李廣龍，魏政君

華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510641

0 引言

汽車自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 拆裝困難，對(duì)其工作原理的學(xué)習(xí)造成很大的障礙。在教學(xué)過(guò)程中一般使用部件掛圖、實(shí)物解剖體、動(dòng)畫仿真模擬等手段對(duì)自動(dòng)變速器的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行授課，效果不十分理想，而且對(duì)教師的知識(shí)水平要求十分高。如果使用進(jìn)口國(guó)外生產(chǎn)的自動(dòng)變速器的各種示教臺(tái)，技術(shù)先進(jìn)，但價(jià)格昂貴， 教學(xué)成本太高。我院近年來(lái)汽車專業(yè)的畢業(yè)生有一部分在中專、技校中擔(dān)任教學(xué)工作，他們經(jīng)常反映自動(dòng)變速器換檔過(guò)程的功率傳輸是授課的難點(diǎn)。為了對(duì)自動(dòng)變速器工作原理有較為扎實(shí)的基礎(chǔ)，更好地適應(yīng)各種關(guān)于自動(dòng)變速器的工作，研制多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)來(lái)促進(jìn)自動(dòng)變速器的理論與實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的優(yōu)化是十分必要的。利用舊的自動(dòng)速器實(shí)物，結(jié)合單片機(jī)電子控制技術(shù)，把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，自己來(lái)制作多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)。在整個(gè)過(guò)程中，既滿足了教學(xué)的需要又可以提高課程教學(xué)效率和質(zhì)量；既提高師資水平， 又可便于現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)進(jìn)行，同時(shí)也可以克服多次拆裝自動(dòng)變速器和對(duì)其使用壽命的影響，降低教學(xué)成本。為了方便研制和達(dá)到明顯的效果，我們以豐田的A340E 型自動(dòng)變速器為對(duì)象進(jìn)行“多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)”的研制。

1 豐田A340E型自動(dòng)變速器基本知識(shí)

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

豐田A340E自動(dòng)變速器是辛普森式（Simpson）雙排行星輪機(jī)構(gòu)與一個(gè)單排行星輪機(jī)構(gòu)（超速行星輪機(jī)構(gòu)）組合而成的四速自動(dòng)變速系統(tǒng)。行星齒輪機(jī)構(gòu)是常嚙合傳動(dòng)，嚙合齒數(shù)多，而且是同向、同軸線傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，又能獲得較大的傳動(dòng)比。因此，這種自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)在汽車行業(yè)應(yīng)用中具有一定的代表性。許多公司的四速自動(dòng)變速器如克萊斯勒公司AW-4型、通用公司4T60E 型、寶馬公司的ZF4HP22 型、豐田公司A140E型以及韓國(guó)大宇公司AW03-71L型均采用這種組合方式的行星齒輪變速系統(tǒng)。

1.2 工作原理

豐田A340E型自動(dòng)變速器上配備了節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器兩個(gè)核心部件。節(jié)氣門位置傳感器向ECU（自動(dòng)變速器控制單元）傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)；車速傳感器向ECU傳遞車速信號(hào)。ECU根據(jù)這些信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制換檔電磁閥的狀態(tài)，以便調(diào)整行星齒輪機(jī)構(gòu)中的離合器和制動(dòng)器實(shí)時(shí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)換檔操作。其基本工作原理如圖1所示。

2 多功能示教臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

2.1 功能分析

多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)制成后，應(yīng)包括以下四大功能：實(shí)物運(yùn)行工況模擬功能、工況實(shí)時(shí)顯示功能、工作原理過(guò)程仿真顯示功能及實(shí)訓(xùn)考核客觀評(píng)價(jià)功能等。示教臺(tái)所能實(shí)現(xiàn)的具體功能，如圖2所示。

圖1 豐田A340E型自動(dòng)變速器工作原理圖

圖2 示教臺(tái)功能框圖

2.2 實(shí)現(xiàn)方案和原理

多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)主要由實(shí)物模擬系統(tǒng)（自動(dòng)變速器總成、可變動(dòng)力供給裝置）、工況仿真演示系統(tǒng)（自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)原理圖、換檔元件表、換檔規(guī)律曲線、工況指示儀表）和電路控制系統(tǒng)（流水燈電路、解碼電路、模擬信號(hào)處理電路、考核控制電路）等組成。

2.2.1 實(shí)現(xiàn)方案

使用電磁調(diào)速電機(jī)控制裝置調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)液力變矩器的渦輪旋轉(zhuǎn)，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；采用流水燈在演示面板上動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)展示各檔具體的功率傳輸路徑和相關(guān)起作用的元件；利用單片機(jī)處理信號(hào)，協(xié)助自動(dòng)變速器總成模擬各檔進(jìn)行換檔和升降檔的控制并實(shí)時(shí)顯示相關(guān)信息。示教臺(tái)具體的實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。

圖3 示教臺(tái)實(shí)現(xiàn)方案

2.2.2 實(shí)現(xiàn)原理

示教臺(tái)的組成及實(shí)現(xiàn)原理如圖4所示。

圖4 組成及實(shí)現(xiàn)原理

3 多功能示教臺(tái)關(guān)鍵系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

3.1 解碼電路的設(shè)計(jì)

圖5 功率傳輸路徑分段標(biāo)記圖

根據(jù)下圖5功率傳輸路徑的分段進(jìn)行解碼電路的設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6 解碼電路圖設(shè)計(jì)

3.2 流水燈電路的設(shè)計(jì)

流水燈的電路如下圖7所示：

圖7 流水燈電路圖

流水燈的電路板的實(shí)物如下圖8所示：

圖8 流水燈電路板

該電路中的單片機(jī)應(yīng)用的程序如下：

4 示教臺(tái)的操作

4.1 概述

為了讓每一位使用“多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)”的教員掌握其功能，在這里對(duì)該示教臺(tái)的操作進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明是十分必要的。不僅避免了不必要的麻煩，而且更加直觀地演示其功能，提高教學(xué)質(zhì)量和效果。示教臺(tái)完成的效果如圖9所示。

圖9 示教臺(tái)整體的效果

4.2 示教臺(tái)的使用操作

4.2.1 啟動(dòng)示教臺(tái)前的檢查

1）啟動(dòng)示教臺(tái)前，請(qǐng)把示教臺(tái)置于平坦的地面，并確保示教臺(tái)處于水平位置；

2）確保示教臺(tái)四周空氣通暢，無(wú)任何障礙物；

3）檢查示教臺(tái)，確保各部件安裝牢固，無(wú)異常；

4）檢查電源線是否損傷，確保不漏電、不短路；并保證能夠提供380V的交流電源；

5）檢查各開(kāi)關(guān)位置：總電源開(kāi)關(guān)、電機(jī)開(kāi)關(guān)置于關(guān)閉狀態(tài)；調(diào)速旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)置于截至位置；換檔桿于駐車檔（P檔）；

6）確保示教臺(tái)整潔，能清楚地進(jìn)行演示。

4.2.2 啟動(dòng)示教臺(tái)

1）把插頭接上380V交流電源后，撥通漏電開(kāi)關(guān)（總電源），接通總電源開(kāi)關(guān)，使示教臺(tái)上電運(yùn)行；

2）撥通電機(jī)開(kāi)關(guān)，使電磁調(diào)速電機(jī)正常運(yùn)行；

3）通過(guò)推拉換檔桿 ，可以使變速器在“P”、“R”、“N”、“D”、“2”、“L”之間切換檔位；通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕，可以升高或降低調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)改變變速器的輸入轉(zhuǎn)速，并在顯示面板顯示相關(guān)的信息內(nèi)容。

4.2.3 關(guān)閉示教臺(tái)

示教臺(tái)使用完畢后，應(yīng)先進(jìn)行相關(guān)的復(fù)位，再斷開(kāi)漏電開(kāi)關(guān)（總電源），然后才把電源插頭拔下。

1）換檔桿復(fù)位（置于P檔位置）；

2）調(diào)速旋鈕復(fù)位（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)置于截至位置）；

3）電機(jī)開(kāi)關(guān)復(fù)位（置于關(guān)閉狀態(tài)）；

4）關(guān)閉總電源開(kāi)關(guān)，拔下電源插頭。

4.3 示教臺(tái)的考核功能

本示教臺(tái)的考核功能主要通過(guò)利用遙控器（下圖10所示），對(duì)《自動(dòng)變速器原理圖》、《換檔元件表》、轉(zhuǎn)速和車速表等三部分的獨(dú)立“閉/顯”控制，自由組合相關(guān)的考題。遙控器按鍵的功能作用如下：

1）閉/顯《自動(dòng)變速器原理圖》；

2）閉/顯《換檔元件表》；

3）閉/顯轉(zhuǎn)速、車速表的顯示；

4）空；

5）空；

6）空；

7）閉/顯“1檔＝＞2檔”換檔曲線；

8）閉/顯“2檔＝＞3檔”換檔曲線；

9）閉/顯“3檔＝＞OD檔”換檔曲線；

10）閉/顯“2檔＝＞1檔”換檔曲線；

11）閉/顯“3檔＝＞2檔”換檔曲線；

12）閉/顯“OD檔＝＞3檔”換檔曲線。

圖10

5 結(jié)論

該示教臺(tái)在各種專業(yè)涉及到自動(dòng)變速器內(nèi)容的課程學(xué)習(xí)和技能鑒定考核中得到廣泛應(yīng)用。為自動(dòng)變速器的理論教學(xué)提供了形象、直觀的教學(xué)手段，提高了教學(xué)質(zhì)量，降低了教學(xué)成本，具有一定的推廣價(jià)值。

多功能自動(dòng)變速器示教臺(tái)(豐田A340E）研制的方法和步驟，也適合于其它類型示教臺(tái)的設(shè)計(jì)與制作，并且還可以把示教臺(tái)進(jìn)一步智能化設(shè)計(jì)，使到示教臺(tái)的使用更加人性化。

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