3.9自动变速器的电子控制系统课件-《汽车底盘构造与维修》同步教学（中国石油大学出版社）

变速器的结构与检修自动变速器的电子控制系统09电子控制系统简称电控系统，自动变速器的电控系统由信号输入系统、ECU和执行器三大部分组成，其结构和工作原理如图3-61所示。信号输入系统进行数据采集与传输，包括节气门位置传感器（TPS）、车速传感器、发动机转速传感器、发动机冷却液温度传感器、ATF温度传感器等。电控系统中还有许多开关，包括空挡启动开关（NSW）、超速挡（O/D挡）开关、行驶模式选择开关、强制降挡开关、制动挡开关等。一、电子控制系统的基本组成ECU是数据处理分析装置，是电控系统的控制中心，其作用是将传感器输入的信号（数据）进行分析计算，并与理想值或规定值对比，最后做出维持或改变系统工作参数的决定，并通过向执行元件发出动作指令的方式实施，其由接收器、控制器和输出装置三部分组成。执行器即指令执行系统，该系统主要由各类电磁阀组成，其按ECU的指令（电信号）动作，准确无误地执行其命令，启闭油路，调节负荷，直到达到新的参数状态。按照电磁阀的作用不同，执行器通常可分为换挡电磁阀、锁止电磁阀和调压电磁阀。一、电子控制系统的基本组成电控系统是控制系统的核心，它利用电子自动控制的原理，通过传感器将汽车行驶速度和发动机负荷等参数转换为电信号，传输给ECU，经分析计算后做出是否需要换挡的判断，并按照设定的控制程序发出换挡指令，操纵各种电磁阀（换挡电磁阀、油压电磁阀等）去控制阀板总成中各个控制阀的工作（接通或切断换挡控制油路），驱动离合器、制动器、锁止离合器等液力执行元件，从而实现对自动变速器的全面控制，如图3-62所示。二、电子控制系统的工作流程1）节气门位置传感器电控自动变速器利用节气门位置传感器信号作为挡位变换的依据。发动机的节气门是由驾驶员通过加速踏板来操纵的，它根据不同的行驶条件来控制发动机的运转。如负荷大时，节气门开度要大；而负荷较小时，节气门开度要小。节气门位置传感器安装在汽车发动机的节气门体上，与节气门作为一个整体一起转动。自动变速器通常采用线性节气门位置传感器，节气门轴带动线性电位计和怠速开关的滑动触点。2）车速传感器车速传感器用于检测自动变速器输出轴的转速，并换算成汽车行驶的车速，它也是自动变速器换挡控制的一个重要依据。常用的车速传感器分为电磁式、光电式和舌簧并关式等。三、电子控制系统的结构与工作原理3）油温传感器油温传感器用以检测液压油的温度，作为ECU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，内部结构为一个热敏电阻，其阻值随温度发生变化，通常温度越高，阻值越小，ECU根据其阻值的变化计算出油温。三、电子控制系统的结构与工作原理4）超速挡开关超速挡开关（O/D开关）通常安装在自动变速器操纵手柄上，如图3-63所示，由驾驶员自主选择是否需要超速挡。当开关打开时超速挡电磁阀通电，将使作用于三、四挡换挡阀高挡端的压力油泄空，车速足够高时可换入四挡；当开关关闭时超速挡电磁阀不通电，压力油使三、四挡换挡阀锁止在三挡位置，车速再高也无法升入四挡。在驾驶室仪表盘上有“O/DOFF”指示灯显示超速挡开关的工作状态。开关打开，“O/DOFF”灯灭；开关关闭，“O/DOFF”灯亮。

使汽车获得最佳经济性而设计的换挡规律（1）经济模式

换挡规律介于经济模式和动力模式之间（3）常规模式

以汽车获得最大的动力为目标来设计换挡规律（2）动力模式

可以让驾驶员手动选择一至四挡（4）手动模式

主要用于汽车在雪地上行驶时（5）雪地模式5）模式开关三、电子控制系统的结构与工作原理6）空挡起动开关

空挡起动开关位于自动变速器手动阀摇臂轴上或操纵臂下方，用于检测操纵手柄的位置，防止发动机在驱动挡位时起动。当选挡手柄位于空挡或停车挡位置时，空挡起动开关接通。这时起动发动机，空挡起动开关便向ECU输送起动信号，使发动机得以起动。如果操纵手柄位于任意驱动位置，空挡起动开关断开，发动机将不能起动，从而保证使用安全。当操纵手柄处于不同位置时，空挡起动开关便接通相关电路，ECU根据接通电路的信号控制变速器自动换挡。三、电子控制系统的结构与工作原理7）制动开关制动开关是一个在正常状态下保持闭合的开关，它安装在仪表板下方，其结构如图3-65所示。该开关既可以与制动灯光开关组合在一起，也可以与巡航控制真空释放开关组合在一起。当踩下制动踏板时，制动开关中的常闭触点断开，从而切断通向锁止离合器电磁阀的电流。这样便可通过使液力变矩器中的锁止离合器分离而防止在汽车制动时发动机熄火或损坏。三、电子控制系统的结构与工作原理

强制降挡开关（图3-66）用来检测加速踏板打开的程度。当加速踏板超过节气门全开位置时，强制降挡开关接通，并向ECU输送信号。这时ECU按其内存设置的程序控制换挡，并使变速器降一个挡位，以提高汽车的加速性能。8）强制降挡开关三、电子控制系统的结构与工作原理

开关式电磁阀的作用是开启或关闭液压油路，可分为常开和常闭两种，常开电磁阀主要用于锁止控制，常闭电磁阀主要用于换挡控制。如图3-67所示，开关式电磁阀主要由电磁线圈、衔铁、阀芯、球阀等构成。常开电磁阀不通电时电磁阀打开，通电时电磁阀关闭；常闭电磁阀不通电时电磁阀关闭，通电时电磁阀打开。1）开关式电磁阀三、电子控制系统的结构与工作原理

脉冲式电磁阀的结构与开关式电磁阀相似，如图3-68所示。它通常用来控制油路中的油压。当电磁线圈通电时，电磁力使阀芯或滑阀开启，液压油经泄油孔排出，油路压力随之下降。当电磁线圈断电时，阀芯或滑阀在弹簧弹力的作用下将泄油孔关闭，使油路压力上升。脉冲式电磁阀和开关式电磁阀的不同之处在于控制它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。电磁阀在脉冲电信号的作用下不断反复地开启和关闭泄油孔，ECU通过改变每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比例（称为占空比，变化范围为0～100%），以及电磁阀开启和关闭时间的比例来控制油路的压力。2）脉冲式电磁阀三、电子控制系统的结构与工作原理

如图3-69所示，占空比越大，经电磁阀泄出的液压油越多，油路压力就越低；反之，占空比越小，油路压力就越高。

脉冲式电磁阀一般安装在主油路或减振器背压油路上，ECU通过这种电磁阀在自动变速器升挡或降挡的瞬间使油压下降，进一步减少换挡冲击，使挡位的变换更加柔和。2）脉冲式电磁阀三、电子控制系统的结构与工作原理3.ECU及控制电路1）自动换挡控制自动换挡控制就是在汽车的行驶过程中，选择最佳时刻换挡，即选择最佳的换挡车速。最佳的换挡车速与节气门开度、操纵手柄的位置、模式开关的位置有关。节气门开度越小，汽车的升挡车速和降挡车速越低；反之，节气门开度越大，汽车的升挡车速和降挡车速越高。在汽车行驶过程中，ECU根据挡位开关和模式开关的信号从存储器内选择出相应的自动换挡图，再将车速传感器和节气门位置传感器测得的车速、节气门开度与自动换挡图进行比较，根据比较结果，在达到设定的换挡车速时，ECU便向换挡电磁阀发出电信号，以实现挡位的自动变换。三、电子控制系统的结构与工作原理

主油路油压由主油路调压阀调节，早期的电控系统中由节气门阀输出油压和倒挡油路油压对其进行反馈控制。新型电控自动变速器由ECU主要根据节气门的开度、挡位、油温及换挡等信号，计算得到相应的主油路油压值，并通过输出相应的占空比脉冲信号来控制油压电磁阀的开、关比例，实现对主油路油压的控制。

节气门开度越大，主油路油压越高；节气门开度越小，主油路油压越低。倒挡的主油路油压较前进挡高。

ECU还可以根据液压油温度传感器的信号，在液压油温度未达到正常值（低于600℃）时，将主油路油压调整为低于正常值，以防止因液压油在低温下黏度较大而产生换挡冲击；当液压油温度过低（低于-30℃）时，ECU使主油路油压升到最大值，以加速离合器、制动器的接合，防止温度过低时因液压油黏度过大而导致换挡过程过于缓慢。在海拔较高时，发动机输出功率降低ECU将主油路油压控制为低于正常值，以防止换挡时产生冲击。2）主油路油压控制三、电子控制系统的结构与工作原理3）自动模式选择控制（1）位于S、L（或2、1）挡时，ECU只选动力模式。（2）位于D挡时，ECU根据加速踏板踩下的速率来确定换挡模式。例如，当踩下加速踏板的速率小于对应区域的程序值时，ECU选择经济模式；当踩下加速踏板的速率大于对应区域的程序值时，ECU选择动力模式。这些区域中节气门开启速率程序值的分布规律是：车速越低或节气门开度越大，其程序值越小，即越容易选择动力模式。（3）在D挡中，ECU选择动力模式之后，一旦节气门开度低于1/8，ECU即将行驶模式由动力模式转换为经济模式。三、电子控制系统的结构与工作原理4）锁止离合器控制最理想的锁止离合器控制是既能保证汽车的行驶要求，又能最大限度地提高变矩器的传动效率，以降低油耗。在汽车行驶过程中，ECU根据挡位、模式等工作条件从存储器内选择相应的最佳控制程序，并与当前车速、节气门开度等进行比较。当车速及其他因素均满足锁止条件时，ECU向锁止离合器的锁止电磁阀输出控制信号，使锁止离合器接合。在液压油温度低于600℃，车速低于140km/h，且怠速开关接通时，禁止锁止离合器接合。三、电子控制系统的结构与工作原理5）发动机制动控制ECU按照设定的发动机制动控制程序，在操纵手柄位置、车速、节气门开度等因素满足一定条件时（如操纵手柄位于前进低挡位置，且车速大于10km/h，节气门开度小于1/8），向强制离合器电磁阀或强制制动器电磁阀发出电信号，打开强制离合器或强制制动器的控制油路，使之接合或制动，让自动变速器具有反向传递动力的能力，在汽车滑行时实现发动机制动。6）改善换挡质量的控制010302（1）换挡油压控制。在换挡瞬间，ECU通过油压电磁阀适当降低主油路油压，以减小换挡冲击，改善换挡质量。（2）减小扭矩控制。在换挡瞬间，通过延迟发动机的点火时刻或减小喷油量，暂时减小发动机的输出扭矩，以减小换挡冲击和输出轴的扭矩波动。（3）N—D换挡控制。这种控制是在操纵手柄由P挡或D挡换至D挡或R挡时，通过调整发动机的喷油量，将发动机的转速波动降至最低程度，以改善换挡质量，如图3-70所示。三、电子控制系统的结构与工作原理7）使用输入轴转速传感器的控制

目前一些新型电控自动变速器设有输入轴转速传感器，ECU通过这一传感器检测出自动变速器输入轴的转速，并由此计算出变矩器的传动比（泵轮和涡轮的转速之比）以及发动机曲轴和自动变速器输入轴的转速差，从而使ECU更精确地控制自动变速器的工作。三、电子控制系统的结构与工作原理8）故障自诊断和失效保护功能（1）在汽车行驶时，仪表盘上的自动变速器故障警告灯亮起，以提醒驾驶员立即将汽车送至修理厂检修。（2）将检测到的故障内容以故障码的形式储存在ECU的存储器中，只要不拆除汽车蓄电池，被测到的故障码会一直保存在ECU内。（3）ECU具有失效保护系统，按设定的失效保护程序控制自动变速器的工作，当电子控制系统发生故障而失效时，ECU可以保证汽车以最基本的状态行驶一定距离。三、电子控制系统的结构与工作原理变速器常见故障的诊断与维修10

自锁装置的钢球未进入凹槽内，或挂入挡后未达到全齿长啮合①

输入轴轴承过于松旷，使输入轴和曲轴不同心，或变速器壳与离合器壳接合平面相对于曲轴轴线的垂直度变动④

自锁装置的钢球或凹槽磨损严重，自锁弹簧疲劳过软或折断②

常啮合齿轮轴向或径向间隙过大⑤

齿轮在轴线方向磨损成锥形，汽车行驶中因振动、速度变化的惯性等在齿轮轴向产生推力，迫使啮合齿轮沿轴线方向脱开。③

各轴轴向或径向间隙过大⑥1.故障原因一、变速器跳挡1423

检查离合器壳和变速器的接合平面与曲轴轴线的垂直度。检查自锁装置。

检查是否达到全齿长啮合。若是全齿长啮合，应检查啮合部位的啮合情况。

检查该挡齿轮的轴向和径向间隙。2.故障诊断与排除一、变速器跳挡1.故障原因（1）互锁装置失效，拨叉轴、顶销或钢球磨损过度。（2）变速杆下端工作面磨损过大，或拨叉轴上导块的导槽磨损过大。（3）变速杆球头定位销折断或球孔、球头磨损过大。二、变速器乱挡

挂需要的挡位时却挂入了另外的挡位。摇动变速杆，检查其摆动角度，若超出正常范围，则故障由变速杆下端球头定位销配合松旷或球头磨损过大引起；若摆动角度正常，仍挂不上或摘不下挡，则故障由变速杆下端脱出引起。（1）

同时挂入两挡，由互锁装置失效引起。（2）2.故障诊断与排除二、变速器乱挡1.

检查同步器锁环的内锥面螺旋槽磨损情况，不能过度磨损，锁环与两锥面间隙应符合规定。2.

检查同步器滑块在花键毂内的滑动，以及滑块与锁环槽和花键毂的配合间隙，应符合规定。3.检查同步器花键毂与接合套的轴向移动，应无卡滞。三、变速器换挡困难1.故障原因（1）齿轮响齿轮过度磨损变薄，间隙过大，运转中有冲击；齿面啮合不良；齿轮与轴上的花键配合松旷，或齿轮的轴向间隙过大；轴弯曲或轴承松旷引起齿轮啮合间隙改变。（2）轴承响轴承磨损严重；轴承内（外）座圈与轴颈（孔）配合松动；轴承滚珠碎裂或有烧蚀麻点。（3）其他原因润滑油不正常（过少、过稀、过稠或变质），变速器内落入异物，紧固螺栓松动，里程表软轴或齿轮折断。四、变速器异响

变速器发出金属干摩擦声为润滑油问题，应视情况处理。01

行驶中换入某挡若响声明显，多为该挡齿轮磨损；若有周期性响声，则为个别齿损坏。02

空挡发响，而踩下离合器踏板后响声消失，一般为输入轴轴承或常啮合齿轮响；若换入任何挡都响，多为输出轴轴承响。032.故障诊断与排除四、变速器异响