车辆性能测试02：汉航NTS.LAB TSA 换挡性能测试系统
一、引言
汽车工业领域各项新技术蓬勃发展，但始终未变的是车辆为人服务，因此驾驶感受和乘坐感受始终是车辆性能的两个重要指标。
汉航NTS.LAB TSA换挡性能测试系统适用于乘用车、商用车的手动挡与自动挡车型，车辆换挡性能的测试是评价整车技术水平和用户体验的重要环节之一。换挡性能直接影响驾驶操控性、动力传递效率、舒适性以及燃油经济性，是变速系统设计与优化的核心指标。通过科学化的测试流程与高精度数据分析，可确保变速器在不同工况下的稳定性与可靠性，为车辆性能的持续改进提供技术支撑。
二、系统组成
汉航NTS.LAB TSA换挡性能测试系统适用于乘用车、商用车的手动挡与自动挡车型，涵盖选/换挡行程-力测试、挡位刚度测试、斜向换挡测试、挡位间隙测试、离合特性测试等十余项关键测试项目。该系统通过汉航高精度数据采集硬件Hunter Box与汉航NTS.LAB多功能软件平台协同工作，实现从数据采集到分析的全程闭环，为换挡性能的量化评价与优化提供完整解决方案。
1.汉航猎人列高精度数据采集硬件Hunter Box
基于LXI A类总线架构，配备8个模拟量输入通道、4个信号源输出通道及4个转速输入通道，支持最高204.8kHz独立采样率。内置FPGA模块与DSP处理器，同步采集CAN、CAN-FD及IMU惯导信号，确保动态数据的高效传输与实时处理。
2.专用传感器组
a) 力传感器：精确测量换挡杆与踏板的操作力。
b) 位移传感器：记录换挡杆、踏板的行程轨迹与位置变化。
c) 车速、加速度传感器：监测换挡过程中车辆的速度及加速度波动。
3.系统工装
包含支撑工装、换挡工装、踏板工装等模块化组件，通过高刚度固定支架确保传感器在动态测试中的稳定性，消除振动干扰对数据精度的影响。通过汉航专用的传感器工装将各类传感器部署在各类型测试车辆中，使测试更加便捷、可靠。
4.多功能软件平台 汉航NTS.LAB TSA
汉航NTS.LAB TSA软件集成数据采集、处理与分析功能，支持换挡力-行程曲线拟合、动态冲量计算、离合特性曲线提取等高级算法。通过多维度数据可视化与量化指标输出，可快速定位变速系统的设计缺陷或装配误差，为工程优化提供明确方向。
三、测试流程
1. 静态测试
静态测试包括以下测试内容：
（1）选/换挡行程-力测试：量化换挡杆的行程范围与操作力，评估选挡复位簧与锁止销的匹配效果。
（2）变速系统刚度测试：分析选挡与换挡方向的刚度特性，验证机械结构的可靠性。
（3）斜向换挡测试：检测换挡杆斜向运动的轨迹精度与操作流畅性。
（4）挡位间隙测试：通过自由间隙值评估挡位分布对称性与清晰度，确保驾驶员操作的准确性。
2. 动态测试
动态测试为被测车辆在驾驶状态下的测试类型，针对动态换挡力、动态换挡行程、怠速换挡力、脱挡评价、离合特性分析等测试进行数据采集，具体包含：
（1）Sport模式测试：采集车辆行驶中的换挡力、行程及离合踏板数据，分析动态工况下的换挡平顺性。
（2）怠速测试：模拟1挡、2挡及倒挡的怠速起步工况，检测变速器在低转速下的响应特性。
（3）离合特性测试：结合分离点、结合点、自由行程点等关键参数，生成离合踏板特性曲线曲线，评估离合系统的工作效率与耐久性。
四、数据分析与评价
NTS.LAB TSA系统通过换挡轨迹与力值分析，量化换挡迟滞、吸入感等多个指标，实现换挡性能的全面诊断，优化挡位分布设计。
分析功能：
l 选挡力、选挡轨迹、换挡迟滞、换挡力（进挡力与退档力）、换挡轨迹、挡位分布清晰度
用于分析挡位分布的对称性、清晰度，通过对静止状态下换挡杆选换挡力和行程的测量，能够反映出锁止销和选挡复位簧对选换挡性能的影响，以及其挡位区域提醒和吸入感等特性是否得到了充分的体现，对变速器的锁止销和选挡复位簧的特性做出评价。
l 选挡刚度、换挡刚度（进挡刚度与退挡刚度）
对变速操纵系统进行选挡与换挡方向刚度的测量，目的主要是评价其选换挡功能的可靠性。
l 斜向换挡轨迹、斜向换挡力
通过对斜向换挡测试的数据分析，得出换挡杆斜向通过的范围以及角度。理想的斜向换挡主要特点是换挡路线清晰、顺畅、无阻滞，能够快速准确地换入目标挡位，据此可判断相关结构的设计及工艺水平是否符合要求。
l 挡位间隙分析
挡位间隙的设定可根据挡位间隙测试的力值数据来进行划分，通过自由间隙值测试就可以了解测试车辆的挡位清晰度，并分析各挡位的空间对称性，最终准确评估测试车辆的选（换）挡行程和选（换）挡轨迹。挡位清晰度和挡位的空间对称性，对驾驶员的挡位感培养非常重要。在复杂的路况中，挡位感清晰的车辆，驾驶员不需要目测就可判断出车辆目前的挡位，清晰的挡位也可避免入错挡的现象，从而提高行驶安全性。
l 离合器特性曲线分析,及关键点获取
（1）自由行程、储备行程、调节行程、踏板做功效率
（2）离合器踏板工作特征提取（结合点、分离点、自由行程点、熄火点、最小进程力、最小回程力、自由行程，迟滞力、踏板做功、踏板迟滞计算）
踏板力特性曲线反映了整个分离系统的工作情况，离合器分离系统存在的大部分问题可以直接从踏板力特性曲线中看出。
l 动态选/换挡力与行程、二次冲击分析、换挡冲量分析（同步冲量）
由于驾驶员的驾驶习惯和状态等都有差别，在换挡过程中，换挡速度是不相同的，因此作用在接合套上的作用力大小也是不同的。单纯用换挡力或者换挡力与行程的关系无法完全表现换挡性能的优劣，因为驾驶员可以用大换挡力在短时间内达到同步，也可以用小换挡力在长时间内来达到同步。汉航 NTS.LAB TSA 软件采用整个换挡过程或某个换挡区域内换挡力和换挡时间的积分来计算换挡冲量，以此来评价换挡质量。
五、总结
车辆换挡性能测试是确保汽车驾驶平顺性和效率的关键环节。通过科学、严谨细致的测试方法和全面的数据分析评价，可以有效诊断和解决问题，从而提升车辆的整体性能。优化换挡性能不仅能够提升驾驶舒适性、享受驾驶的乐趣，还能提高燃油经济性，对用户而言具有重要的实际经济意义。
汉航（北京）科技有限公司研制开发的车辆换挡性能测试系统，经过大量实地测试和优化迭代，现已经成功应用于汽车行业用户的换挡性能测试，汉航NTS.LAB TSA以提升车辆换挡性能与可靠性为目标，利用先进的传感技术与数据分析算法，实现对换挡速度、换挡平顺性等多维度的多维度检测与评价。
