自動變速器試驗臺加載測力裝置標定誤差研究

黃才貴，張更娥

（南寧學院，廣西 南寧 530200）

引言

拉壓傳感是自動變速器加載測量裝置的重要組件，其性能的好壞直接影響到該裝置所采集數據的精度以及準確度，因此在使用該裝置進行加載測量變速器輸出扭矩之前，需要對該裝置進行標定工作。在標定裝置中標定桿、砝碼托盤等組件；若標定大量程傳感器，則需要適當加長標定桿的長度；在以往的標定系統中，會忽略掉由標定桿的微量變形而引起的標定誤差。鑒于此，在新的標定系統中，加入“平衡桿”這一新的組件，能很好的改善因標定桿微量變形引起的誤差；并基于 LabVIEW虛擬儀器編制相關標定程序。這一新的標定思路和標定系統能很好的提高標定精度和準確度。

1 自動變速器試驗臺加載裝測力裝置標定原理及方法

在變速器的換檔試驗時，將變速桿至于不同的檔位，通過加載模擬道路行駛工況，觀察變速桿謂之與各檔位車速的變化情況，其目的是來區別故障時存在于機械系統或液壓系統，以減小故障的檢測范圍[1]。

自動變速器加載裝測力裝置是基于力矩測量方法設計，測力裝置結構如圖1所示，工作原理如圖2所示。因為傳感器本身具有靈敏度高的特點，因此，在試驗臺架中，傳感器的應用讓自動變速器的試驗檢測工作更為方便、可行，準確度更高。當變速器檔位發生變化時，加載裝置中的壓力傳感器能夠快速的檢測到壓力的變化，然后通過連接傳感器的數據采集卡以及相應的信號分析裝置變可以得到換擋時刻的實時壓力值和響應時間。

圖2 測力裝置原理圖

如圖3所示的傳感器標定系統[2]， 將拉壓傳感器4安裝在測功機3的右端；另外，在測功機3的左端為標定桿2以及砝碼托盤 1。在標定時，按照已經設定、計算好的步驟，在托盤1上進行加載（正行程）和卸載（反行程）一定的砝碼，并根據研究需要，通過移動托盤 1的位置來調節的 L2長度；同時測量傳感器4輸出的電壓值U或利用已經編制好的 LabVIEW 程序進行信號采集與分析，并通過相關公式[3]最終得到相應的傳感器非線性度ζL和靈敏度S等參數。

圖3 測力傳感器標定示意圖

2 加載測力標定系統誤差分析

針對拉壓傳感器的標定，盡管上述標定系統能完成一定的標定工作并得到相應的參數。但是，壓力值以及響應時間的精確度卻與傳感器使用之前所做的傳感器標定有很大關系。由于傳感器靈敏度越高，穩定性越差。若標定系統設計合理，那么我們便可以得到更為精確地傳感器非線性度；反之，若標定系統的設計存在一定缺陷，那么傳感器的系統誤差很大。變速器試驗臺所選發動機功率都很大。例如此次研究所選發動機型號為豐田皇冠（3.0）的2JZ-GE直列六缸發動機，相應的變速器為豐田皇冠（3.0）A340E自動變速器。此次研究設計選用的傳感器型號為TJL-1s型壓力傳感器（其額定載荷為1000kt、非線性度為2%）。那么，根據相關國標規定的“滿量程標定”這一原則，標定過程中標定桿會產生微量彈性變形，相對于水平位置產生角度θ，如圖4所示；那么此時用LabVIEW程序采集信號并進行分析如圖5所示。即使我們經過曲線的二次擬合，仍然不會避免誤差的產生，進而導致變速器實驗數據失真。下面我們就分析這一變形所帶來的誤差影響。

圖4 加載測力裝置原理圖

圖5 加載測力裝置標定特性

由標定原理可得傳感器受到拉力F為：

由于標定桿材料一定（45鋼），當加載砝碼重力G作用于標定桿產生的剪切應力超過標定桿本身的彈性模量E時，標定桿便會產生一定彈性變形，而這時傳感器輸出的電壓信號便會不穩定。假設此時標定桿產生的偏轉角度 θ，如圖 3（a）所示。那么，此時作用于傳感器的實際拉力則為：

利用數據采集卡和 LabVIEW 程序將傳感器正、反行程電壓輸出顯示為程序中的Y軸輸出；X軸則為動態加載、卸載。那么，則有：

由最小二乘法得傳感器的直線方程為：

傳感器滿量程輸出為：

傳感器的非線性度為：

如圖3（b）所示，這時候LabVIEW標定程序所顯示的非線性度為：由此可以得出結論：傳統標定系統容易產生誤差。

3 標定系統的改進

綜上所述，傳統標定系統容易產生誤差。那么針對“因為標定桿產生彈性變形而使得傳感器標定出現誤差”這一現象，此次研究在標定系統的設計上進行改進：安裝“平衡桿”，其位置在測功機的另外一側，如圖6所示。

圖6 平衡桿式加載測力裝置標定原理圖

首先進行初步檢驗這一標定系統的可行性：用萬用表替代數據采集裝置；然后在測功機的右側標定臂一端進行正反行程的加載、卸載；同時調節測功機左端平衡桿，使萬用表讀數穩定并記錄相關數據，最后將數據統計并按照（1）～（6）式計算得到。其次，按照圖4所示連接數據采集裝置，并通過 LabVIEW 程序進行信號分析，得到結果如圖5所示，。由此可以看出，改良之后的傳感器標定系統能更好的減小傳感器的非線性度誤差。以便于當此傳感器被用在自動變速器試驗臺架上時，能更好的分析變速器換擋點的壓力以及進一步測算變速系統的響應時間，進而為變速器的故障診斷與分析提供更為可靠的數據依據。

圖7 平衡桿式加載測力裝置標定特性

4 總結

經過理論分析，傳統的傳感器標定系統

存在一定的缺陷，使得標定結果存在一定誤差。其主要原因在于：忽略了加載過程中標定桿因為彈性變形而導致的傳感器數據輸出不夠穩定，進而導致非線性度誤差超過規定值。為了解決這一問題，新的標定系統中加入了“平衡桿”這一設計。當傳感器的數據輸出不夠穩定時，可以通過微調平衡桿來使得傳感器電壓輸出信號更加穩定，進而大大縮小其非線性度誤差值。并在后期經過多次實驗驗證這一新的標定系統的穩定性與可靠性。

[1] 趙英勛.汽車檢測與診斷技術 [M].北京:2008.7.機械工業出版社.226.

[2] 陳曉輝.基于LabVIEW的QF-12直流電力測功系統的研制 [M].廣西大學.50.

[3] GBT_15478-1995壓力傳感器國家標準[S].北京.國家標準出版社.1995.