第三章 自动变速器电控系统
第一节 自动变速器控制单元
一、自动变速器概述
自动变速箱主要由电子及液压控制系统组成，电子控制系统主要由自动变速器控制单元（TCM）、传感器、电磁阀及空挡启动开关组成，见图3-1。
图3-1 自动变速器组成
二、自动变速器控制单元
TCM根据车辆的行驶状况及发动机的负荷来控制自动变速器做一系列的动作，TCM有下列几种模式来控制自动变速器。自动变速器控制见图3-2、图3-3。TCM接头端子及其参数见图3-4、表3-1。
图3-2 自动变速器控制（一）
图3-3 自动变速器控制（二）
图3-4 TCM接头端子
表3-1 TCM的端子与参数
1. 换挡和锁定控制
TCM根据驾驶员的要求、车辆行驶情况及发动机运转状况，再依据内部所设定条件，来控制换挡电磁阀S1、S2、S3、S4、S5，使自动变速箱能有最好的换挡挡位，TCM也会控制锁定控制电磁阀（SLU），使锁定离合器接合，达到最佳的扭力输出及省油的状态。
由锁定控制电磁阀（SLU）来控制锁定离合器的接合与分离，锁定离合器位于液力变矩器内，当锁定离合器接合时，能将液力变矩器内的油泵叶片（主动叶轮）和涡轮叶片（被动叶轮）连接，使得发动机的动力能完全传递至自动变速箱中，可以减少动力传递损失而提高燃料经济效应。
下列几种模式有助于达到最佳的行驶状况。
① 雪地模式 这个模式适用于较湿滑的道路状态下起步。
② 经济模式 经济模式适用于正常驾驶状况，在此模式下，换挡时间及锁定时间会作动在较低的车速范围内，如此可降低发动机的转速，以降低油耗及提高燃油经济性。
③ 驾驶员学习模式 在此模式下，换挡时间及锁定时间发生范围较经济模式高，如此可提升发动机所输出的动力。
④ 上坡模式 TCM会根据发动机扭力负荷和车速降低等变化，来判定是否在上坡状态，在此模式下，换挡时间会作动在较高的车速范围内，如此可减少换挡过度频繁的状况发生。
⑤ 下坡模式 TCM会根据车辆加速度和节气门全关状态等的变化，来判定是否在下坡状态，在此模式下，换挡时间会发生在较高的车速范围内，这样可适当利用发动机制动。
⑥ 高温模式 当ATF温度过高时，TCM会改变换挡时间来降低ATF的温度。
须以手动方式按下雪地模式开关，雪地模式才激活。
其他的模式状态，都由TCM根据其他模块及各传感器输入的信号，自动调整适当的模式状态，才能达到最佳的行驶状况。
2. 手动换挡模式
只要将换挡杆从“D挡”挂入“手动换挡模式”，驾驶员即可依自己的喜好来选择挡位。但为避免自动变速箱损坏，TCM会根据车辆行驶情况及发动机运转状况，来适时控制自动变速箱的换挡。
（1）自动升挡控制 在手动换挡模式下，当车速超过TCM的设定又没有以手动方式升挡时，为避免发动机的转速过高，TCM会自动将自动变速箱升挡。
（2）自动降挡控制 在手动换挡模式下，当车速低于TCM的设定又没有以手动方式降挡时，为避免发动机的转速过低，TCM会自动将自动变速箱降挡，以提供适当的发动机动力输出。
（3）允许升挡控制 在手动换挡模式下，当车速符合TCM的设定时，如果想以手动方式升挡，TCM会允许以手动方式将自动变速箱升挡。
（4）允许降挡控制 在手动换挡模式下，当车速符合TCM的设定时，如果想以手动方式降挡，TCM会允许以手动方式将自动变速箱降挡。
3. 切断锁定控制
在降挡、怠速状态和低速行驶时踩下制动踏板，TCM会切断锁定离合器，以防止发动机转速过低而熄火。
4. N-D换挡控制
TCM会根据“N-D学习控制”学习C1离合器活塞的行程，来控制管路压力电磁阀（SLT），用最佳的管路油压来控制C1离合器，这样就能提升从N挡推向D挡的换挡品质。
N-D学习控制：TCM根据监测C1离合器的接合时间及转速的变化率，来学习C1离合器的油压控制及油压特性。
5. N-R换挡控制
TCM会根据“N-R学习控制”学习C2离合器活塞的行程，来控制换挡压力电磁阀（SLS），以最佳的油压来控制C2离合器，来提升从N挡推向R挡的换挡品质。
N-R学习控制：TCM通过监测C2离合器的接合时间及转速的变化率，来学习C2离合器的油压控制及油压特性。
6. 扭力减少控制
在N-D、N-R和1、2、3、4、5换挡时，TCM会通过CAN通信系统向ECM发送降低扭力的信号，降低发动机的扭力输出，以提高换挡的质量。
如果快速踩下油门踏板，TCM会通过CAN通信系统向ECM发送控制扭力信号，来控制发动机扭力输出的上限值，以避免在2挡换3挡、3挡换4挡和4挡换2挡降挡时，发动机产生空转的现象。
7. 诊断功能
TCM的诊断功能可以监测自动变速箱系统中的传感器、电磁阀和其他电子元件，如果系统中的这些元件发生故障，仪表板上的故障警示灯（SERV）会亮起，用来提醒驾驶员自动变速箱系统发生故障。当自动变速箱系统发生故障时，可通过原厂诊断仪器来检测元件有无故障、读取/删除DTC代码和读取数值。
8. 失效保护
如果自动变速箱系统中的电磁阀或传感器发生故障，TCM会向电子元件发送控制信号，并根据元件的损坏状况来控制自动变速箱，使自动变速箱保持在某种状态，让车辆能在最低状态下行驶。
9. 自适应
更换自动变速箱、TCM或软件升级后，要清除原有的自适应，并重新进行自适应。
（1）车辆温度升高 在执行自学习前，让自动变速箱达到正常工作温度，可使用怠速或慢速行驶的方式使ATF温度上升至65～100℃，可使用原厂诊断仪器来确定是否达到工作温度。
注意：切勿使用失速方式来提高ATF的温度。
（2）N-D和N-R换挡学习 车辆在静止状态下，将挡位从N挡挂入R挡，并在R挡停留3s后再换回N挡，重复N-R-N方式换挡5次（图3-5）。同样重复上述的步骤N-D-N方式换挡5次。
图3-5 N-D和N-R换挡学习
（3）升挡/降挡学习
车辆在静止状态下将挡位挂入D挡，然后踩下油门踏板，让节气门开度保持在15%～20%下加速至4挡，当车辆超过50km/h后开始减速，直至车辆停止（车辆从50km/h以上到停止的时间必须大于14s）。重复上述的步骤5次（图3-6）。
图3-6 升挡/降挡学习
如果无法得知节气门开度是否保持在15%～20%，车辆需以30s内达到50km/h（挡位在D挡状态，节气门开度保持一定）的方法替代。
三、输入、输出轴转速传感器
1. 信号
这两个传感器所使用的是霍尔式传感器，所输出的信号是矩形脉冲信号，其信号的振幅不会随速度改变（图3-7），具有抗干扰性强和低速检测稳定性高的特性（霍尔式传感器最低可检测20r/min的速度信号，而磁感式最低可检测50r/min的速度信号）。
图3-7 矩形脉冲信号
2. 输入轴转速传感器（NC1）
正对于C1离合器毂上（图3-8），主要用来检测C1离合器毂的转动速度，如此即可了解输入自动变速箱的转速是多少。
图3-8 输入轴转速传感器
3. 输出轴转速传感器（SP）
正对于驻车齿轮上（图3-9），主要用来检测驻车齿轮的转动速度，如此即可了解自动变速箱所输出的转速是多少。
图3-9 输出轴转速传感器（SP）
四、油温传感器
油温传感器安装在液压控制阀体上（图3-10），主要作用是将自动变速箱内的ATF温度转换成电压信号传输至TCM。当ATF温度为10℃时，油温传感器的电阻值为5.8～7.09kΩ。当ATF温度为110℃时，油温传感器的电阻值为0.231～0.263kΩ。
图3-10 油温传感器
五、换挡电磁阀
例如某自动变速箱共采用5个换挡电磁阀（图3-11），分别为S1、S2、S3、S4和S5电磁阀，这5个换挡电磁阀直接安装在液压控制阀体上。换挡电磁阀会依据TCM所提供的换挡信号，进行ON和OFF之间的切换动作，以达到挡位变换的目的。
图3-11 换挡电磁阀
六、管路压力控制电磁阀
管路压力控制电磁阀（SLT）安装在液压控制阀体上（图3-12）。管路压力控制电磁阀接收到TCM的控制信号后，会控制线性节气流阀的压力以及离合器和制动带的管路压力，以减少换挡时的冲击。
图3-12 管路压力控制电磁阀（SLT）
七、锁定控制电磁阀
锁定控制电磁阀（SLU）安装在液压控制阀体上（图3-13）。锁定控制电磁阀接收到TCM的控制信号后，用控制锁定控制电磁阀的管路油压，来控制锁定离合器，以减少换挡时的冲击。在1挡发动机制动时，锁定控制电磁阀会直接控制B3制动器。在2挡时，锁定控制电磁阀会直接控制B2制动器。
图3-13 锁定控制电磁阀（SLU）
TCM控制锁定控制电磁阀的电流越高，管路中的油压就越高（图3-14）。
图3-14 电流与油压关系
八、换挡压力电磁阀
换挡压力电磁阀（SLS）安装在液压控制阀体上（图3-15）。换挡压力电磁阀接收到TCM的控制信号后，会控制换挡时元件的油压。在2挡、3挡和4挡时，换挡压力电磁阀会直接控制B1制动器。在5挡与倒挡时，换挡压力电磁阀会直接控制C2离合器。
图3-15 换挡压力电磁阀（SLS）
TCM控制换挡压力电磁阀的电流越低，管路中的油压就越高（图3-16）。
图3-16 TCM控制换挡压分电磁阀特性
九、空挡启动开关
空挡启动开关（NSW）安装于自动变速箱上（图3-17），主要功能是将换挡杆的位置信号传送至TCM中，使TCM能了解换挡杆目前在哪个挡位，其次是预防驾驶员失误启动，所以换挡杆需置于P挡或N挡发动机才能顺利被启动。
图3-17 空挡启动开关（NSW）
十、自动变速器控制单元故障诊断
1. 自动变速器控制单元电压过低或过高
（1）诊断说明 控制电磁阀总成中的变速器控制单元（TCM）持续监测点火电压电路上的系统电压。如果系统电压低于正常值，则可能无法正确操作变速器控制电磁阀。电磁阀工作不正常可能导致变速器运行不稳定，并由此导致内部损坏。故障诊断码长时间检测变速器控制单元电压过高或过低。
（2）故障描述
① 故障码P0562：系统电压过低。
② 故障码P0563：系统电压过高。
（3）运行故障诊断码的条件
故障码P0562：点火电压高于5.0V并且未降至低于2.0V。
发动机转速大于1200r/min。
故障码P0563：点火电压高于5.0V并且未降至低于2.0V。
（4）故障识别条件
故障码P0562：在12s的时间之内，变速器控制单元检测到点火电压低于或等于11V并持续4s。
故障码P0563：变速器控制单元检测到点火电压高于或等于18V并持续10s。
（5）自动变速器控制单元诊断出故障码时采取的自诊断操作
① 自动变速器控制单元关闭高电平侧驱动器。
② 自动变速器控制单元指令管路压力达到最大值。
③ 自动变速器控制单元冻结变速器自适应功能。
④ 自动变速器控制单元指令变矩器离合器（TCC）关闭。
⑤ 自动变速器控制单元将变速器限制至倒挡和5挡。
⑥ 自动变速器控制单元禁用触动式加挡/减挡功能。
⑦ 自动变速器控制单元禁用前进挡手动换挡。
⑧ 自动变速器控制单元请求降低发动机扭矩。
2. 自动变速器控制单元程序和存储器故障
（1）诊断说明 这是控制电磁阀总成的内部故障检测。该故障在控制电磁阀总成内部处理，不涉及外部电路。
（2）故障描述
故障码P0601：自动变速器控制单元只读存储器性能不良。
故障码P0602：自动变速器控制单元未编程。
故障码P0603：自动变速器控制单元长期存储器重新设置。
故障码P0604：自动变速器控制单元随机存取存储器性能不良。
故障码P062F：自动变速器控制单元长期存储器性能不良。
（3）运行故障诊断码的条件 点火电压在8.6～18.0V之间。
（4）故障码P0601识别条件 只读存储器（ROM）测试失败5次或5次以上。
（5）故障码P0602识别条件 自动变速器控制单元未编程，并且无法检测到启动程序。
（6）故障码P0603识别条件 自动变速器控制单元检测到存储器校验错误。
（7）故障码P0604识别条件 变速器控制单元检测到随机存取存储器（RAM）测试失败大于或等于5次。
（8）故障码P062F识别条件 变速器控制单元在断电期间检测到非易失性存储器故障。
（9）自动变速器控制单元诊断出故障码时采取的自诊断操作
① 自动变速器控制单元将变速器限制在倒挡和5挡运行。
② 自动变速器控制单元指令管路压力达到最大值。
③ 自动变速器控制单元强制变矩器离合器（TCC）关闭。
④ 自动变速器控制单元冻结变速器自适应功能。
⑤ 自动变速器控制单元指令高电平侧驱动器关闭。
⑥ 自动变速器控制单元禁用触动式加挡/减挡功能。
⑦ 自动变速器控制单元禁用前进挡手动换挡。
3. 自动变速器控制单元温度过高
（1）诊断说明 自动变速器控制单元（TCM）温度传感器位于控制电磁阀总成内，没有可维修零件。变速器控制单元监视变速器控制单元传感器是否有高温保护。
（2）故障描述 故障码P0634：自动变速器控制单元温度过高。
（3）运行故障诊断码的条件
① 点火电压高于或等于8.6V。
② 自动变速器控制单元温度在0～170℃之间持续大于或等于0.25s。
③ 未设置故障诊断码P0634。
（4）故障识别条件
① 变速器控制单元检测到内部温度高于或等于146℃持续5s。
② 点火电压高于或等于18V，且变速器控制单元检测到内部温度高于或等于50℃持续2s。
（5）自动变速器控制单元诊断出故障码时采取的自诊断操作
① 自动变速器控制单元将变速器限制在倒挡和5挡运行。
② 自动变速器控制单元禁用触动式加挡/减挡功能。
③ 自动变速器控制单元禁用前进挡手动换挡。
④ 自动变速器控制单元指令管路压力达到最大值。
⑤ 自动变速器控制单元关闭。
十一、典型的自动变速器控制单元
1. 自动变速器控制单元概述
自动变速器控制单元由机械电子控制系统模块调节。机械电子控制系统模块由液压单元和电子模块组成。液压单元是变速箱控制系统的换挡机构。电子模块包含EGS（电子变速箱控制系统）控制单元、传感器以及变速箱内的电气连接。
2. 自动变速器控制单元工作原理
自动变速器控制单元处理变速箱、发动机和车辆方面的信号。控制程序根据接收的数据和存储的数据计算出：
① 正确的挡位；
② 对于挡位调节最佳的压力过程；
③ 液压压力与需传递的扭矩的匹配。
输入数据在PT-CAN上传递。输入数据有驾驶员希望值（通过选挡按钮的选挡杆位置）、发动机转速、发动机温度和喷射持续时间等。
出于可用性考虑，驾驶员希望值在PT-CAN上并附加在PT-CAN2上传递。
电子模块中的传感器提供关于变速箱输入转速、变速箱输出转速和变速箱油温的输入数据。
自动变速器控制单元直接控制液压单元中的阀门。自动变速器控制单元见图3-18。
图3-18 自动变速器控制单元
1—液压单元；2—电子模块；3—变速箱插头；4—变速箱输出转速传感器；5—变速箱油温传感器；6—用于识别驻车锁止器位置的传感器；7—变速箱输入转速传感器
3. 自动变速器控制单元功能
（1）行驶方向切换的存储功能 驾驶员希望值从选挡杆位置“D”到“R”或从“R”到“D”。
① 如果低于规定的行驶速度（比如低于5km/h），驾驶员意愿由自动变速器控制单元（EGS）实施。
② 在规定的速度范围内（比如5～10km/h之间），EGS挂入选挡杆位置“N”。位置显示切换到驾驶员意愿“D”或“R”，存储驾驶员希望值。如果车速在1s内低于5km/h，则EGS转换驾驶员希望值“D”或“R”。如果不低于这个车速，则保留选挡杆位置“N”并且显示切换到“N”。
③ 高于规定的行驶速度（比如10km/h以上），EGS挂入选挡杆位置“N”。
（2）驻车锁止器的存储功能 驾驶员希望值选挡杆位置“P”。
① 低于规定的行驶速度（比如2km/h以下），EGS挂入选挡杆位置“P”。
② 在规定的速度范围内（比如2～5km/h之间），保持挂入当前的变速箱挡位，存储驾驶员希望值。如果车速在1s内低于2km/h，则EGS挂入选挡杆位置“P”。
③ 高于规定的行驶速度（比如5km/h以上），驾驶员意愿不被接受，保持挂入当前的变速箱挡位。显示以下检查控制信息：“变速箱挡位P只能在静止状态下挂入”。
（3）选挡杆位置“N”的保持时间 低于规定的行驶速度（比如2km/h以下），并且发动机关闭以及挂入选挡杆位置“N”（车内的识别传感器），选挡杆位置“N”开始保持约30min。在这个由EGS发送的信息期间，功能指示灯保持接通并且在换挡途中“N”亮起。保持时间结束时显示灯闪烁。约10s后电子变速箱控制系统（EGS）挂入选挡杆位置“P”（自动P）。
如果在保持时间内移动选挡杆，则30min的选挡杆位置“N”的保持时间从头重新开始。
（4）自动变速器控制单元内部电路
① EGS通过一个插头与车载网络连接。
② EGS是PT-CAN和PT-CAN2上的总线用户。
③ 便捷进入及启动系统（CAS）通过总线端KL.15WUP为EGS供电。
④ 接线盒中的配电器通过总线端KL.30B为EGS控制单元供电。
自动变速器控制单元内部电路见图3-19，其参数见表3-2。
图3-19 自动变速器控制单元内部电路
1—自动变速器控制单元（EGS）
表3-2 EGS参数
与EGS的通信失效时，进行标准检测（整体测试模块）。存在某个控制单元内部故障时，预计将出现以下情况：
① EGS内出现故障代码存储记录；
② 组合仪表中的可变报警灯和指示灯亮起。
（5）连接器端子和针脚 见表3-3、表3-4、图3-20。
表3-3 EGS连接器端子和针脚
表3-4 插头上的线脚布置（X8500）
图3-20 自动变速器控制单元插接器