多功能自动变速器示教台的研制

李广龙，魏政君

华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510641

0 引言

汽车自动变速器的结构复杂， 拆装困难，对其工作原理的学习造成很大的障碍。在教学过程中一般使用部件挂图、实物解剖体、动画仿真模拟等手段对自动变速器的相关知识进行授课，效果不十分理想，而且对教师的知识水平要求十分高。如果使用进口国外生产的自动变速器的各种示教台，技术先进，但价格昂贵， 教学成本太高。我院近年来汽车专业的毕业生有一部分在中专、技校中担任教学工作，他们经常反映自动变速器换档过程的功率传输是授课的难点。为了对自动变速器工作原理有较为扎实的基础，更好地适应各种关于自动变速器的工作，研制多功能自动变速器示教台来促进自动变速器的理论与实训内容的优化是十分必要的。利用旧的自动速器实物，结合单片机电子控制技术，把理论和实践结合起来，自己来制作多功能自动变速器示教台。在整个过程中，既满足了教学的需要又可以提高课程教学效率和质量；既提高师资水平， 又可便于现场教学进行，同时也可以克服多次拆装自动变速器和对其使用寿命的影响，降低教学成本。为了方便研制和达到明显的效果，我们以丰田的A340E 型自动变速器为对象进行“多功能自动变速器示教台”的研制。

1 丰田A340E型自动变速器基本知识

1.1 结构特点

丰田A340E自动变速器是辛普森式（Simpson）双排行星轮机构与一个单排行星轮机构（超速行星轮机构）组合而成的四速自动变速系统。行星齿轮机构是常啮合传动，啮合齿数多，而且是同向、同轴线传动，结构紧凑，又能获得较大的传动比。因此，这种自动变速器的结构在汽车行业应用中具有一定的代表性。许多公司的四速自动变速器如克莱斯勒公司AW-4型、通用公司4T60E 型、宝马公司的ZF4HP22 型、丰田公司A140E型以及韩国大宇公司AW03-71L型均采用这种组合方式的行星齿轮变速系统。

1.2 工作原理

丰田A340E型自动变速器上配备了节气门位置传感器和车速传感器两个核心部件。节气门位置传感器向ECU（自动变速器控制单元）传递发动机负荷信号；车速传感器向ECU传递车速信号。ECU根据这些信号，进行数据处理，控制换档电磁阀的状态，以便调整行星齿轮机构中的离合器和制动器实时状态，实现换档操作。其基本工作原理如图1所示。

2 多功能示教台的总体设计

2.1 功能分析

多功能自动变速器示教台制成后，应包括以下四大功能：实物运行工况模拟功能、工况实时显示功能、工作原理过程仿真显示功能及实训考核客观评价功能等。示教台所能实现的具体功能，如图2所示。

图1 丰田A340E型自动变速器工作原理图

图2 示教台功能框图

2.2 实现方案和原理

多功能自动变速器示教台主要由实物模拟系统（自动变速器总成、可变动力供给装置）、工况仿真演示系统（自动变速器结构原理图、换档元件表、换档规律曲线、工况指示仪表）和电路控制系统（流水灯电路、解码电路、模拟信号处理电路、考核控制电路）等组成。

2.2.1 实现方案

使用电磁调速电机控制装置调节电动机的转速，带动液力变矩器的涡轮旋转，模拟发动机转速；采用流水灯在演示面板上动态实时展示各档具体的功率传输路径和相关起作用的元件；利用单片机处理信号，协助自动变速器总成模拟各档进行换档和升降档的控制并实时显示相关信息。示教台具体的实现方案如图3所示。

图3 示教台实现方案

2.2.2 实现原理

示教台的组成及实现原理如图4所示。

图4 组成及实现原理

3 多功能示教台关键系统的具体设计

3.1 解码电路的设计

图5 功率传输路径分段标记图

根据下图5功率传输路径的分段进行解码电路的设计，如图6所示。

图6 解码电路图设计

3.2 流水灯电路的设计

流水灯的电路如下图7所示：

图7 流水灯电路图

流水灯的电路板的实物如下图8所示：

图8 流水灯电路板

该电路中的单片机应用的程序如下：

4 示教台的操作

4.1 概述

为了让每一位使用“多功能自动变速器示教台”的教员掌握其功能，在这里对该示教台的操作进行简要说明是十分必要的。不仅避免了不必要的麻烦，而且更加直观地演示其功能，提高教学质量和效果。示教台完成的效果如图9所示。

图9 示教台整体的效果

4.2 示教台的使用操作

4.2.1 启动示教台前的检查

1）启动示教台前，请把示教台置于平坦的地面，并确保示教台处于水平位置；

2）确保示教台四周空气通畅，无任何障碍物；

3）检查示教台，确保各部件安装牢固，无异常；

4）检查电源线是否损伤，确保不漏电、不短路；并保证能够提供380V的交流电源；

5）检查各开关位置：总电源开关、电机开关置于关闭状态；调速旋钮逆时针旋转置于截至位置；换档杆于驻车档（P档）；

6）确保示教台整洁，能清楚地进行演示。

4.2.2 启动示教台

1）把插头接上380V交流电源后，拨通漏电开关（总电源），接通总电源开关，使示教台上电运行；

2）拨通电机开关，使电磁调速电机正常运行；

3）通过推拉换档杆 ，可以使变速器在“P”、“R”、“N”、“D”、“2”、“L”之间切换档位；通过旋转调速旋钮，可以升高或降低调速电机的转速来改变变速器的输入转速，并在显示面板显示相关的信息内容。

4.2.3 关闭示教台

示教台使用完毕后，应先进行相关的复位，再断开漏电开关（总电源），然后才把电源插头拔下。

1）换档杆复位（置于P档位置）；

2）调速旋钮复位（逆时针旋转置于截至位置）；

3）电机开关复位（置于关闭状态）；

4）关闭总电源开关，拔下电源插头。

4.3 示教台的考核功能

本示教台的考核功能主要通过利用遥控器（下图10所示），对《自动变速器原理图》、《换档元件表》、转速和车速表等三部分的独立“闭/显”控制，自由组合相关的考题。遥控器按键的功能作用如下：

1）闭/显《自动变速器原理图》；

2）闭/显《换档元件表》；

3）闭/显转速、车速表的显示；

4）空；

5）空；

6）空；

7）闭/显“1档＝＞2档”换档曲线；

8）闭/显“2档＝＞3档”换档曲线；

9）闭/显“3档＝＞OD档”换档曲线；

10）闭/显“2档＝＞1档”换档曲线；

11）闭/显“3档＝＞2档”换档曲线；

12）闭/显“OD档＝＞3档”换档曲线。

图10

5 结论

该示教台在各种专业涉及到自动变速器内容的课程学习和技能鉴定考核中得到广泛应用。为自动变速器的理论教学提供了形象、直观的教学手段，提高了教学质量，降低了教学成本，具有一定的推广价值。

多功能自动变速器示教台(丰田A340E）研制的方法和步骤，也适合于其它类型示教台的设计与制作，并且还可以把示教台进一步智能化设计，使到示教台的使用更加人性化。

[1]张泰岭，陆华忠，罗锡文.汽车自动变速器原理与检修[M].广州：广东科技出版社，1999.

[2]黄榕清.汽车新型电控系统-结构原理及检查[M].华南理工大学出版社，2000.

[3]徐生明.丰田A-340E型自动变速器示教台的设计与制作[J].四川工业学院学报，2003，22(2).

[4]冯晋祥，吴际璋.自动变速其器结构原理图册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[5]任传祥.汽车机械式自动变速器换档规律评价方法的研究[J].吉林大学硕士学位论文，1990：220-269.

[6]胡健.单片机原理及接口技术实践教程[M].北京：机械工业出版社，2004.