黃才貴，張更娥

（南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200）

引言

拉壓傳感是自動(dòng)變速器加載測(cè)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(shù)據(jù)的精度以及準(zhǔn)確度，因此在使用該裝置進(jìn)行加載測(cè)量變速器輸出扭矩之前，需要對(duì)該裝置進(jìn)行標(biāo)定工作。在標(biāo)定裝置中標(biāo)定桿、砝碼托盤等組件；若標(biāo)定大量程傳感器，則需要適當(dāng)加長(zhǎng)標(biāo)定桿的長(zhǎng)度；在以往的標(biāo)定系統(tǒng)中，會(huì)忽略掉由標(biāo)定桿的微量變形而引起的標(biāo)定誤差。鑒于此，在新的標(biāo)定系統(tǒng)中，加入“平衡桿”這一新的組件，能很好的改善因標(biāo)定桿微量變形引起的誤差；并基于 LabVIEW虛擬儀器編制相關(guān)標(biāo)定程序。這一新的標(biāo)定思路和標(biāo)定系統(tǒng)能很好的提高標(biāo)定精度和準(zhǔn)確度。

1 自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)加載裝測(cè)力裝置標(biāo)定原理及方法

在變速器的換檔試驗(yàn)時(shí)，將變速桿至于不同的檔位，通過(guò)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(lái)區(qū)別故障時(shí)存在于機(jī)械系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)，以減小故障的檢測(cè)范圍[1]。

自動(dòng)變速器加載裝測(cè)力裝置是基于力矩測(cè)量方法設(shè)計(jì)，測(cè)力裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作原理如圖2所示。因?yàn)閭鞲衅鞅旧砭哂徐`敏度高的特點(diǎn)，因此，在試驗(yàn)臺(tái)架中，傳感器的應(yīng)用讓自動(dòng)變速器的試驗(yàn)檢測(cè)工作更為方便、可行，準(zhǔn)確度更高。當(dāng)變速器檔位發(fā)生變化時(shí)，加載裝置中的壓力傳感器能夠快速的檢測(cè)到壓力的變化，然后通過(guò)連接傳感器的數(shù)據(jù)采集卡以及相應(yīng)的信號(hào)分析裝置變可以得到換擋時(shí)刻的實(shí)時(shí)壓力值和響應(yīng)時(shí)間。

圖2 測(cè)力裝置原理圖

如圖3所示的傳感器標(biāo)定系統(tǒng)[2]， 將拉壓傳感器4安裝在測(cè)功機(jī)3的右端；另外，在測(cè)功機(jī)3的左端為標(biāo)定桿2以及砝碼托盤 1。在標(biāo)定時(shí)，按照已經(jīng)設(shè)定、計(jì)算好的步驟，在托盤1上進(jìn)行加載（正行程）和卸載（反行程）一定的砝碼，并根據(jù)研究需要，通過(guò)移動(dòng)托盤 1的位置來(lái)調(diào)節(jié)的 L2長(zhǎng)度；同時(shí)測(cè)量傳感器4輸出的電壓值U或利用已經(jīng)編制好的 LabVIEW 程序進(jìn)行信號(hào)采集與分析，并通過(guò)相關(guān)公式[3]最終得到相應(yīng)的傳感器非線性度ζL和靈敏度S等參數(shù)。

圖3 測(cè)力傳感器標(biāo)定示意圖

2 加載測(cè)力標(biāo)定系統(tǒng)誤差分析

針對(duì)拉壓傳感器的標(biāo)定，盡管上述標(biāo)定系統(tǒng)能完成一定的標(biāo)定工作并得到相應(yīng)的參數(shù)。但是，壓力值以及響應(yīng)時(shí)間的精確度卻與傳感器使用之前所做的傳感器標(biāo)定有很大關(guān)系。由于傳感器靈敏度越高，穩(wěn)定性越差。若標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在一定缺陷，那么傳感器的系統(tǒng)誤差很大。變速器試驗(yàn)臺(tái)所選發(fā)動(dòng)機(jī)功率都很大。例如此次研究所選發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為豐田皇冠（3.0）的2JZ-GE直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的變速器為豐田皇冠（3.0）A340E自動(dòng)變速器。此次研究設(shè)計(jì)選用的傳感器型號(hào)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(jù)相關(guān)國(guó)標(biāo)規(guī)定的“滿量程標(biāo)定”這一原則，標(biāo)定過(guò)程中標(biāo)定桿會(huì)產(chǎn)生微量彈性變形，相對(duì)于水平位置產(chǎn)生角度θ，如圖4所示；那么此時(shí)用LabVIEW程序采集信號(hào)并進(jìn)行分析如圖5所示。即使我們經(jīng)過(guò)曲線的二次擬合，仍然不會(huì)避免誤差的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致變速器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)失真。下面我們就分析這一變形所帶來(lái)的誤差影響。

圖4 加載測(cè)力裝置原理圖

圖5 加載測(cè)力裝置標(biāo)定特性

由標(biāo)定原理可得傳感器受到拉力F為：

由于標(biāo)定桿材料一定（45鋼），當(dāng)加載砝碼重力G作用于標(biāo)定桿產(chǎn)生的剪切應(yīng)力超過(guò)標(biāo)定桿本身的彈性模量E時(shí)，標(biāo)定桿便會(huì)產(chǎn)生一定彈性變形，而這時(shí)傳感器輸出的電壓信號(hào)便會(huì)不穩(wěn)定。假設(shè)此時(shí)標(biāo)定桿產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度 θ，如圖 3（a）所示。那么，此時(shí)作用于傳感器的實(shí)際拉力則為：

利用數(shù)據(jù)采集卡和 LabVIEW 程序?qū)鞲衅髡?、反行程電壓輸出顯示為程序中的Y軸輸出；X軸則為動(dòng)態(tài)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(shí)候LabVIEW標(biāo)定程序所顯示的非線性度為：由此可以得出結(jié)論：傳統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)容易產(chǎn)生誤差。

3 標(biāo)定系統(tǒng)的改進(jìn)

綜上所述，傳統(tǒng)標(biāo)定系統(tǒng)容易產(chǎn)生誤差。那么針對(duì)“因?yàn)闃?biāo)定桿產(chǎn)生彈性變形而使得傳感器標(biāo)定出現(xiàn)誤差”這一現(xiàn)象，此次研究在標(biāo)定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上進(jìn)行改進(jìn)：安裝“平衡桿”，其位置在測(cè)功機(jī)的另外一側(cè)，如圖6所示。

圖6 平衡桿式加載測(cè)力裝置標(biāo)定原理圖

首先進(jìn)行初步檢驗(yàn)這一標(biāo)定系統(tǒng)的可行性：用萬(wàn)用表替代數(shù)據(jù)采集裝置；然后在測(cè)功機(jī)的右側(cè)標(biāo)定臂一端進(jìn)行正反行程的加載、卸載；同時(shí)調(diào)節(jié)測(cè)功機(jī)左端平衡桿，使萬(wàn)用表讀數(shù)穩(wěn)定并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并按照（1）～（6）式計(jì)算得到。其次，按照?qǐng)D4所示連接數(shù)據(jù)采集裝置，并通過(guò) LabVIEW 程序進(jìn)行信號(hào)分析，得到結(jié)果如圖5所示，。由此可以看出，改良之后的傳感器標(biāo)定系統(tǒng)能更好的減小傳感器的非線性度誤差。以便于當(dāng)此傳感器被用在自動(dòng)變速器試驗(yàn)臺(tái)架上時(shí)，能更好的分析變速器換擋點(diǎn)的壓力以及進(jìn)一步測(cè)算變速系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而為變速器的故障診斷與分析提供更為可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

圖7 平衡桿式加載測(cè)力裝置標(biāo)定特性

4 總結(jié)

經(jīng)過(guò)理論分析，傳統(tǒng)的傳感器標(biāo)定系統(tǒng)

存在一定的缺陷，使得標(biāo)定結(jié)果存在一定誤差。其主要原因在于：忽略了加載過(guò)程中標(biāo)定桿因?yàn)閺椥宰冃味鴮?dǎo)致的傳感器數(shù)據(jù)輸出不夠穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致非線性度誤差超過(guò)規(guī)定值。為了解決這一問(wèn)題，新的標(biāo)定系統(tǒng)中加入了“平衡桿”這一設(shè)計(jì)。當(dāng)傳感器的數(shù)據(jù)輸出不夠穩(wěn)定時(shí)，可以通過(guò)微調(diào)平衡桿來(lái)使得傳感器電壓輸出信號(hào)更加穩(wěn)定，進(jìn)而大大縮小其非線性度誤差值。并在后期經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一新的標(biāo)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

[1] 趙英勛.汽車檢測(cè)與診斷技術(shù) [M].北京:2008.7.機(jī)械工業(yè)出版社.226.

[2] 陳曉輝.基于LabVIEW的QF-12直流電力測(cè)功系統(tǒng)的研制 [M].廣西大學(xué).50.

[3] GBT_15478-1995壓力傳感器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[S].北京.國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社.1995.