检修自动变速器电控系统

时间：2022-11-06 百科知识版权反馈

【摘要】：对于液控自动变速器，自动换档主要是取决于节气门油压和速控油压，即发动机负荷和车速的情况。车速传感器用于检测自动变速器输出轴的转速，自动变速器ECU根据车速传感器输入的信号计算出车速，并以此信号控制自动变速器的换档和锁止离合器的锁止。不同车型自动变速器的车速传感器线圈电阻不同，一般为几百欧姆到几千欧姆。当发动机冷却液温度过高时，自动变速器ECU会让锁止离合器工作以帮助发动机降低冷却液的温

学习任务5　检修自动变速器电控系统

学习任务描述

一辆装备了A340E自动变速器的皇冠3．0轿车低速行驶正常，高速行驶时出现强制降档，感觉没有高速档，车速受限；同时仪表盘故障灯点亮。针对这一故障现象，展开故障的诊断与排除，请你排除此电控系统故障。

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一、自动变速器电控系统概述

自动变速器的电子控制系统包括传感器、电子控制单元（ECU）和执行器三部分，其组成框图如图4－76所示。

图4－76　电子控制系统组成框图

传感器部分主要包括节气门位置传感器、车速传感器、发动机转速传感器、输入轴转速传感器、冷却水温传感器、ATF油温传感器、空档起动开关、强制降档开关、制动灯开关、模式选择开关、OD开关等。

执行器部分主要包括各种电磁阀和故障指示灯等。

ECU主要完成换档控制、锁止离合器控制、油压控制、故障诊断和失效保护等功能。

对于液控自动变速器，自动换档主要是取决于节气门油压和速控油压，即发动机负荷和车速的情况。对于电控自动变速器，与此情况是类似的，即自动换档也主要取决于发动机负荷和车速，只不过是采用节气门位置传感器和车速传感器来感知发动机负荷和车速的情况，并将这两个信号发送给自动变速器ECU，ECU根据存储器中的换档程序决定升档或降档，然后再给换档电磁阀发出控制信号，换至相应档位。

例如，对于丰田车系的四档自动变速器，换档情况见表4－4。当自动变速器ECU使1＃换档电磁阀通电，2＃换档电磁阀断电，则自动变速器为1档。

表4－4　丰田车系的四档自动变速器换档情况

注：○表示通电，×表示断电

自动变速器的换档等控制还要取决于冷却水温、ATF油温等信号。如果水温、油温过低，自动变速器不会升档。

如果自动变速器在工作过程中，满足了锁止离合器的工作情况，自动变速器电脑就会给锁止离合器（TCC）电磁阀（一般称为3＃电磁阀）通电，切换油路使锁止离合器工作。

在换档过程中，为了防止换档冲击，自动变速器还会通过4＃电磁阀控制换档油压。

自动变速器ECU具有自诊断功能，如果电子控制系统出现故障，电脑会将故障码存储在存储器中，以便读取；另外电脑还会点亮OD OFF指示灯（或故障指示灯）提示自动变速器出现故障，并可通过OD OFF指示灯的闪烁读取故障码。

如果自动变速器出现故障，除了OD OFF灯会点亮，一般自动变速器还会锁档，即自动变速器不会升档也不会降档，锁档时一定有故障码。

二、传感器

1．节气门位置传感器（TPS）

1）功用

节气门位置传感器安装在节气门体上，用于检测节气门开度的大小，并将数据传送给电脑，电脑根据此信号判断发动机负荷，从而控制自动变速器的换档、调节主油压和对锁止离合器控制。节气门位置信号相当于液控自动变速器中的节气门油压信号。

2）结构、原理

一般是采用线性输出型节气门位置传感器，也称可变电阻式传感器，其结构、原理如图4－77所示，实际上是一个滑动变阻器，E是搭铁端子，IDL是怠速端子，V_TA是节气门开度信号端子，V_C是ECU供电端子，电脑提供恒定5V电压。当节气门开度增加，节气门开度信号触点逆时针转动，V_TA端子输出电压也线形增大。如图4－78所示，V_TA端子输出电压与节气门开度成正比。当怠速时，怠速开关闭合，IDL端子电压为0V。

图4－77　节气门位置传感器的结构、原理

1－怠速信号触点；2－电阻器；3－节气门开度信号触点；4－绝缘体（a）原理图；（b）结构图

图4－78　V_TA端子输出电压与节气门开度的关系

由于滑动电阻中间部分容易磨损，使其阻值无法正确反应节气门开度，测量电阻时欧姆表会产生波动，同时输出电压也会过高或过低。当输出电压高时，会导致升档滞后、不能升入超速档；同时会导致主油压过高，出现换档冲击。当输出电压低时，会导致升档提前，汽车行驶动力不足；同时会导致主油压过低，使离合器、制动器打滑。

3）检测

（1）检查传感器电阻。点火开关关闭，拔下传感器连接器插头，用万用表的欧姆档测量各端子之间的电阻值，标准值如表4－5所示。如果电阻值不正常，应更换节气门位置传感器。

表4－5　节气门位置传感器各端子之间的电阻值

（2）检查传感器电压。打开点火开关，但不起动发动机。用万用表的电压档测量各端子之间的电压，标准值如表4－6所示。如果电压值不正常，应更换节气门位置传感器。

表4－6　节气门位置传感器各端子之间的电压值

2．车速传感器（VSS）

1）功用

车速传感器用于检测自动变速器输出轴的转速，自动变速器ECU根据车速传感器输入的信号计算出车速，并以此信号控制自动变速器的换档和锁止离合器的锁止。

2）类型

常见的车速传感器有电磁式、舌簧开关式、光电式三种形式。一般自动变速器装有两个车速传感器，分为1号和2号传感器。2号车速传感器一般为电磁式的，它装在变速器输出轴附近的壳体上，为主车速传感器，1号车速传感器一般为舌簧开关式的，为副车速传感器，它装在车速表的转子附近，负责车速的传输，它同时也是2号车速传感器的备用件，当2号车速传感器失效后，由1号车速传感器代替工作。

下面以常见的电磁式车速传感器为例介绍其结构、原理和检修。

3）电磁式车速传感器的结构、原理

如图4－79所示，电磁式车速传感器主要由永久磁铁、电磁感应线圈、转子等组成。转子一般安装在变速器输出轴上，永久磁铁和电磁感应线圈安装在变速器壳体上，如图4－79（c）所示。当输出轴转动，转子也转动，转子与传感器之间的空气间隙发生周期性变化，使电磁感应线圈中磁通量也发生变化，从而产生交流感应电压，如图4－79（b）所示，并输送给电脑。交流感应电压随着车速（输出轴转速）具有两个响应特性，一是随着车速的增加，交流感应电压增高；二是随着车速的增加，交流感应电压脉冲频率也增加。电脑是根据交流感应电压脉冲频率大小计算车速，并以此控制自动变速器的换档。车速传感器信号相当于液控自动变速器中的速控油压信号，电控自动变速器没有速控阀。

图4－79　电磁式车速传感器的结构、原理

4）电磁式车速传感器的检测

（1）外观检查。检查转子是否有断齿、脏污等情况。

（2）检查转子齿顶与传感器之间的间隙。方法是用标准间隙厚度的厚薄规插入转子齿顶与传感器之间，如果感觉阻力合适表明间隙符合标准，如果阻力大说明间隙过小，如果没有阻力说明间隙大。

（3）检查电磁线圈电阻。方法是关闭点火开关，拔下传感器插头，用欧姆表测量电磁线圈电阻。不同车型自动变速器的车速传感器线圈电阻不同，一般为几百欧姆到几千欧姆。

（4）模拟检查。方法是用交流电压表2V档测量输出电压；起动时应高于0．1V，运转时应为0．4～0．8V；也可用示波器检测输出信号波形是否完整、连续、光滑等。

如果检查结果不符合要求，则应更换车速传感器。

3．输入轴转速传感器

对于轿车自动变速器，一般在机械变速器输入轴附近的壳体上装有检测输入轴转速的输入轴转速传感器。该传感器一般也采用电磁式，其结构、原理及检测与车速传感器一样。

自动变速器ECU根据输入轴转速传感器的信号可以更精确地控制换档。另外，ECU还可以把该信号与发动机转速信号进行比较，计算出变矩器的转速比，使主油压和锁止离合器的控制得到优化，以改善换档、提高行驶性能。

4．水温传感器

1）功能

水温传感器的信号不仅用于发动机的控制，还用于自动变速器的控制。如图4－80所示，当发动机冷却液温度低于设定温度（如60℃），发动机ECU会发送一个信号给自动变速器ECU的OD₁端子，以防止自动变速器换入超速档，同时锁止离合器也不能工作。当发动机冷却液温度过高时，自动变速器ECU会让锁止离合器工作以帮助发动机降低冷却液的温度，防止变速器过热。

如果水温传感器故障，发动机ECU会自动将冷却液温度设定为80℃，以便发动机和自动变速器可以工作。

2）结构、原理

水温传感器一般都是一个负温度系数的热敏电阻，即温度升高，电阻下降。如图4－80所示，发动机ECU在THW端子接收到一个与冷却液温度成正比的电压，从而得到冷却液温度信号。

图4－80　水温传感器线路图

3）检测

水温传感器检测时可以将其放在水杯中进行加热，测量不同温度下的电阻值，并对照维修手册判断其好坏。

5．模式选择开关

1）功能

模式选择开关是供驾驶员选择所需要的行驶或换档模式的开关。大部分车型都具有常规模式（N或NORM）和动力模式（P或PWR），有些车型还有经济模式（E或ECO）。自动变速器ECU根据所选择的行驶模式执行不同的换档程序，控制换档和锁止正时。如选择动力模式，自动变速器会推迟升档，以提高动力性，而选择经济模式，自动变速器会提前升档，以提高经济性，常规模式介于两者之间。

2）结构、原理

如图4－81所示为常见的具有常规和动力两种模式的模式选择开关线路图，当开关接通NORM（常规模式），仪表盘上NORM指示灯点亮，同时自动变速器ECU的PWR端子的电压为0V，ECU从而知道选择了常规模式。当开关接通PWR（动力模式），仪表盘上PWR指示灯点亮，同时自动变速器ECU的PWR端子的电压为12V，ECU从而知道选择了动力模式。

图4－81　模式选择开关线路图

6．空档起动开关

1）功能

空档起动开关有两个功用，一是为自动变速器ECU提供档位信息，二是保证只有选档杆置于P或N位才能起动发动机。

2）结构、原理

如图4－82所示，当选档杆置于不同的档位时，仪表盘上相应的档位指示灯会点亮。当ECU的端子N、2或L与端子E接通时，ECU便分别确定变速器位于N、2或L位；否则，ECU便确定变速器位于D位。只有当选档杆置于P或N位时，端子B与NB接通，才能给起动机通电，使发动机起动。

图4－82　空档起动开关线路图

7．OD开关

1）功能

OD开关（超速档开关）一般安装在选档杆上，由驾驶员操作控制，可以使自动变速器有或没有超速档。

2）原理

如图4－83所示，当按下OD开关（ON），OD开关的触点实际为断开，此时ECU的OD₂端子的电压为12V，自动变速器可以升至超速档，且OD OFF指示灯不亮。

如图4－84所示，当再次按下OD开关，OD开关会弹起（OFF），OD开关的触点实际为闭合，此时ECU的OD₂端子的电压为0V，自动变速器不能升至超速档，且OD OFF指示灯点亮。

图4－83　OD开关ON的线路图

图4－84　OD开关OFF的线路图

3）检测

当按下OD开关（ON）时OD OFF指示灯应熄灭；当再次按下OD开关，OD开关弹起（OFF）时，OD OFF指示灯应点亮。否则应检查OD OFF指示灯、OD开关及线路。

8．制动灯开关

1）功能

自动变速器ECU通过制动灯开关检测是否踩下制动踏板，如果踩下制动踏板，ECU会取消锁止离合器的工作。

2）原理

如图4－85所示，制动灯开关安装在制动踏板支架上。当踩下制动踏板时，开关接通，ECU的STP端子电压为12V；当松开制动踏板时，开关断开，STP端子电压为0V。ECU根据STP端子的电压变化了解制动踏板的工作情况。

图4－85　制动灯开关线路图

3）检测

测量制动灯开关线路的电源端子与搭铁之间的电压，在没有制动时应为蓄电池电压。若不是蓄电池电压，应检查制动灯线路保险丝是否断路。

三、执行器

电子控制系统的执行器主要指电磁阀和故障指示灯，这里只介绍电磁阀。

1．分类

电磁阀根据功能的不同可以分为换档电磁阀、锁止离合器电磁阀和油压电磁阀。根据工作原理的不同可以分为开关式电磁阀和占空比式（脉冲线性式）电磁阀。不同的自动变速器使用的电磁阀数量不同，一般为3～8个不等。例如上海通用的4T65－E自动变速器电控系统有4个电磁阀，其中2个是换档电磁阀、1个是油压电磁阀、1个是锁止离合器电磁阀。而一汽大众的01M自动变速器电控系统则采用7个电磁阀。

绝大多数换档电磁阀是采用开关式电磁阀，油压电磁阀是采用占空比式电磁阀，而锁止离合器电磁阀采用开关式的和占空比式的都有。

2．开关式电磁阀

1）功能

开关式电磁阀的功能是开启或关闭液压油路，通常用于控制换档阀和部分车型锁止离合器的工作。

2）结构、原理

开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、阀芯等组成，如图4－86所示。当电磁阀通电时，在电磁吸力作用下衔铁和阀芯下移，关闭泄油口，主油压供给到控制油路。当电磁阀断电时，在回位弹簧的作用下衔铁和阀芯上移，打开泄油口，主油压被泄掉，控制油路压力很小。

3）检测

（1）检查电磁阀电阻。如图4－87所示，脱开电磁阀连接器，测量电磁阀端子与车身搭铁之间的电阻，应为11～15Ω。

图4－86　开关式电磁阀

1－ECU；2－节流口；3－主油路；4－控制油路；5－泄油口；6－电磁线圈；7－衔铁和阀芯

图4－87　检查电磁阀电阻

（2）检查电磁阀的工作。如图4－88所示，用蓄电池给电磁阀通电，检查是否有工作响声。

（3）检查电磁阀的漏气。如图4－89所示，拆下电磁阀，施加5kg/cm²的压缩空气，检查电磁阀是否漏气。

如果不符合规定应更换电磁阀。

图4－88　通电检查电磁阀的工作

图4－89　检查电磁阀的漏气

4）电控换档阀的工作原理

如图4－90所示为换档电磁阀控制换档阀的工作原理图。当换档电磁阀断电，阀芯及球阀在回位弹簧作用下升起，主油压不能到达换档阀的左侧，则换档阀处于左端位置，主油压经过换档阀给换档执行元件供油，得到相应的档位，如图4－90（a）所示。当换档电磁阀通电，电磁吸力使阀芯及球阀下移，主油压经过换档电磁阀到达换档阀的左侧，换档阀右移，主油压到达换档阀后被截至，不能给换档执行元件供油，得到另外的档位，如图4－90（b）所示。

图4－90　电控换档阀的工作原理

3．占空比式电磁阀

1）占空比的概念

占空比是指一个脉冲周期中通电时间所占的比例（百分数），如图4－91所示。

图4－91　占空比

2）结构、原理

占空比式电磁阀与开关式电磁阀类似，也由电磁线圈、滑阀、弹簧等组成，如图4－92所示。

图4－92　占空比式电磁阀

1－电磁线圈；2－滑阀；3－滑阀轴；4－控制阀；5－弹簧（a）结构示意图；（b）占空比调节曲线

它通常用于控制油路的油压，有的车型的锁止离合器也采用此种电磁阀控制。与开关式电磁阀不同的是，控制占空比式电磁阀的电信号不是恒定不变的电压信号，而是一个固定频率的脉冲电信号。在脉冲电信号的作用下，电磁阀不断开启、关闭泄油口。占空比式电磁阀有两种工作方式：一是占空比越大，经电磁阀泄油越多，油压就越低；另一种是占空比越大，油压越高。

3）检测

脱开电磁阀连接器，用万用表欧姆档测量线圈电阻，应为3．6～4．0Ω，否则应更换电磁阀。由于占空比式电磁阀线圈的电阻很小，不可与12V蓄电池直接相连，否则容易烧毁电磁阀线圈。检测时将蓄电池串联一个低电阻，如一个8～10W的灯泡，然后再与电磁线圈相连，电磁阀应当动作，否则应更换电磁阀。

四、电子控制单元

电子控制单元英文缩写为ECU，俗称电脑。自动变速器ECU具有换档控制、锁止离合器控制锁、换档平顺性控制、故障诊断、失效保护等功能。

1．换档控制

自动变速器换档时刻的控制是ECU最重要的控制内容之一。汽车在某个特定工况下都有一个与之对应的最佳换档时刻，使汽车发挥出最好的动力性和经济性。汽车行驶过程中，自动变速器ECU根据模式选择开关信号、节气门开度信号、车速信号等参数来打开或关闭换档电磁阀，从而打开或关闭通往离合器、制动器的油路，使变速器升档或降档。

如图4－93所示为常见四档自动变速器的自动换档图，具有如下特点：

（1）随着节气门开度增加，升档或降档车速增加。以二档升三档为例，当节气门开度为2/8时，升档车速为35km/h，降档车速为12km/h；当节气门开度为4/8时，升档车速为50km/h，降档车速为25km/h。所以在实际的换档操作过程中，一般可以采用“收油门”的方法来快速升档。

（2）升档车速高于降档车速，以免自动变速器在某一车速附近频繁升档、降档而加速自动变速器的磨损。

图4－93　常见四档自动变速器的自动换档图

2．锁止离合器控制

自动变速器ECU将各种行驶模式下锁止离合器的工作方式编程存入存储器，然后根据各种输入信号，控制锁止离合器电磁阀的通、断电，从而控制锁止离合器的工作。

1）锁止离合器工作的条件

如果满足以下5个条件，自动变速器ECU会接通锁止离合器电磁阀，使锁止离合器处于接合状态。

（1）选档杆置于D位，且档位在D₂、D₃或D₄档。

（2）车速高于规定值。

（3）节气门开启（节气门位置传感器IDL触点未闭合）。

（4）冷却液温度高于规定值。

（5）未踩下制动踏板（制动灯开关未接通）。

2）锁止的强制取消

如果符合下面以下条件中的任何一项，ECU就会给锁止离合器电磁阀断电，使锁止离合器分离。

（1）踩下制动踏板（制动灯开关接通）。

（2）发动机怠速（节气门位置传感器IDL触点未闭合）。

（3）冷却液温度低于规定值（如60℃）。

（4）当巡航系统工作时，如果车速降至设定车速以下至少10km/h。

早期的电控自动变速器中，控制锁止离合器的电磁阀是采用开关式电磁阀，即通电时锁止离合器接合，断电时锁止离合器分离。日前许多新型电控自动变速器采用占空比式电磁阀作为锁止离合器电磁阀，电脑在控制锁止离合器接合时，通过改变脉冲电信号的占空比，让锁止离合器电磁阀的开度缓慢增大，以减小锁止离介器接合时所产生的冲击，使锁止离合器的接合过程变得更加柔和。

3．换档平顺性控制

自动变速器改善换档平顺性的方法有换档油压控制、减少转矩控制和N－D换档控制。

1）换档油压控制

自动变速器在升档和降档的瞬间，ECU会通过油压电磁阀适当降低主油压，以减少换档冲击，改善换档。也有的自动变速器是在换档时通过电磁阀来减小蓄能器背压，以减缓离合器或制动器油压的增长率，来减少换档冲击。

2）减少转矩控制

在自动变速器换档的瞬间，通过推迟发动机点火时刻或减少喷油量，减少发动机输出转矩，以减少换档冲击和输出轴的转矩波动。

3）N－D换档控制

当选档杆由P位或N位置于D位或R位时，或由D位或R位置于P位或N位时，通过调整喷油量，把发动机转速的变化减少到最小限度，以改善换档。

4．故障自诊断

电控自动变速器ECU具有内置的自我诊断系统，它不断监控各传感器、信号开关、电磁阀及其线路，当有故障时，ECU使OD OFF指示灯闪烁，以提醒驾驶员或维修人员；并将故障内容以故障码的形式存储在存储器中，以便维修人员采用人工或仪器的方式读取故障码。

当故障排除后，OD OFF指示灯将停止闪烁，不过故障码仍然会保留在ECU存储器中。

当OD开关ON时（OD开关断开），如果有故障，OD OFF指示灯将点亮而不是闪烁。