1A340E自动变速器实验台说明书.docx
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1A340E自动变速器实验台说明书
本科学生毕业设计
A340E自动变速器实验台设计
系部名称：
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
职称：
TheGraduationDesignforBachelor'sDegree
TheDesignforTest-bedofA340EAutomaticTransmission
摘要
电子自动控制技术的发展使得自动变速器在汽车上的应用日益广泛，准确、快速、有效地检测自动变速器工作性能对于汽车的动力性、经济性和安全性十分重要。
目前，国外对汽车自动变速器工作性能的检测方法广泛采用的方法是实际装车路试，但从试验情况看，该方法费用高、周期长、要求高，而这些缺点恰恰无法满足教学的要求。
为克服这些不足，实现在汽车专业教学中对自动变速器性能检测实现台架化是一个比较合理的选择。
本设计主要是针对丰田A340E自动变速器进行展开，首先介绍了A340E自动变速器的内部结构、工作原理及运行情况。
在此基础上，提出了一种以教学为目的的自动变速器实验台设计方案。
针对它的教学目的，该实验台的特点是结构相对较为简单，实验台设有检测端子和自诊断接口，便于在教学过程中，让学生直观了解并通过设置故障增强其动手能力，以达到良好的教学效果。
关键词：
A340E；自动变速器；实验台；教学；故障模拟及检测
ABSTRACT
Thedevelopmentofelectronicauto-controltechnologyallowsautomatictransmissionoftheapplicationinthecarbecomesmoreextensive,accurate,rapidandeffectivedetectionperformancefortheautomatictransmissionofpowermotorvehicles,economyandsecurityisveryimportant.Atpresent,foreignautomobileautomatictransmissionperformanceofthedetectionmethodiswidelyusedintheactualloadingoftheroadtest,butfromthetestsituation,themethodofthehighcostoflonganddemanding,whichispreciselytheshortcomingsofteachingcannotmeettherequirements.Toovercomethesedeficiencies,theachievementofprofessionalteachingintheautomotiveautomatictransmissionperformancetestingonthebenchistoachieveamorereasonablechoice.
ThedesignismainlydirectedagainstToyotaA340Eautomatictransmissiontostart,firstofallintroducedtheA340Eautomatictransmission'sinternalstructure,workingprincipleandoperation.Onthisbasis,ateachingoftheautomatictransmissionforthepurposeoftest-beddesign.Forthepurposeofteachingit,thetest-bedstructureischaracterizedbyrelativelysimpletest-bedhasadetectionterminalandself-diagnosticinterfacetofacilitatetheprocessofteachingtoenablestudentstounderstandandintuitivefaultbysettingthehandstostrengthentheircapacityinordertoachievegoodteachingeffectiveness.
Keywords：
A340E；AutomaticTransmission；Test-bed；Teaching；Faultsimulationandtest
第1章绪论
1.1研究的目的及意义
汽车传动系中自动变速技术一直是人们追求的目标，变速的自动化是车辆发展的高级阶段，它的发展经历了漫长的历程。
30年代初，英国、美国等国将液力传动应用于公共汽车，到第二次世界大战期间，许多军用车辆和专用汽车也开始采用液力传动装置，在40年代初，美国成功地研制出两挡液力一机械自动变速器，1947年，美国通用公司率先将此类自动变速器应用于批量生产的小轿车上。
在70年代，西欧及美国的商用汽车中使用液力自动变速器的己占全部商用汽车的80%以上。
80年代，美国将液力自动变速器作为轿车的标准装备，1983年美国通用汽车公司液力自动变速器装车率已达到94%。
日本生产的小型客车和轿车中液力自动变速器的装车率也不断增长，1986年已达到41%。
随着自动变速器的发展，其结构和性能也在不断完善，特别是近年来随着电子技术和自动控制技术在汽车上的应用，出现了电控自动变速器，它可以实现与发动机的最佳匹配，获得最佳的经济性、动力性、安全性并达到降低发动机排汽污染的目的。
近几年我国大量进口和合资生产的中高档轿车中，据统计价格在14万元以上的轿车绝大部分装有自动变速器，因此在我国维修自动变速器将有广阔的市场。
由于自动变速器结构复杂，维修技术要求高，仅靠传统的维修方法很难保证维修质量，需要一种适用于维修企业使用的自动变速器维修检测设备，以提高自动变速器的维修质量，本项目就是在市场调研的基础上设计出一种适应维修企业使用的自动变速器检测试验台。
1991年汽车制造业就“汽车液力变速器台架性能试验方法（QC/T29033一91）”制定了行业标准[1]，并于1999年进行了修订，在此标准中就制造厂生产的自动变速器试验项目、测量参数、试验条件、试验设备和测量仪器、试验方法、数据处理及试验报告等项目进行了规范，而汽车维修业没有出台有关标准，自动变速器维修后台架性能试验照搬制造业的标准显然有许多不妥之处，例如己经设计好的液力变矩器其滑差在使用中一般不会发生变化，维修后就不必做此项台架试验，因此有必要研究自动变速器维修后的性能试验方法，既能检测出自动变速器的性能，又能满自动变速器的使用要求。
汽车维修企业使用的检测设备不同于汽车制造业使用的检测设备，它首先要求在满足使用性能的基础上价格低廉，价格昂贵的设备很难在汽车维修行业推广，而对检测设备的精度要求比较低，这也为降低检测设备的成本提供了有利的条件。
另外，规模稍大的汽车维修企业维修的车型比较复杂，这就要求检测设备能够通用，一种检测设备能够检测多种车型。
设计出一种在汽车维修企业使用的既能检测出自动变速器的性能，又价格适中的检测设备无疑对提高自动变速器的维修质量是一个有力的促进。
1.2国内外研究现状
解放初期，我国还没有一个专业的汽车检测与维修设备制造企业，汽车维修靠手工或简单的机具进行作业。
自60年代后，由于政府有关部门的重视，才逐步建立了一些汽车维修设备生产企业，开始制造一些结构简单的设备，如举升机、液压拆装设备和维修工具等。
到了70年代，特别是80年代以来，随着我国汽车保有量的迅速增长，促进了汽车检测维修设备企业的发展，并开始开发研制具有一定水平的检测维修设备.但是由于装备自动变速器的汽车是近几年才大量进入我国，自动变速器检修设备一直处于较低水平，目前国内市场上仅有山西省汽车保修机具供应站生产一种称作“中国首台自动变速器维修专用试验台”的ZYJ一1型自动变速器试验台，该试验台在实验时不装液力变矩器，即不能试验液力变矩器的性能，由于不试验液力变矩器所以该设备结构简单，成本低，售价相对较低;该设备采用液压马达进行动力输入，输入额定转矩为200N·m，输入转矩较小，不能满足大排量汽车自动变速器对自动变速器的检修试验的要求，由于在实验时不装液力变矩器，所以靠试验台提供自动变速器系统油压，这样不能完全模拟实际使用工况，但是可以拆除油底壳进行试验，当阀体漏油时可以一目了然的看到；设计的ZDC-1型电磁阀测试仪可以对12种以上车辆的自动变速器进行换挡控制，可以用于试验台检测时使用，也可单独就车路试，此设备值得借鉴。
目前我国北京四惠汽车修理公司、广东花都汽车修理公司及广西南宁富缘川汽车修理有限公司引进了英国幻下公司开发的用于汽车维修行业使用的自动变速器试验台，该试验台能对自动变速器进行动态模拟测试，检测的技术指标包括在不同负荷的控制油压、输入、输出转速、冷却流量、离合器、制动器是否打滑等指标。
该机的作用主要在两个方面:
其一在自动变速器维修前对自动变速器进行诊断、分析，对以后的维修提供数据；其二为维修后出厂的自动变速器作性能检测，以保证维修后的出厂质量。
其结构可分为自动变速器试验台台架、模拟加载装置、动力供应部分、连接附件、控制台等五个部分组成。
ATP一UK一30型动力装置为73kw的调频电机作为动力输入消TP一CN一200型采用一个排量为4L的发动机作为动力输入装置，采用仪表显示，独立控制，其连接设计了快速连接机构，能对数十种自动变速器进行快速连接;其模拟负载装置采用了风冷的电涡流测功机。
此设备设计较先进，可以试验多种型号的自动变速器，应用范围较广，特别是快速连接机构值得借鉴，但是设备价格较昂贵，只有在较大的修理企业且在北京、广东等自动变速器维修量较大的地方才能考虑购买，一般汽车修理企业在产品的价格上较难接受。
1.3设计的主要内容
1、掌握自动变速器的结构、工作原理；
2、进行自动变速器实验台总体结构的设计；
3、进行实验台动力源的设计；
4、绘制自动变速器实验台显示面板布置图和零件图；
5、绘制实验台总装配图。
第2章A340E自动变速器的结构和工作原理
只有了解了被试件的结构、工作原理、特性及与其他部件的匹配关系后，才能更好地对试验台和被试件的连接及试验台机械系统进行合理的设计改进。
在此根据试验台设计及测试过程的要求对丰田A340E自动变速器的结构和工作原理进行了阐述，进而制定自动变速器台架的试验方法（包括试验所需采集数据、试验流程等）。
本设计选取A340E型自动变速器作为工作演示自动变速器。
A340E自动变速器被用于丰田皇冠轿车上，该变速器有四个前进档，液力变矩器带锁止离合器，行星齿轮变速器为三行星排辛普森式，采用电液式控制系统。
是用于后轮驱动的自动变速器。
2.1A340E自动变速器的结构及工作原理
A340E自动变速器是电控液力式自动变速器，由液力传动装置（液力变矩器）、辅助变速器（行星齿轮机构）、液压控制系统及电子控制系统四大部分组成[2]。
2.1.1液力传动机构
图2.1带锁止离合器的液力变矩器结构
车用液力传动装置有液力耦合器和液力变矩器两种，变矩器是用液力来传递汽车动力的，而工作油液的内部摩擦会造成一定的能量损失，因而传动效率较低。
为提高汽车的传动效率，减少燃油消耗，丰田A340E自动变速器采用一种带锁止离合器的液力变矩器。
结构如图2.1所示。
锁止离合器由主动部分、从动部分和控制部分组成。
主动部分为液力变矩器外壳，从动部分为一个可作轴向移动的压盘。
压盘右侧的工作油液与液力变矩器水、泵轮、涡轮等中的工作油液相通，压盘左侧的工作油液通过变矩器输出轴中间的控制油道与阀体总成上的锁止控制阀相通。
锁止控制阀有油道与压盘的左右油腔相接，通过改变压盘两侧的油压使锁止离合器处于分离或接合状态。
当车速较低时锁止离合器压盘左侧油腔与来自锁止离合器控制装置的进油道相通，锁止离合器压盘两侧保持相同的油压，此时锁止离合器处于分离状态，输入液力变矩器的动力通过工作油液全部传至涡轮。
当车速等因素满足锁止离合器的锁止条件时，控制装置便改变油路方向，使油道进油，A油道回油；锁止离合器压盘左侧的油压下降，而压盘右侧的油压仍为液力变矩器油压，压盘在左右两侧压力差的作用下压紧在液力变矩器壳上，此即锁止离合器处于接合状态。
这时输入液力变矩器的动力通过琐止离合器的动力通过琐止离合器的机械连接，由压盘直接传至输出轴输出，传动效率为100%。
2.2.2行星齿轮机构
图2.2A340E自动变速器的行星齿轮机构和换档执行机构
图2.3丰田A340E自动变速器行星齿轮机构
A340E型自动变速器的辅助变速器为行星齿轮机构，其前、后两排行星齿轮共用一个太阳轮，输出轴与前行星架和后齿圈相连，前进档离合器C1连接的是输入轴和前齿圈，而倒档及高速档离合器C2则将输入轴和共用太阳轮连接在一起。
在各档制动器中，2档滑行B1为一带式制动器，位于变速器壳体与共用太阳轮之间，用于固定共用太阳轮。
2档制动器和倒档制动器都是多片式制动器，B2位于变速器壳体与2档单向离合器F2之间，通过F2的联合作用，防止共用太阳轮发生逆时针方向的转动；而B3则位于壳体与后行星架之间，工作时固定后行星架，使其无法转动，单向离合器F1与倒档制动器B3并联安装，作用是防止后行星架的逆时针转动。
超速档单排行星齿轮机构的超速档输入轴与超速档行星架相连，超速档离合器C0连接的则是超速档太阳轮和超速档行星架，超速档制动器B0也是多片式结构，位于变速器壳体与超速档太阳轮之间，作用是工作时固定住太阳轮。
超速单向离合器F0与C0并联，可防止超速档太阳轮逆时针旋转。
超速档行星齿轮机构通过超速档齿圈与后面双排行星齿轮机构的输入轴连接在一起。
换档执行元件的不同组合将产生不同的传动比，变速器的传动比根据车速和发动机负荷自动变换。
A340E自动变速器各档传动比列表2.1。
表2.1A340E自动变速器各档传动比
各档传动比
自动变速器档位
传动比
1档
2.804
2档
1.531
3档
1.000
O/D档
0.705
倒档
2.393
2.2.3液压控制系统
液压控制系统是根据汽车行驶速度和发动机负荷自动或手动地改变控制液压的流向，从而实现对辅助变速器换档执行元件的控制。
液压控制系统的主要作用为：
（1）控制换档元件在合适时刻接合或分离；
（2）根据车速和发动机负荷变化，决定换档时刻；
（3）向液力变矩器提供一定压力的工作液，防止变矩器内工作液出现气蚀现象，同时对各运动部件进行润滑。
A340E自动变速器的液压控制系统由油泵、阀体、电磁阀、离合器及连结上述各部件的油道组成。
油泵用于给变矩器提供一定压力的工作液，使行星齿轮得到润滑，为变速器液压控制系统提供控制油压。
控制阀总成将油泵输出的油压按照需要分配到各用油部位，它是液压控制油路的核心组成部分，其主要由控制阀壳体及压力调节阀、手动控制阀、换档阀、节流阀等多个阀门组成，所有阀门都装配在控制阀壳体内，控制阀总成通过螺栓固定在辅助变速器壳体的下方。
液压控制框图如图2.4。
图2.4液压控制框图
控制系统中的油压信号是测试过程中的重要参数，这些油压信号反映了执行换档元件的工作状态[3]。
（1）油路压力
油路压力对自动变速器的工作性能工作状况尤为重要，它控制着自动变速器中所有离合器。
如果初级调压阀工作不正常，油路压力会出现过高或过低。
若油路压力过高会导致换档冲击加大以及由于油泵负荷加重而带来的发动机功率损失；油路压力过低会导致离合器的打滑，严重时会使车辆无法行驶。
如果出现此种现象则应测试油路压力是否标准。
（2）节气门油压
节气门油压始终与发动机节气门开度保持一致。
该节气门油压作用于初级调压阀，因此，油路压力也就会随节气门阀开度变化。
在全液压控制的自动变速器中，节气门油压是作用于调节油路压力以及作为变速器升档、降档的信号压力。
然后，对于ECU，节气门油压仅作用于控制调节油路压力。
因此，变速器油门拉线调整不当就会导致油路压力过高或过低，从而又产生换档抖动及离合器、制动器打滑的故障。
2.2.4电子控制系统
电子控制系统的作用是控制换档工作点和锁止离合器的工作状况，A340E自动变速器的电控系统包括：
传感器、ECU、执行器，图2-5为其控制系统图。
传感器
驾驶模式选择器
空挡启动开关
节气门位置传感器
车速传感器
制动灯开关
O/D主控开关
巡航控制ECU
水温传感器
ECU
换档时刻控制
锁止时刻控制
自诊断系统
反馈系统
执行器
1号电磁阀
2号电磁阀
自诊断系统
反馈系统
图2.5A340E自动变速器电控系统图
1.各种传感器这些传感器探测车速、节气门开度和其他状况，并将这些信息以电信号的形式送给ECU。
2.ECUECU根据各种传感器发来的信号确定换档时机和锁止时刻，并相应地控制液压控制系统的电磁阀。
3.执行器执行器有3个电磁阀。
它们控制着作用于液压阀上的油液压力，从而实现对换档时机和锁止时刻的控制。
电子控制系统中的选档控制由车载ECU或专门换档计算机来执行，换档操纵则由电磁阀进而控制液压控制阀完成。
为了得到准确迅速及可靠的换档，液压控制阀与电磁阀在结构、功能上必须做到相应的匹配，以保证液压控制阀实现可靠换档、保证平稳结合、换档联锁、电磁阀功能失效时仍能应急工作。
2.2A340E自动变速器各档动力传递路线[4]
（1）驻车档（P档）与行星齿轮机构相关的各执行元件都不工作，机构处于空档状态，同时机械锁止机构将输出轴上的外齿锁住，因而自动变速器的输出轴和汽车的驱动轮都无法转动，处于驻车制动工况，故称驻车档。
（2）空档（N档）各档执行机构的动作和驻车档相同，各执行元件都不工作，其前、后行星排都处于空转状态，发动机动力虽经入自动变速器，输出轴无动力输出。
前进档（D档）
1）1档参加工作的执行元件有C0、C1、F0、和F1。
其动力传动路径如图2.6所示。
图2.6D-1档传动路线
2）2档若在D位时发动机节气门开度增大或汽车行驶阻力减小，车速将有所升高，达到一定程度后，自动变速器自动转入2档行驶。
这时，C0、C1、B2、F0和F2执行机构元件参加工作，其传动路径如图2.7所示。
图2.7D-2档传动路线
3）3档（直接档）3档是直接档。
当汽车行驶速度更高时，自动变速器换入此档，这时参加工作的执行元件有C0、C1、C2、B2和F0。
由于C1和C2的工作，使动力分别经前齿圈和共用太阳轮，将二者与输入轴连为一个整体，虽然B2工作，但由于F2的缘故，无法阻止共用太阳轮与前齿圈一道顺时针转动。
在前行星排中，已有两个元件同速同方向转动，所以前行星架必与它们一道旋转，以不变的转速经输出轴将动力输出。
与前进档的2档相同的是，这时后行星排也处于空转状态。
（3）超速档（4档）若汽车的行驶速度更高，那么，在按下超速档开关后，汽车将自动地以超速档，即4档行驶。
在该档位下，参与工作的执行机构元件有C1、C2、B0、B2和F2，其动力传动路径如图2.8所示。
图2.8D-4档传动路线
（4）倒档（R位）倒档时参与工作的执行机构元件有C0、C2、B3和F0，其动力传动路径如图2.9所示。
图2.9R档传动路线
（5）前进低档
1）“2”位操纵手柄置于“2”位时，自动变速器只能自动地在前进档1和前进档2档之间工作。
“2”位1档的传动情形与前进档1档相同，故不赘述。
“2”位2档工作情形基本上与前进档2档相同，只不过是为实现发动机制动的要求，执行机构元件参与工作的多了一个B1，正因为如此，这里仅讨论出现发动机制动时的问题。
所谓发动机制动，是指汽车连续下坡时，会因其重力的分力作用而持续加速，因而需要频繁地使用脚制动。
随着时间的延长，车轮制动器将发生过热和制动性能热衰退，所产生的后果是很危险的。
如果驾驶员将操纵手柄置于“2”位，并在确保发动机不熄火的前提下松开油门踏板，此时发动机转速降至怠速。
汽车在惯性作用下仍以原来的车速前进，驱动轮将通过自动变速器输出轴反向带动行星齿轮机构运转，这样可以利用发动机内部的压缩阻力来起到一定的汽车制动效果。
之所以要换入低速档，是因为该制动效果的明显与否，不仅与发动机内部的压缩阻力以及转动惯量的大小有关，而且还与自动变速器的传动比大小有关。
低速档时，传动比要比高速档时大许多，因而所得到的发动机制动作用要较高速档时强烈得多。
如图3-5所示，转速较高的输出轴将动力反传至前行星架，若前者顺时针转动，那么后者也将随之同方向转动，但这时仅类似前进档2档那样以B2和F2投入工作，则共用太阳轮还将有顺时针转动的可能性。
为此，特别用B1来固定共用太阳轮，从而与B2和F2一起确保共用太阳轮既不能顺时针，也不能逆时针旋转。
于是，前行星架就带动前齿圈岁输出轴顺时针转动，经C1以及超速档行星齿轮机构后，反拖发动机，实现发动机制动。
图2.102-2档传动路线
2）“1”位操纵手柄置于“1”位时，自动变速器只能在1档工作，或从较高档位强制降为1档。
为了得到较强的发动机制动效果，与前进档1档相比，“1”位时执行元件中多出了B3与原来的C0、C1、F0和F1一道投入工作。
“1”位时的动力传递路径与前进档1档相同，所以这里仅讨论其发动机制动问题。
需要发动机制动时，输出轴将动力反传至后齿圈，使二者一起顺时针旋转，如图7所示。
由于B3和F1的协同作用，后行星架静止不动，从而经后行星架的中介作用，共用太阳轮发生逆时针旋转。
对前行星排来说，前行星架随输出轴顺时针转动，而共用太阳轮却逆时针转动。
因此，前行星轮带动前齿圈顺时针旋转，将动力经C1向前传至发动机，实现发动机制动。
图2.11“1”位（一档）发动机制动功能示意图
2.3本章小结
随着汽车技术的不断发展和人们对安全需求的不断增长，自动变速器逐渐成为汽车上的标准配置。
提高和改善自动变速器的性能一直是科研工作者追求的目标。
随着新理论、新材料、新技术等的不断应用，结构更简化、性能更强、成本更低的自动变速器产品将不断推出，汽车安全性、舒适性、环保性，也将因此得到进一步的改善和提高。
第3章自动变速器性能检测诊断技术
自动变速器试验台的测试内容、项目、流程的制定，首先应深入研究自动变速器结构，分析出哪些参数能表明自动变速器各零部件工作正常与否；其次应总结现有试验方法、流程，得出适合台架试验的实验方法，以便更高效、全面地测试变速器的工作参数、了解其性能状况。
3.1现有检测内容
随着微机在汽车上的应用，汽车诊断技术水平越来越高，故障诊断方式也出现了多样化的趋势。
目前，主要有以下几种检验故障的方式：
3.1.1自动变速器检查
（一）、基础检验
1、发动机怠速检验：
本检验用于检验当空制手柄处于“N”或“P”位时，其发动机转速是否在规定值范围内。
2、自动变速器液位和油品检验：
本检验用于液位
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