电子控制系统的结构

任务一　电子控制系统的结构

【任务目标】

1．了解电控自动变速器的优点。

2．了解电子控制系统的作用。

3．掌握电子控制系统的结构。

4．掌握电控系统各组成部分的结构和作用。

【任务分析】

电子控制系统是自动变速器的控制中心，现代自动挡汽车基本采用电控自动变速器，自动变速器电子控制系统结构简单，理论抽象，教师从“电子控制系统如何控制自动变速器自行换挡？”这一问题主线出发与液控自动变速器相对比，引导出学生对电子控制系统的认识。在教学过程中，采用教师启发式讲解、最好配与挂图、实物相结合，把抽象的理论简明化。

【相关理论】

一、电控与液控自动变速器的换挡控制的区别

电控自动变速器中增加了电脑和相关的传感器和执行器，车速和负荷不再转变成油压信号，而是通过车速和节气门位置传感器转变成电信号输入电脑，经过分析、运算和对比后向液控系统发出相应信号，再由液控系统控制换挡阀进行挡位变换。电控与液控自动变速器的区别如图5-1所示。

图5-1　电控与液控自动变速器换挡控制的区别

二、电控自动变速器的优点

液控自动变速器由于换挡控制取决于液体的流动，因此在升降挡的过程中会出现一些延迟，不能快速响应车辆行驶过程中的各种要求。在自动变速器的控制系统中引入电控装置，可提高控制精度。电控自动变速器的信号采集和指令的传输都采用电压信号。电控自动变速器简称ECT，可以减少变矩器的动力损失和加快变速器的响应速度。油路较液控的少，控制阀也相应的减少。与液控自动变速器相比，电控自动变速器的优点有：

1．可以选择适合于自己的驾驶模式。液控变速器的换挡程序是固定的，换挡正时和锁止正时是不变的。电控变速器电脑中可存储若干驾驶模式供驾驶员选择。

2．换挡冲击小，乘坐舒适性好。电控自动变速器换挡时机精确，换挡冲击小于液控变速器。

3．经济性好。

4．具有自诊断功能。ECU内设有自诊断系统，可以将电控系出现的故障存储在存储器内，并通过一定方式告诉驾驶员。检测到的故障仅限于电气元件和连接线路，机械方面的故障不能显示。

5．具有失效保护功能。电控自动变速器的控制电脑中装有失效保护功能，当电控系诊断到故障时，会进入失效保护程序，对原有程序进行修改调整，以维持车辆接近正常的行驶状态继续行驶。

三、自动变速器电控系统的作用

自动变速器电控系统的作用是由计算机接收来自传感器的信息，经处理后向执行器发出指令，由执行器完成相应的工作。自动变速器的电子控制装置还设有反馈系统，随时检查指令的执行结果，如果动作的执行有偏差，计算机还会修正输出指令直至动作达到要求。

四、自动变速器电控系统的组成

自动变速器电控系统由传感器、电子控制单元ECU（PCM）、执行器、各种开关、指示装置等构成，如图5-2所示。

图5-2　自动变速器电控系统的组成

1．传感器主要有节气门位置传感器（TPS）、车速传感器（VSS）和油温传感器等。

2．电脑是自动变速器电子控制系统的核心。

3．执行器包括各种电磁阀等，主要有换挡电磁阀、PWM阀、TCC阀，继电器、灯。

4．开关主要有O/D挡开关、模式开关、制动开关、P/N开关、巡航开关、强制低挡开关。

5．线束等。

图5-3、图5-4为自动变速器各传感器、执行器、开关、指示装置所在位置示意图。

图5-3　电子控制系统中传感器、执行器的分布

图5-4　电子控制系统中各种开关、指示装置的分布

五、自动变速器电子控制系统传感器及信号指示装置的组成

1．节气门位置传感器。

（1）节气门位置传感器的作用：自动变速器都采用线性可变电阻输出型节气门位置传感器，安装在节气门体上，用于检测节气门的开度并将其转换成电信号传给ECU，以便进行换挡正时控制和锁止正时控制。

图5-5　线性可变电阻输出型节气门位置传感器的内部结构

1 怠速开关滑动触点；2 线性电位计滑动触点；A 基准电压；B 节气门开度信号；C 怠速信号；D 接地。

（2）节气门位置传感器的组成。

如图5-5、5-6所示，节气门位置传感器由壳体、电位计、电插座等组成。电位计的触点臂与节气门轴联动，只有V_C端子为5V的输入电压，V_TA是信号输出端子，IDL为怠速信号输出端子，E₂为地线。节气门开度变化时，V_TA向发动机电脑提供变化的电压信号。

图5-6　节气门位置传感器的外部结构

2．车速传感器（VSS）

（1）车速传感器的作用。

车速传感器安装在变速器输出轴上，将车辆的行驶速度信号转换成电压信号输送至ECU，用于控制换挡的过程。常见的车速传感器有电磁式、舌簧式和霍尔式等。霍尔式应用较少，下面主要介绍电磁式和舌簧式两种。

图5-7　车速传感器的位置图

1 输出轴； 2 停车锁止齿轮； 3 车速传感器。

（2）电磁式车速传感器的结构。

电磁式车速传感器通常由永久磁铁、感应线圈、壳体、电插座等组成。如图5-7所示，它固定安装在自动变速器输出轴附近的壳体上，输出轴上的停车锁止齿轮为感应转子，当输出轴转动时，停车锁定齿轮的凸齿，不断地靠近或离开车速传感器，使线圈内的磁通量发生变化，从而产生交流电，车速越高，输出轴转速也越高，感应电压脉冲频率也越高，电控组件根据感应电压脉冲的大小计算汽车行驶的速度 ，如图5-8所示。

图5-8　车速传感器的结构

1 停车锁止齿轮；2 车速传感器；3 永久磁铁；4 感应线圈； 5 电子控制单元（ECU）。

（3）舌簧式车速传感器。

舌簧式车速传感器由磁铁、舌簧开关、壳体、电插座等组成。舌簧开关是由小玻璃管内装有两个细长的触头构成，触头由强磁性材料制成，磁铁装在变速器输出轴驱动齿轮轴上，输出轴旋转，受玻璃管外磁极的控制，有时触头互相吸引而闭合，有时互相排斥而打开，从而形成了开关作用。通断次数与输出轴转速成正比。

（4）输入轴转速传感器。

如图5-9所示，输入轴转速传感器用以检测自动变速器输入轴转速信号，该信号使电子控制单元对换挡过程的控制更为精确，同时该信号与发动机转速信号比较可计算出液力变矩器的传动比，优化油路压力控制过程和锁止离合器的控制过程，改善换挡质量，提高汽车的行驶性能。其结构、工作原理与车速传感器相同。

图5-9　输入轴转速传感器

1 自动变速器输入轴； 2 输入轴转速传感器。

3．冷却水温传感器。

（1）冷却水温传感器的作用：检测发动机冷却液温度，用于控制修正发动机的喷油和点火控制，对自动变速器来说用于控制变速器的升超速挡和锁止离合器的锁止控制。

（2）冷却水温传感器的结构：如图5-10所示，水温传感器安装在节温器上或发动机水道中，由外壳、热敏电阻、电插座等构成。当冷却水温低于80 ℃时，停止超速挡变速和锁定系统强制解除。水温传感器为负温度系数的可变电阻，水温高于规定值时，向ECU提供12V的电压信号，允许升超速挡变速和锁定离合器的锁止强制解除。

图5-10　冷却水温传感器的结构

4．油温传感器。

如图5-11所示，油温传感器用于检测自动变速器油的温度，作为电子控制单元进行换挡控制、油压控制和锁止离合器控制的依据。油温传感器位于油底壳内阀板上，内部结构为一热敏电阻，其阻值随温度发生变化，通常温度越高，阻值越小，电子控制单元根据其阻值的变化计算出油温。其结构、工作原理与冷却水温度传感器相似。

图5-11　油温传感器

1 阀板；2 油温传感器。

5．空挡启动开关NSW信号（P/N开关信号）。

（1）作用：它是检测变速挡位置的传感器，在组合仪表板的速度表上利用传感器的信号显示P、R、N、D、2、L 的位置，也可以利用传感器的信号实现保护作用，即只有在P挡或N挡才能启动发动机工作。

图5-12　空档起动开关的结构

1 手动阀摇臂；2 挡位开关。

（2）空挡启动开关的结构如图5-12所示，其外部为手动选挡杆的拉臂及轴，内部为电路板，各挡位有相应的固定触点。

6．行驶模式选择开关信号。

如图5-13所示 ，行驶模式选择开关一般安装在换挡手柄附近或仪表盘上，供驾驶人员依据换挡和锁定时选择功率方式之用。行驶模式的种类主要有：动力模式（PWR）、常规模式（NOR）、经济模式（ECON）、运动模式（SPORT）等。一般只要动力和常规两种模式，在动力模式时，线路会向ECU提供12V的电压信号，而常规模式时电压为0。

图5-13　行驶模式选择开关

7．制动灯开关信号。

该开关主要参与变矩器锁止离合器的锁止控制。在不制动时，开关触点不接通，制动灯不亮，此时ECU的STP端子的电压为0，变矩器锁止离合器可以进行锁止控制。在制动状态ECU会得到12V的信号电压，控制解除锁止离合器的锁止，避免发动机在制动时熄火。

由驾驶员通过该开关控制是否可以升入超速挡。当该开关处于ON位置时，开关内触点断开，OD/OFF指示灯不亮，开关向ECU提供12 V的电压信号，此时可以升超速挡。若该开关处于OFF位置，则指示灯亮，不提供信号电压。

8．巡航控制信号。

在车辆进入巡航控制后，ECU可从巡航系统获得12V的电压信号，当车速下降的幅度超过10Km/h时，该信号电压会变成0。ECU就会进行两个操作：解除OD挡和解除锁止离合器的锁止。车辆可以降入3挡重新加速，当车速回到巡航车速范围时，重新升超速挡和控制锁止离合器锁止。

图5-14　开关式电磁阀

1 电子控制单元；2 电磁线圈；3 阀芯；4 阀球；5 泄油孔；6 控制油道。

六、自动变速器电子控制系统执行元件——电磁阀

1．电磁阀的结构。

电磁阀是执行元件，安装在阀体上。电磁阀有开关式电磁阀（如图5-14）和脉冲式线型电磁阀如（图5-15）两种。开关型电磁阀由电磁线圈、铁心、阀体、阀杆、弹簧、电插座等组成。脉冲线性式电磁阀的结构与开关式电磁阀相似，由电磁线圈、阀芯、阀体、弹簧、滤网、电插座等组成。

2．电磁阀的作用。

电磁阀的作用主要是控制油路的通断，从而控制换挡动作。如图5-16所示，在阀不通电时，阀针将控制的泄油通道封闭，油路可以有工作油压；当电磁阀通电时，泄油通道打开，工作油路泄油。当液5控系统的油8路油压发生变2 化时，换挡3阀就进行换挡动作。

3．电磁阀的种类。

电磁阀的种类主要有换挡电磁阀、压力调节电磁阀（PCS）、液力变矩器锁止离合器控制电磁阀（TCC）组成。

（1）换挡电磁阀。

电控变速器使用换挡电磁阀控制变速器内各挡的液压油路。换挡电磁阀控制流过换挡阀的油液，使其流向不同的离合器和制动器。电磁阀有导通和关闭两个工作状态，图5-16所示为处于关闭和打开两种状态的换挡电磁阀。换挡电磁阀分为1-2挡电磁阀和2-3挡电磁阀。

（2）压力控制电磁阀（PCS）。

PCS电磁阀是一种通过ECU进行电子控制的电磁阀。它的作用是控制油液的管路压力以控制换挡感觉。管路压力是根据车辆的工作情况进行调节的。

图5-15　开关式和脉冲式线性电磁阀的结构

1 电子控制单元；2 电磁线圈；3 阀芯；4 阀体；5 滤网；6 主油道；7 泄油孔；8 控制油道。

（3）液力变矩器锁止离合器电磁阀（TCC）。

液力变矩器在特定工况下锁止对改善燃油经济性是很重要的。

图5-16　换档电磁阀的工作

七、自动变速器电子控制单元（ECU）

图5-17为丰田A340E自动变速器电路图，图中指示出各传感器、执行元件、开关信号、模式选择开关与ECU的连接情况，为了保证存储器中的内容不丢失ECU 有两条供电回路。一条是ECU的输入IG端通过点火开关供电，当点火开关关闭后，此电路不供电。另一条是ECU的输入+B端子不经过点火开关，在点火开关处于OFF位置时，仍能保持对ECU的供电，保证存储器中的内容不丢失。

图5-17　丰田A340E皇冠3.0L自动变速器电路图

ECU接收汽车行驶状况和发动机工况的传感器的信号，精确控制ECT的换挡正时、锁定正时，行星齿轮系统执行机构的油压以及换挡时的发动机的转矩，它具有自我诊断功能，能监测和识别电子控制元件的故障，并通过O／D OFF指示灯以故障代码的形式将这些自诊信息输出；另外ECU在车辆出现某些故障时能执行失效防护功能，以保证车辆能继续行驶。

【工作页】

一、填空

1．电控与液控自动变速器的换挡控制的区别在于电控自动变速器中增加了电脑和相关的_______和_______，车速和负荷不再转变成油压信号，而是通过器和节气门位置传感器转变成电信号输入电脑，经过分析、运算和对比后向液控系统发出相应信号，再由液控系统控制换挡阀进行挡位变换。

2．自动变速器电控系统一由传感器、_______、执行器、_______、指示装置等构成。传感器主要有_____________________；执行元件主要有______________；信号开关主要有______________；模式开关有_____________________。

二、简答题

1．简述线性可变电阻输出型节气门位置传感器的结构和工作原理。

2．简述车速传感器的结构和作用。

3．简述自动变速器有哪些信号开关？各开关的作用是什么？

4．简述电磁阀的种类、结构、作用。

5．下图所示为何种电磁阀，说明其工作过程。

通过对任务一的学习，你能给自己和老师一个评价吗？

1．老师的讲解生动、形象，态度和蔼可亲吗？　　　　　　（　　　　　　　　　　）

2．工作页是独立完成的吗？给自己一个客观的评价。　　　（　　　　　　　　　　）

［成绩等级］___________________