第六章自动变速器电子控制系统故障自诊断.docx
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第六章自动变速器电子控制系统故障自诊断
第六章自动变速器电子控制系统故障自诊断
第一节电控系统工作原理
传统自动变速器主要有液压装置和机械装置组成。
在传统自动变速器中，由于工作油液流动产生热量，会损失相当大的发动机转矩；同样，由于换档也取决于油液的运动，故升档和降档都销有延迟。
因此传统自动变速器已不能快速响应汽车行驶的需要。
采用电子控制可降低动力损失，使变速器的工作响应更迅速、更可靠。
电控自动变速器还可以降低变速器的液压阀，由于结构简单化，也提高了可靠性，降低了成本。
一、电子控制自动变速器结构
（一）什么是ECT
ECT是电子控制自动变速器（ELECTRONICCONTROLTRANSMISSIOM）的简称。
它是利用电子控制技术来进行控制的变速器。
除了阀体，自动变速器本身实际上与全液压控制变速器是一样的，它有电子元件、传感器、电子控制元件及若干执行器组成，如图6-1所示。
图6-1电空系统元件图
（二）如何识别ECT
ECT的基本形状与全液压控制变速器是一样的，所以识别它的唯一方法是判断是否有车速传感器。
全液压控制自动变速器有一个速控液压阀，而ECT没有速控液压阀，却使用了一个车速传感器（图6-2）。
图6-2电控变速器的识别
全液压控制变速器的工作原理是，用机械的方法将车速转变为速控液压，将节气门开度转变为节气门液压，并且使用了这些液压控制行星齿轮机构中的离合器和制动器的工作，从而控制变速器的换档正时，这叫做“液压控制方法。
”
可是，在ECT中，传感器用电子的方法检测车速和节气门开度，并且将该信息以电信号的形式传至电子控制单元（以后简称ECU）。
然后ECU根据这些数据控制换档电磁阀的工作，从而控制换档正时。
（三）全液压控制变速器与ECT的比较
图6-3电控（上）与液压控制变速器（下）控制的比较
在全液压控制变速器中，换档是由液压控制装置按如下方法进行的（图6-4）
图6-4液压控制变速器简图
ECT添加了一个ECU，根据车速和节气门开度的信号控制换档，除此之外，ECT与全液压控制变速器基本上是一样的。
ECT按如下方式控制换档（图6-5）：
图6-5电控变速器控制简图
注意：
在ECT中节气门拉线仅用于调节管道压力。
它不控制换档正时，这一点与全液压控制变速器不同。
ECT的电子控制系统控制ECT的换档正时和锁止正时，它有各种输入信号、一个控制装置及各个执行器组成。
图6-6以丰田A140E为例说明这些组件的关系。
与全液压控制变速器相比，ECT具有如下优点：
①驾驶员可以选择自己喜欢的行驶模式。
在全液压控制变速器中，行驶模式（即换高档及换低档的正时，以及锁止离合器及分离的正时）被设计在变速器中，不可以改变。
可是，在ECT中，ECU储存有几个行驶模式（称为常规模式及动力模式或经济模式），驾驶员只要按一下行驶模式选择开关，就可选择到最适合当时驾驶条件的行驶模式。
②减小换档冲击。
因为ECU根据驾驶条件，精确控制换高档、换抵挡及锁止离合器的正时，所以换档冲击比较小。
③减小油耗。
因为ECU根据驾驶条件以最佳的方式控制换高档及换低挡的正时，所以即使在低速范围，所止离合器也可以工作，从而降低了油耗。
④自我诊断及存储功能。
ECU有一个内置的自我诊断系统。
它将电子控制系统中可能发生的任何故障储存在存储器中，并且可以帮助技术人员进行故障分析。
⑤失效保护功能。
ECU有一个备用失效保护系统，以保证即使电子控制系统有故障时也能行驶。
图6-6典型电控变速器控制回路简图
二、电控系统的工作原理
ECT的ECU具有如下功能：
控制换档正时；控制锁止正时；其它控制；诊断；失效保护。
1、换档正时控制
⑴概述
ECT的ECU将换档杆在各个位置（“D”、“2”或“L”档位）及每个行驶模式（常规或动力）下的最佳换档模式编程存入存储器中。
ECU根据适当的换档模式，根据来自车速传感器的车速信号，以及来自节气门位置传感器的节气门开度信号打开或关闭换档电磁阀。
这样，ECU可操纵各电磁阀，打开或关闭通往离合器及制动器的液体通道，使变速器得以换高档或换低档（图6-7）。
注意：
ECU仅在汽车前进时才提供换档正时及锁止正时,在倒档、驻车及空档中，变速器是用机械的方法而不是电子的方法控制的。
⑵换档方式
如下列图表所示，ECU编有程序，以根据行驶模式及换档位置选择换档方式。
图6-7ECU控制原理框图
表6-1选择换档方式
换档
驾驶模式
常规
动力
“D”
S—1*
S—2*
“2”
S—3*
S—3*
“L”
S—4*
S—4*
*S—1、S—2、S—3、S—4代表换档方式
注意：
每个档位的换档方式及行驶模式因车型而异，详见有关的修理说明。
换档方式S-1：
“D”档位，常规式适用于市区、郊区及公路行驶。
燃油消耗及加速性能良好。
例如：
在图6-8中，节气门打开50%，输出轴转速在1500r/min时使ECU从第1档换高档至第2档；转速在2500r/min时，从第2档换高档至第3档；转速在4000r/min时，从第3档换高档至超速档。
图6-8“D”档位常规式
换档方式S-2：
“D”档位动力方式：
这是车速的最好方式。
因此，变速器换高档或换低档的速度高于常规方式。
例如：
在图6-9中，节气门打开50%，在输出轴转速为1800r/min时，ECU从第1档换高档至第2档；转速在3100r/min时从第2档换高档至第3档；转速在4500r/min时，从第3档换高档至超速档。
图6-9“D”档位动力方式
换档方式S-3：
“2”档位（与行驶方式无关）。
这相当于传统自动变速器中的“2”档位。
这个速度档位包括的范围很广，这个方式还有一个优点：
当汽车在山路上行驶中时，可以实现发动机制动。
但是，为了防止发动机超速运转，变速器自动进入第三档，见图6-10所示（见有关的修理手册）。
图6-10S-3、“2”档位
换档方式S-4：
“L”档位（与行驶方式无关），如图6-11。
2、超速档控制
在正常行驶中，ECT的ECU按照前文件所示的换档方式换高档，但是根据以下传感器的情况，不管是否以超速档行驶，超速档均被取消。
⑴超速档主开关
如果这个开关被驾驶员有意关断，超速档便取消，变速器也就不会换高档至超速档。
图6-11S-4、“L”档位
如果已在超速档，变速器则换档至第3档。
⑵巡行控制ECU
在以超速档驾驶时，如果车速降至比巡行控制中设定的速度低约10km/h,巡行控制ECU便传送一个信号至ECT的ECU，以脱离超速档，并防止变速器换回超速档，直至车速达到巡行控制ECU存储器中的设定速度。
⑶发动机的ECU（来自水温传感器）
如果在冷却液温度低的时候超速驾驶，发动机会开始爆震，并且不能提供足够的动力。
因此，要预先在发动机ECU中设定超速档取消，如果冷却液温度降至设定温度以下，发动机ECU便向ECT发出一个信号（接地）。
这是，ECT的ECU将不会换高档至超速档。
图6-12超速档控制原理
3、锁止的控制
⑴概述
ECT的ECU将各种行驶模式（常规与动力）下锁止离合器的工作方式编程存入存储器中。
根据这个锁止方式，ECU按照车速信号及节气门开度信号打开或关闭三号电磁阀。
根据三号电磁阀是打开或关闭，锁止控制阀改变作用在变矩器上的控制变矩器压力的液压通道，以接合或分离锁止离合器。
工作流程如图26-13所示。
⑵锁止机构工作条件
如果下列三个条件同时存在，ECT的ECU就会接通三号电磁阀，以操纵锁止系统：
1汽车以第2档或第3档或超速档（“D”档位）行驶。
2车速等于或高于规定速度，节气门开度等于或高于规定值。
3ECU没有收到锁止系统强制取消信号。
图6-13锁止控制原理
⑶锁止控制
ECU控制锁止系统，其方法是在常规模式时以低于动力模式时的速度使其结合。
ECU也控制锁止正时，以便在换档中减小冲击。
如果变速器在锁止系统工作时换高档或换低档，则ECU便使锁止系统不工作。
这有助于减小换档冲击。
在换高档及换低档完成以后，ECU使锁止系统重新工作。
注意：
在第2、3档和“D”档位的超速档能进行锁止。
但是，只有当车速达到规定速度（这取决于节气门的开度）时，锁止才开始工作。
⑷锁止的强制取消
如果下列三个条件同时存在，ECU就会关断三号电磁阀，以分离锁止离合器：
1停车灯开关接通（制动时）。
2节气门位置传感器的IDL触点闭合。
3冷却液温度低于60℃。
4当巡行控制系统工作时，车速降至设定速度以下至少约10km/h。
上述①、②的目的是在后轮锁止时防止发动机熄火；③的目的是改善行驶的全面性能，加速变速器的预热；④的目的是使变矩器工作，以使转矩倍增。
4、其他控制
⑴“N”-“D”换档缓冲控制
在变速器从“N”档位换至“D”档位时，换档缓冲控制系统为防止变速器直接换入第1档，先使之换入第2档或第3档，然后再换入第1档。
这样做的目的是为了减小换档冲击和车尾下坐。
工作流程如图6-14所示。
只有当下列所有条件同时存在时，换档缓冲控制才工作：
汽车暂时停止；停车灯开关接通；IDL触点接通；变速器从“N”档位换至“D”档位；冷却液预热。
⑵发动机转矩控制器（仅适用某种车型）
为了防止换档冲击，在换档过程中，点火正时暂时延迟，以便减小发动机的转矩。
发动机及变速器的ECU根据换档杆位置（“D”“2”或“L”）所选择的换档及锁止方式，以及行驶模式（常规或动力）控制换档。
图6-14“N”-“D”换档缓冲控制原理
发动机及变速器的ECU根据发动机转速信号（Ne）及变速器输出轴转速信号（SP2）判断驾驶条件，然后根据换档方式（1-2、2-3、3-超速、超速-3、3-2、2-1）及节气门开度确定点火正时延迟的最佳量。
工作流程如图6-15所示。
有关的信号：
发动机转速（Ne）；车速（SP2）；节气门开度（VTA）；冷却液温度（THW）；换档方式（S1、S2）；蓄电池（+B）；超速挡直接离合器车速传感器（NCO）（今适用于丰田A342E）。
图6-15发动机转矩控制原理
1、节气门位置传感器
节气门位置传感器安装在节气门体上随着节气门开度的变化和节气门轴的转动带动该传感器内的电刷滑动或导向凸轮转动，将节气门打开的角度信号转换成电信号送到ECU。
节气门开度传感器一方面用来检测节气门打开的角度，作为发动机负荷大小的参考信号，另一方面反应节气门开度变化的速度，以便反映驾驶员的驾车意图。
对于自动变速器的电子控制系统来说，节气门位置传感器主要是用于检测节气门的开度，反映发动机的负荷大小，作为换挡时刻控制的一个重要信号。
对于发动机燃油喷射系统来说，节气门位置传感器是喷油量控制的一个重要信号。
传感器的VC端子上有来自ECU的5V电源电压，VAT端子的电压作为反映节气门开度的信号电压输入ECU，其输出特性如图6-17。
另一个电刷触点在气门全关闭时与怠速触点IDL接触。
IDL触点信号主要用于判断发动机是否在怠速工况，以及在行车过程中用于断油控制的点火提火提前角的修正。
图6-16节气门位置传感器结构示意图图6-17节气门位置传感器输出特性
2、车速传感器
车速传感器装在输出轴附近，用来检测输出轴的转速，电脑根据车速传感器的信号计算出车速，并根据车速信号控制换档。
在丰田车中，为了确保ECT的ECU随时获得正确的车速信息，车速信号由两个车速传感器输入。
为了进一步确保信息的精确性，ECT的ECU不断比较这两个信号，看它们是否相同（图6-18）。
（1）2号车速传感器（主车速传感器）
一个装有内置式磁铁的转子安装在变速器主动小齿轮或输出轴上。
每当该轴（即转子）旋转一整圈时，磁铁便启动簧片开关（该开关安装在主车速传感器内）产生一个信号（图6-19）。
该信号（相当于全液压控制变速器中的调整器液压力信号）被传送至ECU，ECU便用它控制换档点和锁止离合器的动作。
输出轴每转一圈，该传感器输出一个脉冲。
该传感器适用于FR型（前置发动机后轮驱动）车辆。
该传感器安装方法如图6-20所示。
图6-18车速传感器图6-192号车速传感器
图6-20安装方法图6-211号车速传感器
（2）1号车速传感器（后备车速传感器）
该传感器装在速度里程表中（图6-21），如果主车速传感器发生故障，则它起主速度传感器的作用。
车速表软轴每转一圈，该传感器输出4个脉冲信号。
注意：
如果两个车速信号均正确，来自2号车速传感器的信号在与1号车速传感器的输出比较以后，用于换档正时控制（图6-22）。
如果2号车速传感器的信号是错误的，ECU立即停止使用该信号，改变使用来自1号车速传感器的信号换档正时（图6-23）。
如果发生这种情况，它便输出第62号诊断代码。
此外，如果1号车速传感器不正常，那么便显示诊断代码42。
1当两个传感器均正常时，电路如图6-22所示。
图6-22信号控制方式
（一）
②如果2号车速传感器不正常时，电路如图6-23所示。
图6-23信号控制方式
（二）
2、水温传感器
水温传感器用以检测发动机的冷却液温度。
当冷却液低于预定温度时，如果变速器换入超速档，发动机性能及车辆乘车的舒适性会受到影响。
为了防止这种情况，在冷却液达到预定温度以前，信号便输入ECU，以防止换入超速档（图6-24）。
水温传感器利用热敏电阻监测冷却液温度，并将其转换为电信号，然后将这些信号传送至发动机的ECU。
其结构见图6-25。
图6-24水温传感器安装位置及原理
如果冷却液温度低于预定温度（例如60OOOOO），发动机ECU便发送一个信号到ECT的ECU的端子ODI，以防止变速器换入超速档，并防止锁止离合器运作。
在有些车型上，也防止变速器在这时换入第3档。
图6-25水温传感器结构表6-2ODI端子电压
发动机ECU有失效保护功能。
如果水温传感器由于短路或断路而不工作，不管冷却液实际温度如何，发动机ECU都会将冷却液温度视为80℃（176°F）并进行工作。
在某些车型上，如果冷却液温度低于60℃（140°F），发动机的ECU还可防止换档过程中点火正时延迟。
1、行驶模式选择开关
行驶模式选择开关是提供给驾驶员用来选择所需行驶模式（常规或动力）的开关。
在不同的车型上，行驶模式选择开关用不同的方式表现，大部分车型用NORMAL（常规模式）、POWER（动力模式）表示，有些车型还有ECONOMY（经济模式），另外还有部分车型用SPORT、WINTER等表示，ECT的ECU为所选择的行驶模式选择换档及锁止方式，并且相应地改变换档正时及锁止正时，各车型的模式选择开关的控制方式基本一样，下面以TOYOTA车型为例说明模式选择开关的控制（图6-26）。
图6-26丰田车模式选择开关的控制
ECT的ECU有一个“PWR”端子，但是没有“NORMAL”端子。
当用行驶模式选择开关选择了“POWER”方式时，就有一个12V电压施加到“PWR”端子，于是ECT的ECU判定，“POWER”被选择了。
当“NORMAL”被选择时，没有电压施加于“PWR”，结果，ECL判定“NORMAL”被选择了，当“NORMAL”被选择时，没有电压施加于“PWR”，结果，ECT的
执行机构
ECU判定“NORMAL”被选择了，如表6-3。
该开关的触点也用于接通行驶模式指示灯，以告知驾驶员行驶模式。
2、空档起动开关（档位传感器）
空档起动开关用来判断排档杆所处的位置，防
止发动机在动力档位时起动，保证使用安全。
另外，ECL的ECU从位于起动开关中的档位传感器获得变速器所在档位的信息，然后确定适当的换档方式。
图2-145说明TOYOTA车的空档起动开关。
图6-27TOYOTA空档起动开关
在ECT中空档起动开关有各档位的触点（图6-28）。
如果ECU的端子N、2或L与庙子E导通，ECU便分别确定变速器位于“N”、“2”或“L”档位。
如果N、2或L端子均不与端子E导通，那么ECU便确定变速器位于“D”档位。
注意：
在“P”，“D”及“R”档位，空档起动开关不向ECU发送有关换档杆位置的信号（在有些型号的变速器中，空档起动开关“R”档位也发送信号）。
该开关的触点也用于接通换档位置指示灯，以告诉驾驶员换档杆当时的位置。
各触点的接通（MAKE）/断开（BREAK）状态如图6-29所示。
图6-28空档起动开关各档位切换触点图6-29各触点状态图
注意：
如果输入ECT的ECU的信号异常，ECU的反应如下：
“2”信号电路断路：
在“2”档时，ECU选择“D”档的换档方式。
但是，受液压管路的构造方式所限，变速器只能换高档至第3档。
“L”信号电路断路：
在“L”档时，ECU选择“D”的换档方式。
但是，受液压管路的构造方式所限，变速器只能换高档至第2档。
“N”信号电路断路：
“N”至“D”不发生换档缓冲控制。
3、强迫降档开关
强迫降档开关用来检测加速踏板打开的程度（图6-30）。
当加速踏板超过节气门全开位置时，强迫降档开关接通，并向电控单元输送信号，这时电控单元按其内存设置的程序控制换档，并使变速器降一个档位，以提高汽车的加速性能。
图6-30强迫降档开关
4、超速档主开关
该开关可以使ECT进入可以超速行驶或不可以超速行驶的状态。
当该开关接通时，如果各种条件满足时，ECT将换入超速档。
当该开关断开时，便可以在任何情况下防止ECT换入超速档。
（1）超速档主开关“ON”（接通）
当超速档主开关接通时（触点断开）电流从蓄电池流至ECU，使变速器能换至超速档，如图6-31所示。
（2）超速档开关“OFF”（关断）
当超速档主开关断开（触点闭合）时，电流从蓄电池流至接地，如图6-32所示。
因此，不能换超速档，即ECU不允许变速器换入超速档。
同时，O/DOFF指示灯点亮。
超速档主开关的工作如表6-4所示。
图6-31超速档开关打开图6-32超速档开关关断
表6-4超速档主开关工作情况表
项目
工作情况
超速档主开关
ON
OFF
超速档主开关的触点
打开
闭合
超速档
能
不能
O/DOFF指示灯
灭
亮
注意：
如果电路有故障，就会出现如下症状：
12V电压不施加在ECT的ECU的OD2的端子，
超速档保持取消；12V电压继续施加在ECT的ECU
的OD2的端子，超速档不能取消。
5、制动灯开关
制动灯开关用以判断制动踏板是否被踩下。
当制动踏板被踩下时，制动灯开关输送信号给ECT的ECU，ECU便取消锁止离合器的结合，保证车辆的稳定行使，如图6-33。
图6-33制动灯开关
该开关安装在制动踏板支架上（图6-34）。
当制动踏板踩下时，该开关传送一个信号至ECU，通知ECU制动器已经使用了。
在某些车型中，信号也从驻车制动器开关输入，用作锁止取消信号。
表6-5STP端子电压
制动踏板
STP端子电压
踩下
12V
松开
0V
注意：
如果STP信号电路断路，那么便不进行锁止取消。
图6-34锁止信号
1、开关式电磁阀
开关式电磁阀的作用是开启或关闭液压油路，通常用于控制换档阀及变矩器锁止控制阀的工作。
开关式电磁阀由电磁线圈、衔铁、回位弹簧、阀心和阀球所组成（图6-35）。
它有三种工作方式：
一种是让某一条油路保持油压或泄空，如图6-35a，即当电磁线圈不通电时，阀心被油压推开，打开泄油孔，该油路的液压油经电磁阀泄空，油路压力为零；当电磁线圈通电时，电磁力使阀心下移，关闭油油孔，使油路油压上升。
另一种是开启或关闭某一条油路，即当电磁线圈不通电时，油压将阀心推开，阀球在油压作用下关闭泄油孔，打开进油孔，使主油路压力油进入控制油道，如图6-35b；当电磁线圈通电，电磁力使阀心下移，推动阀球关闭进油，打开泄油孔，控制油道内的压力油由泄油孔泄空，如图6-35c。
图6-35开关式电磁阀图6-36油压控制电磁阀
1-CPU；2-线圈；3-衔铁和阀心；4-阀球；5-泄油孔；6-主油道
2、油路压力控制电磁阀（图6-36）
根据自动变速器控制单元的信号调节控制液压阀的压力，并控制油路压力。
从EC-AT控制单元来得信号通过降压电阻传给电磁阀。
电磁阀为负载循环式，它可以在一个周期中自由地控制接通/断开的比率（从0-100%），用50HZ的频率重复接通/断开，不断打开和关闭排油孔把控制液压阀的压力调至规定值。
工作过程:
接通:
EC-AT控制单元向电磁阀输出电流,心轴向上移动,排油孔开启,泄压.
断开:
EC-AT控制单元切断电磁阀电流,心轴由弹簧力推向下以保持液压.
油的流向
电磁阀（油路压力）
保持油压
断开
排油
接排油通
基于上述原因，当负载比（50HZ接通）降低时，控制压力升高，反之控制压力降低。
3、失效保护
ECT的ECU有几个失效保护功能，使汽车在行驶过程中，即使电气系统发生故障也能继续行驶。
（1）如果1号或2号电磁阀发生故障，ECU仍然可以通珲操纵其他电磁阀控制变速器，使变速器处于一个适当的档位，让汽车能继续行驶。
例如，如果汽车经变速器“D”档位第1档行驶时，1号电磁阀发生故障，那么失效保护功能可使变速器只能换入第3档，而不能换入超速档（若没有失效保护功能，就能换入超速档）。
此处，如果两个电磁阀都发生故障，驾驶员仍然可以用手操作换档杆，安全地进行驾驶，手动换档时与自动换档的档位对应关系如表6-6所示。
表6-6手动与自动换档的档位对应关系表
档
位
正常
1号电磁阀发生故障
2号电磁阀发生故障
两个电磁阀均发生故障
电磁阀
档位
电磁阀
档位
电磁阀
档位
手动操作换档杆时的档位
1号
2号
1号
2号
1号
2号
D
通
断
1
×
通（断）
3（超速）
通
×
1
超速
通
通
2
×
通
3
断（通）
×
超速（第一）
超速
断
通
3
×
通
3
断
×
超速
超速
断
断
超速
×
断
超速
断
×
超速
超速
2
通
断
1
×
通（断）
3（超速）
通
×
1
3*
通
通
2
×
通
3
断（通）
×
3*（第一）
3*
断
通
3
×
通
3
断
×
3*
3*
L
通
断
1
×
断
1
通
×
1
1*
通
通
2
×
通
2
通
×
1
1*
（）:
没有失效保护功能×:
发生故障*在A540E、A540H中为超速档
（2）后备车速传感功能
车速传感器有两个：
2号车速传感器，位于变速器延伸壳上或传动桥壳上；1号车速传感器，位于速度里程表内。
因此，即使2号车速传感器由于某种原因发生故障，ECU利用来自1号车速传感器的信号感知车速，使之仍可继续正常运转。
（3）手动操作功能
如果由于某种原因，电子控制系统完全不能工作，ECT便
可使档位按换档杆位置以机械的方法切换至图6-37所示位置。
如果脱开发动机室中的ECU连接器或ECT电磁阀连接器，
也可以进行相同的手动换档。
当计算机对一些事情判断错误
时，克莱斯勒公司的A604变速器就会进入到跛行状态。
在这
种状态下，变速器只用2档工作，用2档起动，2档倒车及图6-37手动操作方法
停车。
变速器进入这种跛行模式通常是因一个设备，常是输入设备提供失效或错误的信号给变带器控制计
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