01M型自動(dòng)變速器教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

于晨斯，葉志彪

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西九江 332007）

01M型自動(dòng)變速器教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

于晨斯，葉志彪

（九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西九江 332007）

以大眾01M型自動(dòng)變速器為原型，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)一款適用于日常教學(xué)的多功能教學(xué)平臺(tái)。對(duì)液壓式自動(dòng)變速器教學(xué)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)及原理做了簡(jiǎn)要的闡述；對(duì)教學(xué)平臺(tái)的完成過(guò)程，平臺(tái)的功能以及使用方法做了系統(tǒng)的介紹。

01M自動(dòng)變速器；教學(xué)試驗(yàn)平臺(tái)；汽車；換檔

1 前言

現(xiàn)在常見的汽車自動(dòng)變速器示教板和教學(xué)平臺(tái)，往往會(huì)加裝維修診斷系統(tǒng)，大大的方便了故障的設(shè)置便于教學(xué)。示教板上會(huì)將原車的電路甚至油路系統(tǒng)繪制于示教板上，便于直觀觀測(cè)和教學(xué)。但是在傳感器方面省略了過(guò)多的傳感器，使得自動(dòng)變速器模擬真實(shí)車況不真實(shí)。由于主軸動(dòng)力輸入大多實(shí)驗(yàn)臺(tái)選擇電動(dòng)機(jī)輸入，在檢測(cè)轉(zhuǎn)速的儀表上通常選擇電機(jī)頻率而非轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的演示功能大多雖然比較盡如人意，但是在實(shí)驗(yàn)功能上尚有缺陷。

2 01M型自動(dòng)變速器教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案

01M型自動(dòng)變速器教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)汽車五檔自動(dòng)變速器工作原理，模擬實(shí)際行駛狀態(tài)而設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)教學(xué)輔助設(shè)備。儀器結(jié)構(gòu)力求經(jīng)湊、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、教學(xué)功能完備。將變速箱置于金屬臺(tái)架上，臺(tái)架底部安裝大功率電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)連接驅(qū)動(dòng)自動(dòng)變速箱使用380V電壓。輸出軸加裝轉(zhuǎn)速傳感器，模擬發(fā)動(dòng)機(jī)主軸轉(zhuǎn)速傳感器。實(shí)驗(yàn)臺(tái)操作面板安裝變頻調(diào)速器可通過(guò)手動(dòng)方式，和參數(shù)設(shè)定方式調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，將動(dòng)力傳遞給變速箱。變扭器內(nèi)部加裝10ATF油，通過(guò)導(dǎo)管連接ATF油散熱裝置通過(guò)220V電源驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。因其使用大眾系01M自動(dòng)變速器為實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體，必須具備自動(dòng)變速器的電控單元ECUJ220、發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元ECUJ217。安裝原車換檔手柄裝置，并連接換檔手柄位置信號(hào)。示教面板繪制相關(guān)電路圖，線路中在合理位置設(shè)置診斷座。制動(dòng)、檔位、主油壓、電磁閥工作等信號(hào)通過(guò)并聯(lián)導(dǎo)線連至示教面板顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。在操作面板上配有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、變速器轉(zhuǎn)速信號(hào)、變速器油溫信號(hào)顯示儀表便于實(shí)時(shí)觀測(cè)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。操作平臺(tái)還設(shè)置有點(diǎn)火開關(guān)、調(diào)頻調(diào)速器。輸出端保留一個(gè)車輪車軸上裝車速傳感器，車輪部分為降低成本減輕重量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)只保留剎車碟片連接制動(dòng)踏板，通過(guò)制動(dòng)踏板可模擬實(shí)際制動(dòng)車況。簡(jiǎn)化節(jié)氣門，只保留節(jié)氣門并置于控制面板上，安裝節(jié)氣門位置傳感器采集節(jié)氣門開度，于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可手動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)氣門位置模擬發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化但不能像原車采用電子設(shè)備控制節(jié)氣門。

圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)框圖

2.1 機(jī)械部件的設(shè)計(jì)與改造

本方案設(shè)計(jì)中的動(dòng)力源使用三相電機(jī)替代發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸出裝置。電機(jī)滿足可調(diào)頻功率輸出，清潔環(huán)保，安全可靠，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)中所采用大眾原廠的大眾01M自動(dòng)變速器，原廠輸入端連接于發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出端，本設(shè)計(jì)方案中動(dòng)力源為三相可調(diào)頻電動(dòng)機(jī)，為了布局合理，節(jié)省空間，故采用皮帶傳動(dòng)。皮帶傳動(dòng)能夠生產(chǎn)連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳導(dǎo)機(jī)械運(yùn)動(dòng)。

在車輛使用中，該自動(dòng)變速器的輸出端是外接于驅(qū)動(dòng)橋以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸，在此設(shè)計(jì)方案中因空間及成本限制，特選擇輸出端外接主軸直接輸出轉(zhuǎn)矩，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約空間的同時(shí)，在輸出主軸端加裝剎車盤，配備剎車踏板，保留剎車裝置，并在剎車盤端加裝車速傳感器，用以模擬車速信號(hào)，可以更直觀，更真實(shí)的模擬變速器運(yùn)行工況。

該換檔機(jī)構(gòu)變速桿有P、R、N、D、3、2、1七個(gè)位置。其中P為泊車檔，汽車停駐時(shí)使用該檔位。R為倒檔，到汽車需要倒車運(yùn)行時(shí)使用該檔位。D為前進(jìn)檔，汽車正常行駛途中常使用此檔位。3、2、1均為限速檔，當(dāng)變速桿位于3位時(shí)，檔位可在13之間轉(zhuǎn)換；當(dāng)變速桿位于2位時(shí)，檔位可在12檔之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換；當(dāng)變速桿位于1位時(shí)檔位被鎖定為1檔，此時(shí)汽車只能以一檔行駛，多用于爬坡。方案設(shè)計(jì)中所采用的換檔機(jī)構(gòu)是經(jīng)原車機(jī)構(gòu)改裝，保留了選檔操作的機(jī)械傳動(dòng)部分。

機(jī)械傳動(dòng)部分的傳遞路線大致為：通過(guò)選檔桿手柄控制選檔桿，選檔桿在滾柱作用下控制選檔桿拉索，通過(guò)拉索另一端的連接桿接入液壓換檔機(jī)構(gòu)控制液壓力進(jìn)行換檔操作。改造后的換檔機(jī)構(gòu)較原車換檔機(jī)構(gòu)中少了鎖止拉索以及方向盤鎖，因?yàn)樵摲桨冈O(shè)計(jì)中未涉及到方向盤操縱部分，為了節(jié)約成本，減少工作量，故舍去此部分。

2.2 電路部分設(shè)計(jì)與改造

本設(shè)計(jì)方案中采用的電控機(jī)構(gòu)是原捷達(dá)轎車上所采用的J217型變速箱自動(dòng)控制電腦及261206589型汽車電腦。電路沿用原車電路，并繪制于示教板上，安裝檢測(cè)插口。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦和汽車電腦因其涉及到匹配性，就是不同車型的發(fā)動(dòng)機(jī)電腦和汽車電腦內(nèi)部程序都有所不同具有一定的特異性。出于性能穩(wěn)定的考慮，使用原車的發(fā)動(dòng)機(jī)電腦和汽車電腦。

選取必須的四個(gè)傳感器為：主軸轉(zhuǎn)速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、車速傳感器、檔位信號(hào)傳感器。由于動(dòng)力輸入設(shè)備從發(fā)動(dòng)機(jī)換成了電動(dòng)機(jī)，曲軸也不存在了更沒有主軸轉(zhuǎn)速傳感器了。因此需要將主軸轉(zhuǎn)速傳感器加裝在電動(dòng)機(jī)輸入軸部分，并將信號(hào)接入原來(lái)主軸轉(zhuǎn)速傳感器所接ECU位置。車速傳感器的改造類似主軸轉(zhuǎn)速傳感器。由于保留了原有的檔位控制系統(tǒng)，檔位信號(hào)只需將線路接入原來(lái)ECU位置即可。

通過(guò)在示教板上安裝數(shù)字顯示器，通過(guò)數(shù)字電路的控制將換檔信息顯示在示教板上。數(shù)字顯示器可顯示1、2、3、4、N、P、R等各個(gè)檔位，當(dāng)控制換檔的電磁閥接通時(shí)相對(duì)的信號(hào)控制數(shù)字顯示器完成檔位提示。

2.3 閥體油路的改造

設(shè)計(jì)中沿用了原變速器閥板上七個(gè)電磁閥：N88、N89、N90、N91、N92、N93、N94。其中N91為變矩器鎖止電磁閥，N93為油壓調(diào)節(jié)電磁閥，N88、N89、N90為換檔電磁閥，負(fù)責(zé)檔位轉(zhuǎn)換，為通電保壓型。N92、N94為換檔平順電磁閥，在升降檔的瞬間它們短暫工作，以保證換檔平順。以下為電磁閥各檔工作情況。另外，為了更直觀，更合理的展示各電磁閥在換檔中的工作情況，本方案設(shè)計(jì)中采用了并連接線的方法，從每個(gè)電磁閥兩端接出引線連接指示燈，當(dāng)電磁閥通電時(shí)，指示燈會(huì)亮起以表示電磁閥工作，將指示燈安裝于示教面板上，方便學(xué)習(xí)者更加直觀的了解各檔位時(shí)電磁閥的工作情況。

在油路設(shè)計(jì)中沿用了大眾01M自動(dòng)變速器原廠油路。在保證變速器正常運(yùn)行的同時(shí)，節(jié)約了改裝成本，減少了工作量。

以下以R檔為例，分析其油路工作狀況。

圖2 油路圖

上圖為R位時(shí)油路工作情況，如上圖所示。R位時(shí)換檔電磁閥N88，N89斷電、泄油，換檔電磁閥N90通電、保壓（供油）。N88斷電、泄油，K1換檔閥下部油液被排空，K1換檔閥在彈簧作用下處于下位。N89斷電、泄油，B2換檔閥下部油液被排空，B2換檔閥在彈簧作用下處于下位。N90通電、保壓，K3換檔閥下部受N90輸出油壓作用，K3換檔閥壓縮彈簧上移，處于上位。

來(lái)自手動(dòng)閥的主油路油液流向換檔平順閥，被換檔平順閥上部圓柱面封堵。手動(dòng)閥開通兩路R路油液：一路上行，經(jīng)單向節(jié)流閥為倒檔離合器K2供油；另一路經(jīng)雙向節(jié)流閥流向K1換檔閥，通過(guò)K1換檔閥上部第一個(gè)切槽流出后又分為兩路：一路經(jīng)節(jié)流孔為B1供油；另一路向B2K3供油、泄油轉(zhuǎn)換閥的左端，B2K3供油、泄油轉(zhuǎn)換閥在油壓作用下壓縮彈簧右移，處于右位，結(jié)果B2K3的供油通道被切斷的同時(shí)，泄油通道被接通，這保證了B1進(jìn)入工作時(shí)，B2和K3退出工作。倒檔離合器K2和倒檔制動(dòng)器B1工作，便實(shí)現(xiàn)了R位。

通過(guò)上述裝配和改造，01M自動(dòng)變速器教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)將能夠模擬自動(dòng)變速器的各種工況，并能進(jìn)行結(jié)構(gòu)講解，故障設(shè)置與排除，變檔參數(shù)采集等實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)論

綜合上述內(nèi)容歸納本設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)有如下幾點(diǎn)：

1）動(dòng)力裝置由電動(dòng)機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī)并安裝可調(diào)頻裝置控制其轉(zhuǎn)速模擬發(fā)動(dòng)機(jī)主軸。

2）繪制原車電路圖于示教板上，并裝配插線口便于故障設(shè)置和排除。

3）將控制油路的電磁閥接于示教板上直觀顯示各檔位的油路控制關(guān)系。

4）裝有多種傳感器，模擬車速，轉(zhuǎn)速儀表板。并能根據(jù)各傳感器參數(shù)改變換檔規(guī)律。便于各種實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。

5）安裝制動(dòng)裝置可模擬減速過(guò)程換檔規(guī)律，也可以設(shè)置制動(dòng)力模擬風(fēng)阻、坡道阻力。

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)于汽車類專業(yè)的教學(xué)開展有著廣泛的作用，便于學(xué)生更直觀的了解自動(dòng)變速的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、工作原理。在功能上具有模擬自動(dòng)變速器運(yùn)行功能，故障設(shè)置于診斷功能，仿真性能試驗(yàn)功能，維護(hù)與保養(yǎng)的教學(xué)功能等。改裝與制作過(guò)程節(jié)約了成本值得廣泛推廣。

本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研制過(guò)程也存在不足有待將來(lái)改進(jìn)。由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)采取金屬框架制作，皮帶輪傳動(dòng)，安裝有風(fēng)扇對(duì)變速器液壓油進(jìn)行冷卻等多種因素，在高檔位運(yùn)行時(shí)震動(dòng)和噪聲較大。在將來(lái)的改進(jìn)中可安裝減震彈簧、隔音設(shè)備降低噪聲。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)真實(shí)的仿真了原車線路圖繪制于示教板，將來(lái)可將油路圖也繪制于示教板，并對(duì)油路故障加以設(shè)置與排除。

〔1〕Gonejie.Study on shift schedule of automatic transmission to improve engineering vehicular efficiency.Chinese Journal of Chinese Mechanical Engineering［J］，2004.

Design of Teaching Platform of 01M Automatic Transmission

Yu Chensi，Ye Zhibiao
（Jiujiang Vocational and Technical College，Jiujiang，Jiangxi，332007）

The Volkswagen 01M automatic transmission was chosen as stereotype.After the structural simplification and improvement undertaken，the multifunctional teaching platform intended for teaching was done.The author first gives introduction to the structures and principles of the automatic transmission teaching platform，which is followed by the systematic discussion of the transformation process of the platform，its functions and usage.

01M automatic transmission；experimental teaching platform；vehicle；gear－changing

U467

B

1009－9522（2014）01－0019－03

2013－09－26

于晨斯，九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院講師，研究方向：汽車、機(jī)械工程。

江西省教育廳課題《基于“零距離就業(yè)”的“CAD／CAM”技能培養(yǎng)的研究》（JXJG－12－30－11）