汽车自动变速器构造与检修

2023-08-25 理论教育版权反馈

【摘要】：表8-2-1ECTECU接线端子各符号含义2.电控系统元件检修行驶模式选择开关。节气门位置传感器安装在发动机节气门体上，用于检测节气门的开度，并将其转换成电信号输至ECU，以便控制换档正时和锁止正时。节气门处于怠速位置时，传感器的怠速触点闭合，IDL端子搭铁电压为0V，节气门开度超出怠速范围后，IDL触点断开，IDL端子的电压为12V左右。

1.电控系统构造

电控自动变速器的电控系统由传感器、控制单元（ECU）、执行器组成。图8-2-1为丰田公司A140E变速器电控系统的组成。

图8-2-1 A140E自动变速器电控系统的组成

电控系统元件在车上的安装位置，如图8-2-2所示。电控系统线路如图8-2-3所示。

图8-2-2 电控系统元件在车上的安装位置

图8-2-3 电控系统线路图

A140E自动变速器电子控制器（ECT ECU）与发动机ECU合并为一体，ECT ECU接线端子各符号含义如表8-2-1所示。

表8-2-1ECTECU接线端子各符号含义

2.电控系统元件检修

（1）行驶模式选择开关。行驶模式选择开关安装在变速杆附近或安装在仪表盘中，便于驾驶人选择行驶模式。行驶模式选择开关及线路如图8-2-4所示。

图8-2-4 行驶模式选择开关及线路

图示的开关有两个驾驶模式供选择：动力模式（PWR）和常规模式（NOR）。开关的两个输出端与各自的指示灯连接，但只有动力模式的输出端与电脑的PWR端子连接。驾驶人通过两档按键开关控制两个模式的选择。

选择动力模式时，控制单元的PWR端子有12V电压输入；而选择常规模式时，控制单元PWR端子的电压为0V。控制单元根据PWR端子是否有12V电压输入判定驾驶人对行驶模式的选择：有12V电压时为动力模式；电压为0V时为常规模式。开关在通知控制单元行驶模式选择的同时，还使仪表盘上的指示灯点亮，提示驾驶人对行驶模式的选择。

（2）空档起动开关。空档起动开关安装在自动变速器外部，用于通知ECU变速器所处的档位，以便执行相应的换档动作。空档起动开关的外形与线路的连接如图8-2-5所示。其内部有各档位的固定触点，如图8-2-6所示，活动触点臂与液压控制系统手控阀的控制轴联动。变速杆、手控阀和空档起动开关三者之间的位置是一致的，否则应调整它们之间的位置。

图8-2-5 空档起动开关的外形与线路的连接

图8-2-6 空档起动开关的内部触点

当点火开关处于起动位置，空档起动开关只有在N和P档时，起动机的控制线路才能接通，发动机才能起动，避免了变速杆在行驶档位起动发动机可能造成的危险。发动机起动后点火开关回到点火档，随着变速杆位置的改变，空档起动开关除了接通变速杆位置的指示灯，还在N、2、L档分别向ECU的输入端子N、2、L输入12V的电压信号，ECU接到上述信号后便知道处于N、2或L档。如果ECU接收不到上述信号，ECU便认为当前处于D档。变速杆在各档位时，空档起动开关内部触点的连接情况如表8-2-2所示。

当变速杆在D档时，ECU按照D档的程序控制电磁阀，可以在所有的传动比中选择合适的档位。变速杆在2档时，电控自动变速器的2档可以升入直接档，ECU只是不发出升OD档的指令，当ECU的2信号线发生断路情况时，ECU认为是处于D档位置并按照D档的程序发出指令，但由于液压油路的设计，3/4档换档阀会被固定在直接档的位置，不能升入OD档。在电控自动变速器的L档可以升一次档，当变速杆在L档时，ECU不会发出升直接档和OD档的指令，在ECU的L信号线发生断路时，ECU仍认为是D档并按照D档的程序发出指令，但2/3档换档阀和3/4档换档阀会被固定在D2档的位置，不能升入直接档和OD档。变速杆在R档位置时，由变速杆来控制R档油路进行倒档的操作。ECU接收N档信号是要对车辆起步时的车辆后坐进行控制。

综上所述，ECU通过各端子是否有信号输入，决定换档的程序。

表8-2-2空档起动开关内部触点的连接情况

（3）节气门位置传感器。节气门位置传感器安装在发动机节气门体上，用于检测节气门的开度，并将其转换成电信号输至ECU，以便控制换档正时和锁止正时。节气门位置传感器的外形及线路连接如图8-2-7所示。节气门位置传感器内部的触点位置如图8-2-8所示，其中的活动触点臂与节气门轴联动。只有线性输出型的节气门位置传感器才能用于自动变速器的换档控制，开关型的节气门位置传感器只有在怠速和大功率时有信号输出，不能反映节气门的其他位置，因此不能用于换档控制。节气门位置传感器的V_C是5V工作电压的输入端子，V_TA是信号输出端子，IDL是怠速信号输出端子，E1为地线。当节气门位置发生变化时，V_TA的输出电压就会发生相应的变化，其输出特性如图8-2-9所示。

图8-2-7 节气门位置传感器的外形及线路连接

但是在车辆行驶时，并非节气门开度的每一个微小的变化都会引起换档的需要，因此在发动机与变速器ECU之间并不是将节气门开度信号进行简单地传递，而是根据节气门的开度将其转变为L1、L2、L3三个电压信号，变速器的ECU由L1、L2、L3的不同组合，确定节气门的开度控制档位的变换。L1、L2、L3与节气门开度的关系如图8-2-10所示。

图8-2-8 节气门位置传感器触点位置

图8-2-9 节气门位置传感器的输出特性

图8-2-10 节气门开度与L1、L2、L3的关系

图中的阴影部分为大约5V的高电压，其余为0V左右的低电压。如果L1、L2、L3均为5V的高电压，ECU可知节气门的开度在怠速至7%之间；L1、L2为低电压L3为高电压时，节气门开度在35%～50%之间。

节气门处于怠速位置时，传感器的怠速触点闭合，IDL端子搭铁电压为0V，节气门开度超出怠速范围后，IDL触点断开，IDL端子的电压为12V左右。

即ECU通过L1、L2、L3和IDL端子的电压判断节气门的开度，进而控制换档和锁止。

如果节气门位置传感器输出的L1、L2、L3信号不正常，与此相关的换档就会发生换档时机早或晚的问题。如果输出的怠速信号不正常，液力变矩器中锁止离合器的锁止就会出现问题。

（4）车速传感器。车速传感器产生的车速信号相当于全液压控制自动变速器中的调速器油压，ECT的ECU用它来控制换档点和锁止离合器的运作。

ECT的ECU获得的正确车速信息是由两个车速传感器输入的，为了进一步确保信息的精确性，ECT的ECU不断对这两个信号进行比较，看它们是否相同。两个车速传感器与ECU的连接如图8-2-11所示。

①No.2速度传感器（主传感器）。如图8-2-12所示，No.2速度传感器装在变速器延伸壳体上并检测变速器输出轴的旋转速度。该传感器是由永久磁铁、线圈和磁轭组成的。具有四个齿的转子装在变速器输出轴上并随轴一同旋转。

当变速器输出轴旋转时，磁轭（前端）和转子之间的间隙的增加或减少是因为齿引起的。因而，穿过磁轭的磁力线数目也随之增加或减少，在线圈中产生感应交流电压。交流电压的频率是正比转子的转速，并被用来检测车辆速度。

图8-2-11 车速传感器

图8-2-12 No.2速度传感器

②No.1速度传感器（备用传感器）。No.1速度传感器装在变速器的延伸壳体上并由输出轴的从动齿轮驱动，如图8-2-13所示。

该传感器是当No.2速度传感器有故障的情况下才使用的备用传感器。

No.1速度传感器的工作原理：图8-2-14是沿速度传感器传动轴剖开的截面图。速度传感器内有混合集成电路（HIC），它装在磁阻元件（MRE）内，该磁阻元件是环形，称磁环。

当通过磁阻元件（MRE）的电流方向平行于磁力线的方向时，电阻最大；而电流方向垂直于磁力线方向时，电阻最小。MRE的电路图如图8-2-15所示。

当接点①和③接到电源时，由于磁力线在图的水平方向运动，A和C部分电阻大，而B和D部分电阻小。因此，接点②和④分别产生负电位和正电位，如图8-2-15b所示。相反地，当磁力线在垂直方向起作用时，B和D部分电阻大，而A和C电阻小，所以，接点②产生正电位，接点④为负电位。

图8-2-13 No.1速度传感器的结构

图8-2-14 速度传感器纵剖面图

图8-2-15 磁阻元件（MRE）电路图

磁力线的方向是由装在磁环内20个磁极的旋转改变的，如图8-2-16a所示。于是，磁环每旋转一周产生20个周波的交流电，从MRE输出到比较器。比较器将交流电变换成数字信号，最后由晶体管Tr将数字信号倒相后输出。各部分的波形如图8-2-16b所示。

应该指出的是：速度信号周期在组合仪表内部变换1/5（或者说，在组合仪表内由F/V变换电路将信号频率变换成4个电压信号），并且该速度信号还分别去控制悬挂ECIJ、发动机和变速器ECU、恒速控制ECU和动力转向ECU。

ECU同时接收来自两个车速传感器的信号并对其进行比较。如果比较的结果两个车速传感器显示的车速一致，ECU使用No.2车速传感器的信号来控制换档和锁止正时；如果来自No.2车速传感器的信号是错误的，ECU立即改用No.1车速传感器的信号控制换档和锁止。如果两个车速传感器的信号都是错误的，ECU立即进入保护模式，自动变速器只能在1档行驶。

在车速传感器出现故障时，自动变速器会出现换档正时方面的问题，ECU会在存储器中存储故障信息，并通过报警灯的闪烁提示驾驶人当前处于不正常的行驶状态。

车速传感器用于换档和锁止的控制，与节气门位置传感器一样是换档和锁止控制的主要信号。

除已介绍过的磁感应式和磁阻式外，还使用簧片式等其他类型的车速传感器。车速传感器的检测与汽车上其他速度传感器的检测方法一样。

（5）超速档直接离合器速度传感器。如图8-2-17所示，该传感器装在变速器壳体上。它根据超速档直接离合器鼓的转速，检测出超速档输入轴从1档到3档齿轮的转速。将超速档直接离合器速度信号和车速传感器信号进行比较，发动机和ECT ECU便可测定各档的换档正时，并根据不同的情况准确地控制发动机转矩和油压，从而使换档平滑。该传感器的结构和工作原理与No.2速度传感器是相同的，其电路如图8-2-18所示。图8-2-19是传感器实物测量。1号传感器只能做动态检测，在静态情况下是变化电阻值。

图8-2-16 速度传感器原理图

图8-2-17 超速档直接离合器速度传感器

图8-2-18 超速档直接离合器速度传感器电路图

（6）冷却液温度传感器。冷却液温度传感器监测发动机冷却液的温度用于控制发动机的喷油和点火控制，似乎与自动变速器的控制无关，但如果发动机冷却液温度低，说明发动机的工作尚在不稳定的状态，如果变速器升入OD档或锁止离合器进入锁止，都会加剧发动机的不稳定状态。因此自动变速器的控制过程也需要发动机冷却液温度信号。

冷却液温度传感器的外形和与ECU的连接关系如图8-2-20所示。

图8-2-19 传感器实物测量

图8-2-20 冷却液温度传感器的外形和与ECU的连接关系

冷却液温度传感器是一个负温度系数的可变电阻，随温度的增加其阻值逐渐下降，发动机ECU接收的冷却液温度信号如果高于规定值（50～70℃，因车而异），OD1端子的输出信号是12V，变速器的ECU就会允许升入OD档和进行锁止控制。如果发动机ECU接收的冷却液温度信号低于规定值，ECT的ECU输入端子OD1的电压是0V，此时变速器不能升入OD档，锁止离合器也不能锁止。

如果冷却液温度传感器出现故障，ECU将始终按照水温为80℃时进行操作，而不管实际冷却液温度是多少。

（7）超速档开关。超速档开关由驾驶人自主操作选择在车辆行驶过程中是否可以升入OD档。超速档开关的安装位置如图8-2-21所示。

当超速档开关处于ON位置时（图8-2-22），开关内的触点是断开的，此时O/D OFF指示灯不亮，同时ECU的OD2端子有12V电压输入，ECU可以控制变速器进行OD档操作。如果超速档开关处于OFF位置（图8-2-23），开关内的触点闭合，在仪表盘内的O/D OFF指示灯点亮，ECU的OD2端子电压为0V，不能进行OD档操作。

图8-2-21 超速档开关的安装位置

图8-2-22 超速档开关处于ON位置

超速档开关只用于OD档的控制，它的线路出现故障后，如果ECU的OD2端子始终有12V电压输入，则不能通过超速档开关进行解除OD档的操作；如果ECU的OD2端子始终是OV电压，则变速器的OD档始终不能接通。

（8）制动灯开关。制动灯开关的主要工作是参与变矩器锁止离合器的控制和“N”至“D”占驻控制，当制动踏板被踩下时，取消变矩器锁止离合器工作；当制动踏板未被踩下时，取消“N”至“D”占驻控制。制动灯开关的外形与线路连接，如图8-2-24所示。

图8-2-23 超速档开关处于OFF位置

在非制动状态时，开关内的触点没有接通，制动灯当然不亮，此时ECU的STP端子的电压为0V，变矩器的锁止离合器可以进入锁止状态；在制动状态，开关内部触点闭合，制动灯控制电路接通。同时ECU的STP端子的输入电压变为12V，ECU接到12V的输入信号后，将解除锁止离合器的锁止状态，避免制动时发动机熄火。

图8-2-24 制动灯开关的外形与线路连接

如果后轮被抱死，制动又正在进行时，为防止发动机失速，ECU也相应地取消锁止离合器的工作。该信号也用于“N”至“D”占驻控制。如果STP信号电路断路，ECU便不会取消锁止离合器的工作和“N”至“D”占驻控制。

在某些车型中，制动灯开关信号也从驻车制动器开关输入，用作对锁止离合器取消锁止的信号，如图8-2-25所示。

（9）巡航控制ECU。有些车辆设有巡航控制系统，在交通情况比较好的情况下，启动巡航控制系统可以减轻驾驶人的劳动强度。巡航控制系统与变速器ECU的连接情况如图8-2-26所示。

如果车辆原在动力（PWR）模式行驶，在巡航控制系统启动后，自动变速器ECU自动将行驶模式转变为常规（NORM）模式。在车辆行驶正常时，ECU OD1端子的电压为12V。车辆上坡时会引起车速的下降，如果车速下降的幅度超过10km/h（因车而异，高档车此值较小），ECU OD1端子的电压会变为0V。此时变速器ECU将进行两个操作：解除OD档和解除锁止。解除OD档是为了在D3档更好地加速，解除锁止是为了防止发动机熄火。

图8-2-25 驻车制动器开关

图8-2-26 巡航控制系统与变速器ECU的连接情况

图8-2-27 电磁阀的结构

注意，巡航控制ECU与冷却液温度传感器共用同一个输入端子OD1，但其功能不会互相干扰。

（10）电磁阀。电磁阀是由ECU控制的唯一的执行元件。电磁阀安装在阀体上，其结构如图8-2-27所示。

在电磁阀的线圈不通电的时候，电磁阀中的针阀将液压控制系统中相应的泄油孔封闭，如果线圈通电，针阀将泄油孔放开，使油道泄压。电磁阀的两种状态使液压控制系统的油路发生改变，变速器的档位也就发生对应的变化。

电磁阀与ECU的连接如图8-2-28所示。其中1、2号电磁阀是换档控制电磁阀，3号电磁阀是锁止控制电磁阀。如果1号或2号电磁阀的线路出现故障，ECU将立即停止对故障元件输出换档指令，同时执行失效保护功能。

图8-2-28 电磁阀与ECU的连接

电磁阀测试：

①将ECU上的线束连接脱开；

②测量S1、S2、S3端子与搭铁之间的电阻如图8-2-29所示，阻值应为11～15Ω；

③在电磁阀端子上加12V电压，应该能够听到电磁阀工作的“咔哒”声；

④在电磁阀的控制通道施加490kPa压缩空气，应无泄漏现象；电磁阀通电时，应有空气漏出，如图8-2-30所示。

图8-2-29 电磁阀端子的测试

图8-2-30 电磁阀密封性的测试

（11）ECU的供电回路。图8-2-31为ECU的供电回路。为了保证存储器的存储内容不会丢失，ECU有两条供电回路。ECU的输入IG端子（点火）通过点火开关供电，关断点火开关，发动机熄火此路供电中断。但是ECU的输入+B端子（蓄电池）不经过点火开关，在点火开关处于OFF位置时，仍能够保持ECU的供电状态，保证存储器内的内容不会丢失。

3.电子控制系统信号检查

电子控制系统信号检查的目的是检查变速器的控制信号是否正常。

（1）试验准备。按以下要求做好试验前的准备工作：

①点火开关处于ON位置，但发动机不工作。

②按图8-2-32所示将数字式电压表与检查连接器的TT与E1端子连接。在以下要进行的信号测试中都保持这种连接状态。

（2）节气门位置传感器的信号检查。节气门位置传感器信号检查的方法步骤如下：

①慢慢踩下加速踏板，同时检查电压表读数的变化。

②电压表的读数应该逐渐上升从0V变化到8V，如图8-2-33所示。

③注意：在测试过程中，不要踩下制动踏板，否则电压表的读数始终为0V。

④如果在测试过程中读数始终为0V，可能的原因有IDL闭合；制动灯开关闭合；ECU电源电路有故障；ECU自身有故障。