A42DL自動變速器實驗臺架研制與教學中的運用

摘 要:自動變速器在轎車上的裝車率逐漸增加。自動變速器的結構、原理及檢修工藝已被汽車維修專業學校列入教學大綱，成為汽車底盤科目一個重要的教學內容。通過對A42DL自動變速器實驗臺的研制開發，增強了教學的直觀性，實現了理論與教學一體化進行的目標，取得了較好教學的效果。

關鍵詞:自動變速器實驗臺教學運用

中圖分類號:G712文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(c)-0140-02

汽車底盤一體化教學內容中，自動變速器是一個結構極其復雜，并且有較高裝配要求的總成件，其控制方式集液壓和電子控制為一體，它的結構原理及各擋位的動力流分析是教學中的一個重點和難點。A42DL自動變速器實驗臺的研制是解決這一難題的最佳方法。

1 A42DL自動變速器實驗臺的設計、制作

A42DL自動變速器實驗臺的研制目的是讓學生能直觀地看到自動變速器內部動態或靜態各檔位的換擋過程、動力走向、各擋位輸入與輸出的轉速比，從而解決自動變速器結構原理及動力流分析這個教學難題。A42DL自動變速器實驗臺制作涉及到動力源、控制面板、信號輸出、模擬換檔控制、機械解剖等內容。

1.1 動力源設計

發動機是汽車的動力源，但其體積較大、噪音大、成本高等缺點，故采用了三相交流調速電機作為動力輸入。

1.2 機械解剖設計

為了能夠使學生能夠直觀地看到液力變矩器和自動變速器的內部結構和工作過程，在解剖時既要最大限度地使自動變速器內部結構充分展現，又要不破壞各換檔執行元件油道的密封性。實驗臺所用變速器是拆車件，經過徹底分解和仔細檢查后，發現其技術狀況較差，離合器、制動器組件有燒蝕、老化等現象。對于不能使用的零件，通過拆卸其它相同型號變速器采用互換拼裝的方式解決。解剖切割的難度很大，既要增大解剖面積來看清內部構造，又不能破壞相關油路和裝配平面，萬一解剖不當最終將導致整臺變速器報廢。通過仔細對變速器油路進行仔細研究、精確地測量，發現變速器上部沒有油道，解剖角度大于90度會導致變速器的離合器及制動器等執行元件動作時偏離自己的工作軌道。因此我們決定在變速器上部進行解剖，解剖角度為90度(如圖1)。由于要求較高的加工精度，利用手工銼削的方式一點一點地把解剖部分加工出來。對于離合器、制動器等要求展示其工作狀況的執行元件我們用不同顏色的油漆把它們區分。

實驗臺采用氣壓取代油壓控制，對控制部分的密封性有較高的要求。而殼體由于經過解剖，強度變低，有些部分已經出現微量變形，如果這個問題不能解決，壓縮空氣會大量滲漏導致執行元件不能正常工作。通過校正和采用AB膠將密封面磨損部位填平，然后再進行研磨，最終將變速器總成裝配完成。

1.3 控制面板設計

控制面板的設計應達到布局合理、結構緊湊、操作方便、直觀顯示等多方面要求。因此控制面板劃分為儀表數據顯示區、結構原理教學區及實驗臺的操作區三個部分(如圖2)。儀表數據顯示區由電流表、電壓表、氣壓表、變速器輸入和輸出轉速表組成，電流表和電壓表能夠反映實驗臺即時的電流和電壓值，氣壓表反映的是通過調壓閥后控制執行元件工作的壓縮空氣的壓力，輸入和輸出轉速表能夠直觀地顯示變速器在不同擋位時轉速比。結構原理教學區由A42DL自動變速器結構原理圖和該變速器各檔位執行元件工作表兩部分組成，以發光二極管點亮反映執行元件工作。該部分可以用來在教學中說明變速器在模擬換擋時執行元件的工作情況及動力的傳遞路線。實驗臺的操作區主要是調速電機控制盒構成，它用于控制和調節電機的轉速。

1.4 信號輸出設計

本實驗臺的三相交流調速電機使用的是380V的三相交流電源，轉速信號是采用工業用磁電式轉速傳感器及轉速表采集和顯示，使用220V單相交流電源，兩位三通電磁閥用來控制變速器各執行元件工作，采用的是直流12V電源。電磁閥的電阻大概是30歐姆左右，每只電磁閥工作時的電流為0.4A。這種自動變速器有三個離合器和四個制動器，其中二擋制動器(B2)和低、倒擋制動器(B3)又有前后活塞腔兩個油路，因此實驗臺采用九個電磁閥分別控制這七個執行元件。通過計算如果這九個電磁閥全部工作，其最大電流不超過5A。220V的交流電源轉變為12V的直流電源只需要5A的交直流變壓變頻器就可以滿足工作要求。通過電流表和電壓表可以顯示其工作電流和電壓。由于電磁閥其最大耐壓必須小于8kg.cm-2，并且要求氣壓恒定，空氣中不能有過多的水分，所以空氣壓縮機輸出的壓縮空氣壓力必須通過油水分離器調壓后接入電磁閥，氣壓表顯示的是電磁閥的工作氣壓。

1.5 模擬換檔控制設計

實驗臺引人電源為交流220V，通過交流220V(5A)交直流變壓變頻器將220V交流電源轉變為12V直流電源。在控制電路中分別并聯和串聯一個12V直流電壓表及12V(5A)的直流電流表用以顯示控制系統的工作電壓和控制系統工作電流。整個控制部分設計思路為變速器換檔桿(空檔啟動開關電路)控制各擋位的控制繼電器，由擋位繼電器控制換擋執行元件(離合器、制動器)的電磁閥和顯示各換擋執行元件工作的發光二極管。通過電磁閥開啟和關閉來控制換擋執行元件充氣工作或卸壓停止工作，與此同時發光二極管點亮或熄滅能夠直管地從控制面板上反映執行元件的工作情況。

在設計中是利用擋位繼電器控制各執行元件的電磁閥的回路來實現的，但是在制作過程中發現由于每個擋位由多個執行元件工作，電磁閥的控制回路部分形成公共接點。結果造成在每個擋位所有的電磁閥都處于通電狀態，失去了控制作用。利用二極管的單向導電性串聯在每個電磁閥的控制電路，防止它們在回路中形成公共接點就解決了這個問題。

2 A42DL自動變速器實驗臺制作后的教學中的運用

通過解剖后的自動變速器可以給學生直觀地看到其內部結構:由三組行星排組成，每一組行星排由太陽輪、行架、齒圈組成。動力通過液力變矩器的渦輪傳給變速器。該變速器有離合器、制動器和單向超越離合器三類換檔執行元件。其中離合器由直接離合器C0、前進離合器C1、倒檔及高檔離合器C2構成，制動器由超速檔制動器B0、二檔強制制動器B1、二檔制動器B2和低檔及倒檔制動器B3構成，單向超越離合器由直接單向超越離合器F0、二檔單向離合器F1、低檔單向離合器F2構成。

借助面板上的行星齒輪變速機構的原理圖，結合換檔執行元件工作表，可以動態地看出在超速檔(D4)時，有表示超速檔制動器B0、前進離合器C1、倒、高擋離合器C2、二擋制動器B2的發光二極管點亮，與此同時行星齒輪變速機構原理圖上代表超速擋時執行元件工作的二極管也同步點亮。

以超速檔(D4)為例，通過面板原理圖可以對超速擋(D4)進行動力流分析。超速擋制動器B0工作，將超速擋行星排的超速擋太陽輪固定，輸入軸將動力與之為一體的超速擋行星架為主動件，超速擋齒圈為從動件，超速擋齒圈將動力傳給中間輸入軸，由于前進離合器C1和倒擋及高擋離合器C2同時工作，使前行星排三元件被鎖止成一個整體一起旋轉，中間輸入軸的動力通過前行星排直接傳給輸出軸，并且通過輸出軸將動力輸出。用同樣的方法可以把自動變速器每一個擋位的動力流走向通過實驗臺向學生理論結合實物進行講授，使學生能夠真正掌握該項學習內容，并且給教學帶來了極大的方便。

自動變速器實驗臺的研制成功使自動變速器原理教學不再是教學難點，它實現了四大突破:(1)通過結構解剖將不可視轉變為可視，提高教學效果。(2)換檔控制由電腦控制轉化為手動控制，能靜態和動態觀察各檔位執行元件的工作過程和動力傳遞。(3)能直觀反映每個檔位的速比和傳動比。(4)將原來的油壓控制轉變為氣壓控制，更加適合實際教學操作。

參考文獻

[1] 鄒長庚.現代汽車電子控制系統構造原理與故障診斷(下)，車身與底盤部分主編，王光德主審，北京理工大學出版社出版.

[2] 電控液力自動變速器的結構與維修，宋富昌等編著，國防工業出版社.

[3] 自動變速器結構原理圖冊，馮晉祥，吳際璋主編，機械工業出版社.