自動變速器電控系統實訓臺故障設置電路設計

李延廷+張永新

摘要：介紹了汽車自動變速器電控系統的組成與工作原理、實訓臺上的故障點，利用單片機技術設計了實訓臺故障設置電路，并分析了故障設置電路的基本工作原理和控制程序的基本功能模塊，最后指出了故障設置電路的工作性能和取得的教學效果。

關鍵詞：故障點；故障設置電路；工作原理

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A

1 概述

在汽車底盤電控系統檢測與維修課程教學中，汽車自動變速器的結構、工作原理及常見故障維修是課程的重點內容。自動變速器的結構和工作原理可以通過講解、拆裝自動變速器來實現。但常見故障維修內容卻不容易實現，原因在于現有自動變速器實訓臺或實車上難以設置不容易直觀看到的故障點。因此，我們依據課程教學的需要設計了01M自動變速器電控系統實訓臺。在該實訓臺上，模擬了30個實際的自動變速器上可能出現的故障點。這些故障點可以很方便地通過實訓臺的鍵盤進行故障設置和清除操作，并且不容易被直觀地發現，學生必須在分析自動變速器結構、工作原理的基礎上，利用檢測儀器才能檢查出故障點，從而培養學生檢修自動變速器電控系統故障的能力。

2 自動變速器電控系統故障點設計

自動變速器電控系統由變速器電控單元（ECU）、傳感器或狀態開關（如車速傳感器、發動機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、擋位開關、剎車開關等）及執行器（換擋電磁閥）等組成。自動變速器電控系統的傳感器和狀態開關監測汽車、發動機的運行狀態，接受駕駛員的指令，并將所獲得的信息轉換成電信號后送到變速器ECU。ECU對信號進行過濾、整形、放大、模數轉換、數據計算等處理，最終輸出模擬電信號驅動換擋電磁閥工作。電磁閥控制液壓控制系統的換擋閥，換擋閥打開或關閉通往換擋離合器和制動器的油路，從而控制換擋時刻和擋位變換，實現自動變速。由于ECU可以精準控制電磁閥，使得換擋和鎖止時間準確、換擋平順。

通過詳細地分析自動變速器電控系統的組成、工作原理及電路可知，自動變速器電控系統可能的故障有線路短路、線路斷路、線路虛接、零部件損壞等類型。由于模仿線路短路、線路虛接、零部件損壞可能會使電控系統受到損傷，因此在設計故障點時僅設計了線路斷路故障。在實訓臺上共設計了30個線路斷路的故障點。具體故障點如下：車速傳感器線路1斷路、車速傳感器線路2斷路、車速傳感器線路3斷路、起動鎖繼電器控制線斷路、P/N開關信號斷路、變速器ECU至起動鎖止和剎車燈繼電器的剎車燈信號斷路、多功能開關T68/63斷路、多功能開關T68/40斷路、多功能開關T68/62斷路、變速器ECU電源1斷路、變速器ECU電源2斷路、變速桿鎖止電磁閥斷路、制動燈開關信號斷路、變速器轉速傳感器線路1斷路、變速器轉速傳感器線路2斷路、變速器轉速傳感器線路3斷路、電磁閥N93電源斷路、電磁閥N93控制線斷路、電磁閥電源斷路、電磁閥N88斷路、電磁閥N89斷路、電磁閥N90斷路、電磁閥N91斷路、電磁閥N92斷路、電磁閥N94斷路、油溫傳感器斷路、發動機信號A斷路、發動機信號B斷路、發動機信號C斷路、診斷K線斷路等。

3 故障設置電路的設計

3.1 故障設置電路的組成

汽車自動變速器電控系統實訓臺的故障設置電路包括單片機系統電路、鍵盤與顯示電路、故障設置執行電路及單片機內部控制程序組成，如圖1所示。單片機系統電路由80C52單片機、時鐘電路、復位電路等組成；鍵盤與顯示電路由可編程接口芯片8155、6×6矩陣鍵盤、8位LED顯示器等組成；故障設置執行電路由可編程接口芯片8155、、汽車繼電器驅動器NUD3124、汽車繼電器SARM（12V）等組成。

3.2 故障設置電路的工作原理分析

在設置故障時，可以設置1個故障點，也可以同時設置2個或2個以上的故障點。若設置1個故障點，則通過鍵盤輸入故障點號并按確認鍵；若設置兩個或兩個以上的故障點，則每輸入1個故障點號后，按逗號鍵，最后一個故障號輸入完畢后，按確認鍵。單片機通過運行控制程序獲知所要設置的故障點號，并計算出控制代碼，如第1號故障點的控制代碼為00000001，通過單片機P1口輸出，P1.0腳變為高電平，NUD3124的漏極和源極導通，SARM的線圈通電，常閉開關斷開，第1號故障點設置完畢。在設置單一故障時，第1至30號故障點對應的控制代碼和輸出端口如表1所示，另有2路備用。

若同時設置多個故障，則由單片機進行統一運算后再輸出控制代碼。例如：設置1、2、8號故障，則P1口輸出10000011；若設置1、9、10故障點，則P1口輸出000000001，第2片8155的PA口輸出00000011；若設置1、9、17故障點，則P1口輸出000000001，第2片8155的PA口輸出00000001，PB口輸出00000001。

若要清除所設的故障點，只需要在單片機P1口和第二片8155的PA、PB、PC口分別輸出00000000控制代碼，汽車繼電器線圈斷電，繼電器恢復為常閉狀態，故障消失。

3.3 故障設置電路的控制程序

故障設置電路的控制程序主要包括系統初始化功能模塊、鍵盤掃描功能模塊、信息顯示功能模塊及故障設置與清除功能模塊等。系統初始化功能模塊主要用于設置單片機內部部件與8155的工作方式、命令口地址、端口地址等；鍵盤掃描功能模塊用于判斷按下按鍵的鍵號；信息顯示功能模塊主要用于顯示初始信息、故障點號碼、故障清除信息等；故障設置與清除功能模塊依據鍵盤輸入的故障號控制故障設置執行電路設置相應故障，在鍵盤要求清除故障時清除實訓臺上的所有故障點。

3.4 無線故障設置電路

汽車自動變速器電控系統實訓臺還帶有配套的無線自動考評系統。無線自動考評系統用Delphi編程語言設計而成，具有無線故障設置、學生考評及教師批閱等功能。自動考評系統的無線故障設置功能是在前面的故障設置電路的基礎上，通過附加無線信號發射器和接收器來實現的。用無線方式設置故障的基本原理如下：以設置故障點1為例，無線自動考評系統的教師端發出00001代碼，經PC機USB口送至發射器，經調制、放大后從天線發出并送到實訓臺接收器；經接收器進行解調等處理后送到單片機串口；經單片機系統處理后，得到00001代碼；單片機向P1口輸出控制代碼00000001；故障設置執行電路將1號繼電器的常閉開關斷開，第1號故障點設置完畢。

用教師端清除故障時，教師端發出11111代碼，經一系列傳送、處理后，單片機向P1口和第二片8155的PA、PB、PC口分別輸出00000000控制代碼，汽車繼電器線圈斷電，繼電器開關恢復為常閉狀態，故障點消失。

結語

汽車自動變速器電控系統實訓臺在汽車底盤電控系統檢測與維修課程和汽車故障檢測與維修實訓等教學中已經使用，并且運行穩定、效果良好，實訓臺上的故障設置電路也從未出現不正常的現象，完全符合預定的設計要求。正是由于實訓臺上設計了故障設置電路，能夠較好地模擬出實際汽車自動變速器可能出現的故障點，大大提高了學生檢修自動變速器故障的能力。

參考文獻

[1]徐愛鈞，等.單片機高級語言C51應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，1998.

[2]魏立峰，王寶興.單片機原理與應用技術[M].北京：北京大學出版社，2008.

[3]趙全利，張之楓.單片機原理及應用（C51版）[M].北京：機械工業出版社，2012.

[4]高惠芳.單片機原理與應用技術[M].北京：科學出版社，2010.

[5]張文灼.單片機技術與應用[M].北京：化學工業出版社，2010.

endprint

摘要：介紹了汽車自動變速器電控系統的組成與工作原理、實訓臺上的故障點，利用單片機技術設計了實訓臺故障設置電路，并分析了故障設置電路的基本工作原理和控制程序的基本功能模塊，最后指出了故障設置電路的工作性能和取得的教學效果。

關鍵詞：故障點；故障設置電路；工作原理

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A

1 概述

在汽車底盤電控系統檢測與維修課程教學中，汽車自動變速器的結構、工作原理及常見故障維修是課程的重點內容。自動變速器的結構和工作原理可以通過講解、拆裝自動變速器來實現。但常見故障維修內容卻不容易實現，原因在于現有自動變速器實訓臺或實車上難以設置不容易直觀看到的故障點。因此，我們依據課程教學的需要設計了01M自動變速器電控系統實訓臺。在該實訓臺上，模擬了30個實際的自動變速器上可能出現的故障點。這些故障點可以很方便地通過實訓臺的鍵盤進行故障設置和清除操作，并且不容易被直觀地發現，學生必須在分析自動變速器結構、工作原理的基礎上，利用檢測儀器才能檢查出故障點，從而培養學生檢修自動變速器電控系統故障的能力。

2 自動變速器電控系統故障點設計

自動變速器電控系統由變速器電控單元（ECU）、傳感器或狀態開關（如車速傳感器、發動機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、擋位開關、剎車開關等）及執行器（換擋電磁閥）等組成。自動變速器電控系統的傳感器和狀態開關監測汽車、發動機的運行狀態，接受駕駛員的指令，并將所獲得的信息轉換成電信號后送到變速器ECU。ECU對信號進行過濾、整形、放大、模數轉換、數據計算等處理，最終輸出模擬電信號驅動換擋電磁閥工作。電磁閥控制液壓控制系統的換擋閥，換擋閥打開或關閉通往換擋離合器和制動器的油路，從而控制換擋時刻和擋位變換，實現自動變速。由于ECU可以精準控制電磁閥，使得換擋和鎖止時間準確、換擋平順。

通過詳細地分析自動變速器電控系統的組成、工作原理及電路可知，自動變速器電控系統可能的故障有線路短路、線路斷路、線路虛接、零部件損壞等類型。由于模仿線路短路、線路虛接、零部件損壞可能會使電控系統受到損傷，因此在設計故障點時僅設計了線路斷路故障。在實訓臺上共設計了30個線路斷路的故障點。具體故障點如下：車速傳感器線路1斷路、車速傳感器線路2斷路、車速傳感器線路3斷路、起動鎖繼電器控制線斷路、P/N開關信號斷路、變速器ECU至起動鎖止和剎車燈繼電器的剎車燈信號斷路、多功能開關T68/63斷路、多功能開關T68/40斷路、多功能開關T68/62斷路、變速器ECU電源1斷路、變速器ECU電源2斷路、變速桿鎖止電磁閥斷路、制動燈開關信號斷路、變速器轉速傳感器線路1斷路、變速器轉速傳感器線路2斷路、變速器轉速傳感器線路3斷路、電磁閥N93電源斷路、電磁閥N93控制線斷路、電磁閥電源斷路、電磁閥N88斷路、電磁閥N89斷路、電磁閥N90斷路、電磁閥N91斷路、電磁閥N92斷路、電磁閥N94斷路、油溫傳感器斷路、發動機信號A斷路、發動機信號B斷路、發動機信號C斷路、診斷K線斷路等。

3 故障設置電路的設計

3.1 故障設置電路的組成

汽車自動變速器電控系統實訓臺的故障設置電路包括單片機系統電路、鍵盤與顯示電路、故障設置執行電路及單片機內部控制程序組成，如圖1所示。單片機系統電路由80C52單片機、時鐘電路、復位電路等組成；鍵盤與顯示電路由可編程接口芯片8155、6×6矩陣鍵盤、8位LED顯示器等組成；故障設置執行電路由可編程接口芯片8155、、汽車繼電器驅動器NUD3124、汽車繼電器SARM（12V）等組成。

3.2 故障設置電路的工作原理分析

在設置故障時，可以設置1個故障點，也可以同時設置2個或2個以上的故障點。若設置1個故障點，則通過鍵盤輸入故障點號并按確認鍵；若設置兩個或兩個以上的故障點，則每輸入1個故障點號后，按逗號鍵，最后一個故障號輸入完畢后，按確認鍵。單片機通過運行控制程序獲知所要設置的故障點號，并計算出控制代碼，如第1號故障點的控制代碼為00000001，通過單片機P1口輸出，P1.0腳變為高電平，NUD3124的漏極和源極導通，SARM的線圈通電，常閉開關斷開，第1號故障點設置完畢。在設置單一故障時，第1至30號故障點對應的控制代碼和輸出端口如表1所示，另有2路備用。

若同時設置多個故障，則由單片機進行統一運算后再輸出控制代碼。例如：設置1、2、8號故障，則P1口輸出10000011；若設置1、9、10故障點，則P1口輸出000000001，第2片8155的PA口輸出00000011；若設置1、9、17故障點，則P1口輸出000000001，第2片8155的PA口輸出00000001，PB口輸出00000001。

若要清除所設的故障點，只需要在單片機P1口和第二片8155的PA、PB、PC口分別輸出00000000控制代碼，汽車繼電器線圈斷電，繼電器恢復為常閉狀態，故障消失。

3.3 故障設置電路的控制程序

故障設置電路的控制程序主要包括系統初始化功能模塊、鍵盤掃描功能模塊、信息顯示功能模塊及故障設置與清除功能模塊等。系統初始化功能模塊主要用于設置單片機內部部件與8155的工作方式、命令口地址、端口地址等；鍵盤掃描功能模塊用于判斷按下按鍵的鍵號；信息顯示功能模塊主要用于顯示初始信息、故障點號碼、故障清除信息等；故障設置與清除功能模塊依據鍵盤輸入的故障號控制故障設置執行電路設置相應故障，在鍵盤要求清除故障時清除實訓臺上的所有故障點。

3.4 無線故障設置電路

汽車自動變速器電控系統實訓臺還帶有配套的無線自動考評系統。無線自動考評系統用Delphi編程語言設計而成，具有無線故障設置、學生考評及教師批閱等功能。自動考評系統的無線故障設置功能是在前面的故障設置電路的基礎上，通過附加無線信號發射器和接收器來實現的。用無線方式設置故障的基本原理如下：以設置故障點1為例，無線自動考評系統的教師端發出00001代碼，經PC機USB口送至發射器，經調制、放大后從天線發出并送到實訓臺接收器；經接收器進行解調等處理后送到單片機串口；經單片機系統處理后，得到00001代碼；單片機向P1口輸出控制代碼00000001；故障設置執行電路將1號繼電器的常閉開關斷開，第1號故障點設置完畢。

用教師端清除故障時，教師端發出11111代碼，經一系列傳送、處理后，單片機向P1口和第二片8155的PA、PB、PC口分別輸出00000000控制代碼，汽車繼電器線圈斷電，繼電器開關恢復為常閉狀態，故障點消失。

結語

汽車自動變速器電控系統實訓臺在汽車底盤電控系統檢測與維修課程和汽車故障檢測與維修實訓等教學中已經使用，并且運行穩定、效果良好，實訓臺上的故障設置電路也從未出現不正常的現象，完全符合預定的設計要求。正是由于實訓臺上設計了故障設置電路，能夠較好地模擬出實際汽車自動變速器可能出現的故障點，大大提高了學生檢修自動變速器故障的能力。

參考文獻

[1]徐愛鈞，等.單片機高級語言C51應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，1998.

[2]魏立峰，王寶興.單片機原理與應用技術[M].北京：北京大學出版社，2008.

[3]趙全利，張之楓.單片機原理及應用（C51版）[M].北京：機械工業出版社，2012.

[4]高惠芳.單片機原理與應用技術[M].北京：科學出版社，2010.

[5]張文灼.單片機技術與應用[M].北京：化學工業出版社，2010.

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摘要：介紹了汽車自動變速器電控系統的組成與工作原理、實訓臺上的故障點，利用單片機技術設計了實訓臺故障設置電路，并分析了故障設置電路的基本工作原理和控制程序的基本功能模塊，最后指出了故障設置電路的工作性能和取得的教學效果。

關鍵詞：故障點；故障設置電路；工作原理

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A

1 概述

在汽車底盤電控系統檢測與維修課程教學中，汽車自動變速器的結構、工作原理及常見故障維修是課程的重點內容。自動變速器的結構和工作原理可以通過講解、拆裝自動變速器來實現。但常見故障維修內容卻不容易實現，原因在于現有自動變速器實訓臺或實車上難以設置不容易直觀看到的故障點。因此，我們依據課程教學的需要設計了01M自動變速器電控系統實訓臺。在該實訓臺上，模擬了30個實際的自動變速器上可能出現的故障點。這些故障點可以很方便地通過實訓臺的鍵盤進行故障設置和清除操作，并且不容易被直觀地發現，學生必須在分析自動變速器結構、工作原理的基礎上，利用檢測儀器才能檢查出故障點，從而培養學生檢修自動變速器電控系統故障的能力。

2 自動變速器電控系統故障點設計

自動變速器電控系統由變速器電控單元（ECU）、傳感器或狀態開關（如車速傳感器、發動機轉速傳感器、節氣門位置傳感器、水溫傳感器、擋位開關、剎車開關等）及執行器（換擋電磁閥）等組成。自動變速器電控系統的傳感器和狀態開關監測汽車、發動機的運行狀態，接受駕駛員的指令，并將所獲得的信息轉換成電信號后送到變速器ECU。ECU對信號進行過濾、整形、放大、模數轉換、數據計算等處理，最終輸出模擬電信號驅動換擋電磁閥工作。電磁閥控制液壓控制系統的換擋閥，換擋閥打開或關閉通往換擋離合器和制動器的油路，從而控制換擋時刻和擋位變換，實現自動變速。由于ECU可以精準控制電磁閥，使得換擋和鎖止時間準確、換擋平順。

通過詳細地分析自動變速器電控系統的組成、工作原理及電路可知，自動變速器電控系統可能的故障有線路短路、線路斷路、線路虛接、零部件損壞等類型。由于模仿線路短路、線路虛接、零部件損壞可能會使電控系統受到損傷，因此在設計故障點時僅設計了線路斷路故障。在實訓臺上共設計了30個線路斷路的故障點。具體故障點如下：車速傳感器線路1斷路、車速傳感器線路2斷路、車速傳感器線路3斷路、起動鎖繼電器控制線斷路、P/N開關信號斷路、變速器ECU至起動鎖止和剎車燈繼電器的剎車燈信號斷路、多功能開關T68/63斷路、多功能開關T68/40斷路、多功能開關T68/62斷路、變速器ECU電源1斷路、變速器ECU電源2斷路、變速桿鎖止電磁閥斷路、制動燈開關信號斷路、變速器轉速傳感器線路1斷路、變速器轉速傳感器線路2斷路、變速器轉速傳感器線路3斷路、電磁閥N93電源斷路、電磁閥N93控制線斷路、電磁閥電源斷路、電磁閥N88斷路、電磁閥N89斷路、電磁閥N90斷路、電磁閥N91斷路、電磁閥N92斷路、電磁閥N94斷路、油溫傳感器斷路、發動機信號A斷路、發動機信號B斷路、發動機信號C斷路、診斷K線斷路等。

3 故障設置電路的設計

3.1 故障設置電路的組成

汽車自動變速器電控系統實訓臺的故障設置電路包括單片機系統電路、鍵盤與顯示電路、故障設置執行電路及單片機內部控制程序組成，如圖1所示。單片機系統電路由80C52單片機、時鐘電路、復位電路等組成；鍵盤與顯示電路由可編程接口芯片8155、6×6矩陣鍵盤、8位LED顯示器等組成；故障設置執行電路由可編程接口芯片8155、、汽車繼電器驅動器NUD3124、汽車繼電器SARM（12V）等組成。

3.2 故障設置電路的工作原理分析

在設置故障時，可以設置1個故障點，也可以同時設置2個或2個以上的故障點。若設置1個故障點，則通過鍵盤輸入故障點號并按確認鍵；若設置兩個或兩個以上的故障點，則每輸入1個故障點號后，按逗號鍵，最后一個故障號輸入完畢后，按確認鍵。單片機通過運行控制程序獲知所要設置的故障點號，并計算出控制代碼，如第1號故障點的控制代碼為00000001，通過單片機P1口輸出，P1.0腳變為高電平，NUD3124的漏極和源極導通，SARM的線圈通電，常閉開關斷開，第1號故障點設置完畢。在設置單一故障時，第1至30號故障點對應的控制代碼和輸出端口如表1所示，另有2路備用。

若同時設置多個故障，則由單片機進行統一運算后再輸出控制代碼。例如：設置1、2、8號故障，則P1口輸出10000011；若設置1、9、10故障點，則P1口輸出000000001，第2片8155的PA口輸出00000011；若設置1、9、17故障點，則P1口輸出000000001，第2片8155的PA口輸出00000001，PB口輸出00000001。

若要清除所設的故障點，只需要在單片機P1口和第二片8155的PA、PB、PC口分別輸出00000000控制代碼，汽車繼電器線圈斷電，繼電器恢復為常閉狀態，故障消失。

3.3 故障設置電路的控制程序

故障設置電路的控制程序主要包括系統初始化功能模塊、鍵盤掃描功能模塊、信息顯示功能模塊及故障設置與清除功能模塊等。系統初始化功能模塊主要用于設置單片機內部部件與8155的工作方式、命令口地址、端口地址等；鍵盤掃描功能模塊用于判斷按下按鍵的鍵號；信息顯示功能模塊主要用于顯示初始信息、故障點號碼、故障清除信息等；故障設置與清除功能模塊依據鍵盤輸入的故障號控制故障設置執行電路設置相應故障，在鍵盤要求清除故障時清除實訓臺上的所有故障點。

3.4 無線故障設置電路

汽車自動變速器電控系統實訓臺還帶有配套的無線自動考評系統。無線自動考評系統用Delphi編程語言設計而成，具有無線故障設置、學生考評及教師批閱等功能。自動考評系統的無線故障設置功能是在前面的故障設置電路的基礎上，通過附加無線信號發射器和接收器來實現的。用無線方式設置故障的基本原理如下：以設置故障點1為例，無線自動考評系統的教師端發出00001代碼，經PC機USB口送至發射器，經調制、放大后從天線發出并送到實訓臺接收器；經接收器進行解調等處理后送到單片機串口；經單片機系統處理后，得到00001代碼；單片機向P1口輸出控制代碼00000001；故障設置執行電路將1號繼電器的常閉開關斷開，第1號故障點設置完畢。

用教師端清除故障時，教師端發出11111代碼，經一系列傳送、處理后，單片機向P1口和第二片8155的PA、PB、PC口分別輸出00000000控制代碼，汽車繼電器線圈斷電，繼電器開關恢復為常閉狀態，故障點消失。

結語

汽車自動變速器電控系統實訓臺在汽車底盤電控系統檢測與維修課程和汽車故障檢測與維修實訓等教學中已經使用，并且運行穩定、效果良好，實訓臺上的故障設置電路也從未出現不正常的現象，完全符合預定的設計要求。正是由于實訓臺上設計了故障設置電路，能夠較好地模擬出實際汽車自動變速器可能出現的故障點，大大提高了學生檢修自動變速器故障的能力。

參考文獻

[1]徐愛鈞，等.單片機高級語言C51應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，1998.

[2]魏立峰，王寶興.單片機原理與應用技術[M].北京：北京大學出版社，2008.

[3]趙全利，張之楓.單片機原理及應用（C51版）[M].北京：機械工業出版社，2012.

[4]高惠芳.單片機原理與應用技術[M].北京：科學出版社，2010.

[5]張文灼.單片機技術與應用[M].北京：化學工業出版社，2010.

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