在车辆换档系统中，换档质量很大程度上取决于驾驶者的主观评估结果，但主观评估方法因不同驾驶者的感受区别而存在不可避免的变量因素，所以有必要利用客观测量方法将换档质量特征化。通过动态检测驾驶员在换档过程中操纵杆的推拉操纵力和转角位移对应关系来评判操纵机构的装配质量、系统磨损等状况。

关于此问题，国内外进行了一些研究，并取得了一些成果。本文提出的换档系统测量装置，实现换档力和位移的同步测试。装置主要用于整车环境下，对换档系统(包括换档器、拉索及变速器等)的动态性能测量。也可在试验室条件下，用于换档系统性能评估。

系统硬件结构

该装置分别通过三坐标测试仪和二维力传感器测试排档位移和换档力，数据采集卡采集传感器数据，A/D转换后通过USB传入电脑，通过LabVIEW开发软件进行数据存储与处理,最后对结果进行统计分析。

该测量仪器主要组成为：三坐标测量仪、二维力传感器、车载测量支架及通用球头夹具。其中三坐标测量仪由两个角位移测量编码器和一个直线位移传感器组成;车载测量支架设计为高度可调形式，方便固定;设计球头通用夹具，测试时不需拆卸球头。两轴换档力传感器固定于手柄顶端，直线位移传感器通过球形万向节与换档器中心线连接，即以万向节的球轴承中心作为位移测量点。

系统软件开发

基于LabVIEW的软件开发主要流程：

1.示教

实际的示教分两次，在球面拟合中，换档手柄拨动至各档位，程序可记录各点坐标，经多点拟合，获得后续测量中，回转半径r 及回转中心坐标O为常量。经变换后，再次示教可获得LAP对应各档位的坐标。程序可获取其中三点(P、R、N)建立工作坐标系，坐标原点为P点，计算平移量及方向余弦(见图1)。

2.实时测量

从示教获得变换所需各参数后，结合换档力的测量，实现力与位移关系运算及显示。

实时测试结果及分析

对比测试结果得出，换档力—位移曲线，由于齿形板设计不同，换档力的变化斜率也不同，手感或柔顺性也不同(见图2)。

H型及S型自动换档器手柄运动轨迹测量结果(见图3)。档位之间线为换档路径。档位处斑点为换档力在5～15 N间手柄位移范围，亦可作为机构间隙判断指标。

统计分析

由于人的介入，测量结果包含了诸多随机信号，难以获得明确的定量结果。引入试验统计方法，通过多次重复动作的统计分析，获得内在的客观规律。多次测量换档力—位移关系，由于随机因素的存在，每次采样对应的力值与位移值皆可能不同(图中各点)。为此，按1 mm位移为单位进行分组，分别按下式求得平均值及标准偏差：

其中，m为平均值，σ为标准偏差。

标准偏差越小，测量点值越接近平均值。换言之，标准偏差可以作为1 mm 位移组内数据分散性的指标。据此，可以对不同车型进行测量和计算比较。

通过不同车型比较可得出：如图4上部所示，换档力平均值相差不大P-R：10 N;R-P：15～17 N。档力抖动明显，标准偏差值约10 N;如图5下部所示，档力抖动小，标准偏差值约5 N;平均值和标准偏差可以作为对不同车型换档系统进行定量评价。

结论

本文介绍了一套换档系统性能测试装置，适用于H型、I型和S型换档器的测量。实现换档手球受力点空间运动轨迹和两轴换档力的实时测量，获得各种条件下换档过程性能曲线;通过对不同车型进行比较，证明所用系统和方法能够对换档系统的质量进行定量评价。

由于操纵动作中存在各种随机因素(如因人身的晃动使换档手柄推拉意外受力，车的颠簸等)，对换档系统会产生非正常受力状况;此外，对驾驶者会因操作动作意外受阻，感到不舒适的问题。在系统研发中这些随机状况作为研究的对象，为系统的创新与改进提供全面的参考。