵换挡手柄完成解锁和档位切换，并发送电信号或机械信号给变速箱体上的换挡机构，从而实现换挡操作过程。通用型换挡手柄一般具有解锁、横向移动和纵向移动三个控制自由度，其中解锁按钮用于防止误操作，操作者需要按下解锁按钮后才能进行换挡操作，否则换挡手柄处于锁定状态，无法进行换挡。
[0003]疲劳试验和性能试验是保证换挡手柄可靠性的重要试验内容，自动换挡试验装置是完成换挡手柄疲劳试验和性能试验的重要试验设备，它大大简化了试验过程，提高了试验自动化水平和测试效率。本发明率先结合自动控制技术、传感器技术和双电动缸并联结构，结合所设计的一种自动解锁机构，通过实验装置对不同换挡手柄档位的识别与存储过程，灵活设置具体针对性的试验方案，实现了通用型换挡手柄的自动换挡试验。发明内容
[0004]本发明提供了一种通用型换挡手柄的自动换挡试验装置，实现了档位的全自动高效率操作过程，从而完成了通用型换挡手柄的全自动换挡试验。[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的。[0006]一种通用型换挡手柄的自动换挡试验装置，包括换挡手柄1、横向电动缸2、纵向电动缸3、电气控制系统11、横向力传感器12、纵向力传感器13、横向缸支座14、纵向缸支座15、换挡手柄支座16以及自动解锁机构；[0007]所述自动解锁机构由紧固件4、电磁铁5、杠杆机构6、支座7、弹簧8、手柄9和解锁按钮10构成。紧固件4为底端开口且顶端封闭的中空长方体；在紧固件4面积最大的一个侧壁上开有通孔，手柄9以及解锁按钮10穿过通孔露出；紧固件4面积最大的另一个侧壁上固定有电磁铁5；紧固件4顶端对称分布有两个支座7，两个支座7之间的距离与杠杆机构6的宽度相同；杠杆机构6的中心与支座7连接，可绕支座7的转轴转动，杠杆机构6的一端为钩子形状，钩在手柄9上的解锁按钮10上，另一端与电磁铁5的拉杆端连接；弹簧8的一端连接在杠杆机构6的钩子端，另一端连接在支座7上；
[0008]换挡手柄1安装固定在换挡手柄支座16上，自动解锁机构的紧固件4固定连接在换挡手柄1上；在紧固件4两个面积最大的侧壁之间的一个侧壁上通过球角机构连接固定横向力传感器12，开有通孔的侧壁上通过球角机构固定连接纵向力传感器13，要求横向力传感器12和纵向力传感器13位于同一水平面上；横向电动缸2的底座通过耳轴机构安装在横向缸支座14上，推杆端连接了横向力传感器12的一端；纵向电动缸3的底座通过耳轴机构安装在纵向缸支座15上，推杆端连接了纵向力传感器13的一端；电气控制系统11通过电缆线与
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横向电动缸2、纵向电动缸3、电磁铁5、横向力传感器12、纵向力传感器13的电控插头连接，用于控制整个试验装置进行工作。[0009]具体工作步骤：[0010]步骤一、安装与固定：将需要进行试验的新换挡手柄1固定在换挡手柄支座16上，并将紧固件4安装于手柄顶端；[0011]步骤二、通过手动控制该试验装置对换挡手柄1的档位进行识别与存储：手动拉动换挡手柄1到一个固定档位，移动紧固件4使换挡手柄1切换到指定的下一档位停留若干秒，此时电气控制系统11将对此档位的位置进行识别与存储；依次将此动作在每个档位进行重复以完成该装置对换档手柄1所有档位位置的识别与存储；[0012]步骤三、试验参数设置：自动换挡试验开始前，可以通过控制计算机软件交互界面设置所需要的试验次数和试验模式(即档位转换的顺序以及在每个档位停留的时间，可设置多种不同的试验模式进行存储，方便随时调用及切换)；[0013]步骤四、自动解锁操作：通过控制电磁铁5的通电状态，实现解锁按钮10的按下操作，解除在每一次换挡之前对换挡手柄1的锁定；当电磁铁5通电后，杠杆机构6与电磁铁5连接的拉杆在电磁吸力作用下缩回，带动杠杆机构6的钩子端产生一个提拉力，使解锁按钮10被按下，弹簧8被拉长，换挡手柄1处于解锁状态；[0014]步骤五、自动换挡试验的档位切换：所述横向电动缸2和纵向电动缸3构成两自由度并联机构，驱动换挡手柄1在横向和纵向两个方向上的快速精确运动；横向力传感器12和纵向力传感器13实时检测作用在换挡手柄1上驱动力的大小，构成了力反馈控制闭环，通过力限控制，保护换挡手柄1、横向电动缸2和纵向电动缸3；[0015]步骤六、自动锁定操作：当换挡手柄1移动到指定的档位时，通过控制电磁铁5的断电状态，实现解锁按钮10的松开操作，完成换挡手柄1换档之后的锁定操作；当电磁铁5断电后，拉杆受到的电磁吸力消失，处于自由状态，杠杆机构6的钩子端在弹簧8的拉力作用下复位，使解锁按钮10被松开，换挡手柄1处于锁定状态；[0016]步骤七、连续的自动换挡：在自动换挡试验中，电气控制系统11采集横向电动缸2和纵向电动缸3的内置编码器和力传感器信号，构成位置闭环和力闭环，控制横向电动缸2和纵向电动缸3按照设定规律运动，使换挡手柄1在不同的档位之间移动与切换；换挡试验的每一次档位变换包括步骤四、步骤五和步骤六的操作，按照步骤三所设置的换挡顺序及试验次数重复进行，直到试验结束。[0017]有益效果[0018]1、本发明主要应用于通用型换挡手柄的自动换挡试验，具有横向、纵向和解锁三个控制自由度，机构结构简单可靠，档位控制精度高，适用范围广。[0019]2、本发明的自动解锁机构妥善完成了换挡试验的解锁与锁定操作，结构紧凑小巧，控制简单可靠；具有力反馈功能，能够实现力限控制，有效地保护了试验装置。附图说明
[0020]图1为本发明的结构示意图；[0021]图2为图1一部分的放大示意图；
[0022]图3为实施例1的已知待测手柄档位示意图。
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其中，1—换挡手柄、2—横向电动缸、3—纵向电动缸、4—紧固件、5—电磁铁、6—
杠杆机构、7—支座、8—弹簧、9—手柄、10—解锁按钮、11—电气控制系统、12—横向力传感器、13—纵向力传感器、14—横向缸支座、15—纵向缸支座、16—换挡手柄支座。
具体实施方式
[0024]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。[0025]实施例1
[0026]已知某型汽车的换挡手柄为待测换挡手柄，其档位分布图如图3所示，纵向档位从上到下依次为P档、R档、N档、D档和S档，横向档位为+档、-档，其中+档与-档之间可以互相切换，也可以D档与+档之间、D档与-档之间互相切换。该待测换挡手柄每次进行档位切换之前必须按下解锁按钮10之后才可以改变档位位置，松开解锁按钮10之后才可以使换挡手柄1固定在此时所在档位。
[0027]该通用型换挡手柄的自动换挡试验装置如图2所示，包括待测换挡手柄1、横向电动缸2、纵向电动缸3、电气控制系统11、横向力传感器12、纵向力传感器13、横向缸支座14、纵向缸支座15、换挡手柄支座16以及自动解锁机构；[0028]所述自动解锁机构如图3所示，由紧固件4、电磁铁5、杠杆机构6、支座7、弹簧8、手柄9和解锁按钮10构成。紧固件4为底端开口且顶端封闭的中空长方体；在紧固件4面积最大的一个侧壁上开有通孔，手柄9以及解锁按钮10穿过通孔露出；紧固件4面积最大的另一个侧壁上固定有电磁铁5；紧固件4顶端对称分布有两个支座7，两个支座7之间的距离与杠杆机构6的宽度相同；杠杆机构6的中心与支座7连接，可绕支座7的转轴转动，杠杆机构6的一端为钩子形状，钩在手柄9上的解锁按钮10上，另一端与电磁铁5的拉杆端连接；弹簧8的一端连接在杠杆机构6的钩子端，另一端连接在支座7上；[0029]换挡手柄1安装固定在换挡手柄支座16上，自动解锁机构的紧固件4固定连接在换挡手柄1上；在紧固件4两个面积最大的侧壁之间的一个侧壁上通过球角机构连接固定横向力传感器12，开有通孔的侧壁上通过球角机构固定连接纵向力传感器13，要求横向力传感器12和纵向力传感器13位于同一水平面上；横向电动缸2的底座通过耳轴机构安装在横向缸支座14上，推杆端连接了横向力传感器12的一端；纵向电动缸3的底座通过耳轴机构安装在纵向缸支座15上，推杆端连接了纵向力传感器13的一端；电气控制系统11通过电缆线与横向电动缸2、纵向电动缸3、电磁铁5、横向力传感器12、纵向力传感器13的电控插头连接，用于控制整个试验装置进行工作。[0030]具体工作步骤：[0031]步骤一、安装与固定：将需要进行试验的新换挡手柄1固定在换挡手柄支座16上，并将紧固件4安装于手柄顶端；[0032]步骤二、通过手动控制该试验装置对换挡手柄1的档位进行识别与存储：手动拉动换挡手柄1到P档，停留3～5秒后，移动紧固件4使换挡手柄1依次移动至R档、N档、D档，横向移动至+档，再纵向移动至-档，最后回到N档，且在每个档位停留3～5秒，此时电气控制系统11将对P档～-档的档位位置分别进行识别与存储；[0033]步骤三、试验参数设置：自动换挡试验开始前，可以通过控制计算机软件交互界面设置所需要的试验次数和试验模式(即档位转换的顺序以及在每个档位停留的时间，可设
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置多种不同的试验模式进行存储，方便随时调用及切换)；本次试验设置的试验顺序为：N档——D档——+档——-档——+档——-档——R档——P档，在每一档位停留的时间为2s，试验次数为1000次，并将本次试验顺序的模式存储为试验模式1；[0034]步骤四、自动解锁操作：换挡手柄1从N档开始移动，首先通过控制电磁铁5的通电状态，实现解锁按钮10的按下操作，解除在每一次换挡之前对换挡手柄1的锁定；当电磁铁5通电后，杠杆机构6与电磁铁5连接的拉杆在电磁吸力作用下缩回，带动杠杆机构6的钩子端产生一个提拉力，使解锁按钮10被按下，弹簧8被拉长，换挡手柄1处于解锁状态；[0035]步骤五、自动换挡试验的档位切换：所述横向电动缸2和纵向电动缸3构成两自由度并联机构，驱动换挡手柄1在横向和纵向两个方向上的快速精确运动；横向力传感器12和纵向力传感器13实时检测作用在换挡手柄1上驱动力的大小，构成了力反馈控制闭环，通过力限控制，保护换挡手柄1、横向电动缸2和纵向电动缸3；换挡手柄1被安全移动到指定的下一档位D档；
[0036]步骤六、自动锁定操作：当换挡手柄1移动到指定的档位D档时，停留2s后，通过控制电磁铁5的断电状态，实现解锁按钮10的松开操作，完成换挡手柄1换档之后的锁定操作；当电磁铁5断电后，拉杆受到的电磁吸力消失，处于自由状态，杠杆机构6的钩子端在弹簧8的拉力作用下复位，使解锁按钮10被松开，换挡手柄1被锁定在D档；[0037]步骤七、连续的自动换挡：在自动换挡试验中，电气控制系统11采集横向电动缸2和纵向电动缸3的内置编码器和力传感器信号，构成位置闭环和力闭环，控制横向电动缸2和纵向电动缸3按照设定规律运动，使换挡手柄1在不同的档位之间移动与切换；换挡试验的每一次档位变换包括步骤四、步骤五和步骤六的操作，按照步骤三所设置的换挡顺序及试验次数重复进行，直到试验结束。[0038]本发明具有横向、纵向和解锁三个控制自由度，机构结构简单可靠，档位控制精度高，适用范围广；自动解锁机构妥善完成了档位位置切换前后的解锁与锁定操作，结构紧凑小巧，控制简单可靠；具有力反馈功能，能够实现力限控制，有效地保护了试验装置。
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