汽車離合踏板測量系統(tǒng)的開發(fā)及應用

楊耕（河北中興汽車制造有限公司，河北 071051）

汽車離合踏板測量系統(tǒng)的開發(fā)及應用

楊耕
（河北中興汽車制造有限公司，河北 071051）

通過汽車離合踏板測量系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)離合踏板力、踏板行程參數(shù)測量，并能夠輸出踏板行程與踏板力關系曲線，便于為產(chǎn)品開發(fā)、改進、評價、驗收提供數(shù)據(jù)分析研究。

數(shù)采；傳感器；卡具；系統(tǒng)組建

汽車離合器踏板操作舒適性對整車駕駛性能有著直接的影響，我們經(jīng)常會收到這樣的反饋信息“離合器沉重、踏板不回位”等，但具體沉重到什么程度、如何不回位，我們無法得到準確量化的數(shù)據(jù)。為了掌握離合踏板準確的力值和行程數(shù)據(jù)，充分利用已有資源，以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集器為主體，搭配外圍傳感器，通過設計通用工裝卡具，組合成離合踏板測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了離合踏板力、行程測量，測量數(shù)據(jù)可形象的描繪出離合踏板力/行程曲線，為產(chǎn)品開發(fā)、改進提供充實的依據(jù)。

1　數(shù)據(jù)采集器簡介

DS-NET便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為我公司已具備的應用于整車性能測試的設備，其具有各種模擬或數(shù)字信號數(shù)據(jù)同步采集功能，可同步測試和分析應變、加速度、電壓、溫度、電阻等多種信號參數(shù)，完成試驗的實時數(shù)據(jù)采集和分析。

圖2　KPM-250型直線位移傳感器

圖3　位移傳感器接線圖

DS-NET數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有20通道多功能輸入以及4通道頻率輸入，具有高精度信號調(diào)理模塊，適用于各種傳感器的連接。

該數(shù)據(jù)采集器包括主機、處理器、內(nèi)存、硬盤、多功能輸入模塊等硬件和數(shù)據(jù)采集軟件，如圖1。

2　直線位移傳感器

2.1 選型

離合踏板的運動是角度位移，但角度位移傳感器布置難度較大且不易通用化，故采用直線位移傳感器進行等效測量。測量離合踏板腳踏部位中心點上極限位置到目標位置之間的直線距離。

在直線位移傳感器選型方面，主要是選擇適宜的安裝形式、行程、輸出信號類型以及參數(shù)精度等方面。離合踏板運動時位移傳感器會隨著踏板運動，所以采用了兩端魚眼軸承萬向節(jié)鉸接固定，滿足測量擺動需求。

由于離合踏板行程通常不超過200 mm，所以直線位移傳感器選擇量程在250 mm即可。目前市場所售直線位移傳感器多為電阻型，滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集器信號輸入類型要求。傳感器線性精度誤差要求≤0.2%，重復精度誤差要求≤0.02%，工作溫度-20℃～60℃。

對照技術參數(shù)要求最終選擇KPM-250型直線位移傳感器作為離合踏板測量系統(tǒng)行程信號傳感器，外觀，如圖2。

2.2 電路連接

根據(jù)直線位移傳感器線束端子定義和數(shù)據(jù)采集器輸入接口針腳定義制作連接線束，如圖3。

2.3 信號轉(zhuǎn)化

圖4　輸入輸出設定-電阻值轉(zhuǎn)化為長度值

圖5　輸入輸出設定-電壓值轉(zhuǎn)化為力值

圖6　下鉸接點卡具

圖7　上鉸接點卡具

圖8　離合器踏板測量系統(tǒng)組成

圖9　離合踏板測量系統(tǒng)實物安裝圖

圖10　離合踏板力/行程曲線

KPM-250型直線位移傳感器位移量程0～250 mm，電阻值0～5 000 Ω。將位移傳感器通過線纜與數(shù)據(jù)采集器相連接，在設定界面進行電阻信號和位移信號關系設定，如圖4。

3　踏板力計

踏板力計采用已有設備CDS-PF-1500型，量程10 kN，精度0.5%FS，信號輸出1 mv/N，信號轉(zhuǎn)化見圖5。

4　通用卡具設計

4.1 位移傳感器下鉸接點

通過測量多款車型離合踏板尺寸，其腳踏部位尺寸（寬×高×厚）普遍在65 mm×60 mm×12 mm以內(nèi)，采用外包卡具思路，設計制作直線位移傳感器下鉸接點的工裝卡具，如圖6。

4.2 位移傳感器上鉸接點

因離合踏板測量不需要行駛測量，考慮到安裝簡便、通用，所以選擇在方向盤下部設計布置卡具，見圖7。

5　系統(tǒng)組成與安裝

將上、下工裝卡具安裝于離合踏板和方向盤上，直線位移傳感器安裝于上下鉸接點上，將踏板力計安裝于離合踏板上。用線纜將直線位移傳感器、踏板力計與數(shù)據(jù)采集器相連接，數(shù)據(jù)采集器電源由被測試車輛蓄電池提供，至此離合踏板測量系統(tǒng)組建完成。系統(tǒng)組成如圖8，實物安裝如圖9。

6　測量

選取一臺帶有離合踏板的手動擋汽車，將測量系統(tǒng)安裝于樣車上進行實車測量。測量在車輛靜止狀態(tài)下進行，不起動發(fā)動機，不轉(zhuǎn)動方向盤。

所有測試設備連接調(diào)試完畢后進行預踩踏，確認設備運行及數(shù)據(jù)采集正常，在離合踏板初始位置對直線位移傳感器、踏板力計進行零位設定。

測量及數(shù)據(jù)采集按如下流程進行：

（1）數(shù)據(jù)采集開始；

（2）按100～150 mm/s的踩踏速度（稍慢于一般駕駛操作），踩下離合踏板至行程下極限位置，然后釋放離合踏板直至上極限后腳離開踏板；

（3）數(shù)據(jù)采集結(jié)束。

7　數(shù)據(jù)處理

將測量數(shù)據(jù)在Excel中繪制散點曲線圖，X軸為踏板行程（mm），Y軸為踏板力（N），得出離合踏板力/行程曲線，如圖10。

8　結(jié)語

經(jīng)過傳感器選型、工裝卡具設計、電路改造完成了離合踏板測量系統(tǒng)的組建，實現(xiàn)了離合踏板力/行程的測量和數(shù)據(jù)曲線輸出，通過曲線可以直觀的讀出離合踏板行程、踏板力、回位力等主要性能參數(shù)，為產(chǎn)品研發(fā)、測評、質(zhì)量改進和Benchmark提供了一套精準度高、低成本且易于操作的測量平臺。

A clutch pedal measurement system is developed, which realized the clutch pedal force, pedal stroke measurement and the output of the relationship curve of the pedal stroke and pedal force, which is facilitated the analysis and research of the product development ,improvement, assessment and validation acceptance by providing the datum.