汽车自动变速器的工作原理分析及故障排除
The principle analysis and fault diagnosis of the automotive automatic transmission 摘要:本文概述了电控自动变速器的结构和原理,并举具体实例探讨了自动变速器的故障诊断和排除方法,为从事汽车维修的人员提供一定的理论依据和指导作用。
关键词：汽车；电控自动变速器；结构原理；故障分析 中图分类号：G741 文献标识码：A
Abstract：The structure and principle of the automotive automatic transmission were analysed, and the automatic transmission fault diagnosis and troubleshooting are discussed, the theoretical basis and guidance roles for personnel engaged in automobile maintenance will be provided.
Keyword: automobile；automatic transmission；structure and principle；failure Analysis
0 引言
目前汽车广泛使用电子控制自动变速器，电控自动变速器具有驾驶操纵轻便简单,换档平稳,提高整车性能，高速节约燃油和减少污染等优点。但由于电控自动变速器系统的结构和原理相对复杂，给自动变速器的故障分析与诊断造成了一定困难。本文通过分析某典型电控自动变速器的结构和原理, 并对某一款车自动变速器的故障进行分析，触类旁通,希望对汽车维修技术人员有所帮助。
1 电控自动变速器的组成及作用
汽车电控自动变速器主要由液力变矩器、齿轮变速机构、换档执行机构、液压控制系统和电子控制系统五大部分组成，如图1所示。
图1 电控自动变速器系统组成
1-自动变速器；2-液力变矩器；3-齿轮变速机构；4-换挡执行机构；5-执行机构；6-液压控制系统；7-节气门位置传感器；8-导线；9-车速传感器；10-电子控制系统
轿车自动变速器大多采用行星齿轮变速机构，见图2。包括行星太阳轮，齿圈，行星架行星轮四大部件；行星轮可自转，也可随架一起旋转，即公转。行星齿轮变速机构一般由2排或2排以上行星齿轮机构按不同方式组合而成,主要有辛普森和拉威娜式两种。
通过对行星齿轮机构不同部件的驱动或制动,产生不同方向和速比的档位。液力变矩器将发动机的动力传递给变速器的主动件。换挡执行元件包括离合器、制动器和单向离合器三种元件。其中,离合器是连接动力作用,将液力变矩器的输出轴与行星齿轮机构的某个部件连接在一起,实现动力传递。制动器的作用是固定行星齿轮机构中的某基本元件,该元件与变速器壳体连接在一起,使其固定不能转动。单向离合器具有单向锁止的功能,起单向固定(制动)或连接(驱动)的作用；电子控制系统通过接受发动机运转状态和车辆行驶条件信息，进而控制电磁阀来控制变速器的执行元件。
图2 单排行星齿轮机构
1- 太阳轮 2-齿圈 3-行星架 4-行星轮
2 电控自动变速器的控制原理
自动变速器电控系统由传感器、执行器和电脑ECU组成。电控自动变速器通过各种传感器收集信息，电脑首先将发动机转速、节气门开度、车速、发动机冷却温度、自动变速器液压油温等模拟信号转变为电脑可接受的数字信号。ECU根据发动机信息和车辆状态参数，按照设定的换挡程序向换挡电磁阀、油压电磁阀等发出指令，换挡电磁阀和油压电磁阀再将ECU发出的指令转变为液压控制信号，阀体中的各个控制阀根据这些液压控制信号，控制换挡执行机构的动作，从而实现自动换挡，如图3所示。
3 卡罗拉汽车电控自动变速器的故障案例分析
故障案例：一款2007款丰田卡罗拉轿车， 有一车主描述，车子行进中挂3档时，仪表盘上显示D档，不显示3档；同时挂3档踩油门时车速仍然很高。
（1）档位开关信号给ECU （2）传感器信号给ECU
图3 自动变速器控制原理 3.1 控制原理
丰田卡罗拉轿车配备的U341型自动变速器，U341E型电控自动变速器主要由带锁止离合器的液力变矩器、行星齿轮变速器、液压控制系统和电子控制系统组成。行星齿轮变速器为辛普森型。如下图4所示。图4为U341E型自动变速器行星齿轮变速机构结构简图。
图4 A341E型自动变速器（传动简图）
C0-超速离合器；C1-前进离合器；C2-高、倒挡离合器；F0-超速单向离合器；F1-2挡单向离合器；F2-1挡离合器；B0-超速制动器；B1-2挡强制制动器；B2-2挡制动器；B3-低、倒挡制动器
其齿轮变速机构采用了CR-CR式行星齿轮机构，即将两组单行星排的行星架和齿圈分别组配。 该行星齿轮机构仅有4个独立元件（前太阳轮、后太阳轮、前行星架和后齿圈组件、前齿圈和后行星架组件），其特点是变速大、效率高、元件转速低。U341E型自动变速器有3个离合器，4个制动器和3个单向离合器 ，共10个换挡执行元件。丰田U341E型自动变速器的液压控制系统主要由油泵、阀板总成、离合器、制动器以及蓄压器等部件组成。电子控制系统具有换挡时刻控制、变矩器锁止控制、故障自诊断以及后备系统等控制功能。
跟换挡相关的电磁阀主要有五个：变矩器离合器电磁阀SL(主要作用是根据来自节气门位置传感器、空气流量计和曲轴位置传感器的信号，ECM向SL发送一个信号，用来调节液压并使换档平稳,SL响应来自ECM的指令电磁阀控制锁止中继器，以执行变矩器锁止和挠性锁止功能)；
换档电磁阀S1、S2（ECM根据车速传感器SP2和转速传感器NT的信号实现前进档1-4档的自动变化，这种变化是通过改变S1和S2电磁阀的\来指令换档）；换档正时电磁阀ST（通过来自ECM的信号，ST打开、关闭，从而通过操纵节流控制阀来调节二档制动器来进行正时，因此倒档离合器进出时，换挡电磁阀ST工作）；
压力控制电磁阀SLT（根据来自节气门位置传感器和车速传感器的信号，换档电磁阀SLT控制变速器管路压力，使变速器平稳工作，ECM调整换档电磁阀SLT的占空比，以控制来自主调压器阀的液压管路压力，合适的管路压力可确保在发动机输出间平稳换档）。 3.2 故障分析
进行初步诊断时发现，自动变速器故障警报灯显示正常，发动机转速维持在正常怠速范围内，打开点火开关进行挂档时，其他档位仪表盘都显示正常，唯独挂3档时不显示3档；同时起动发动机后，挂3档时查看换挡状态数据流，仍能加到4档。
印象：变速器3档有故障，可能是3档的档位传感器线路有断路、虚接或者是3档的变速器控制开关有故障。
1）读取故障码
连接丰田专用Tester II解码仪。进入发动机与变速器系统，读取故障码，故障码显示为“系统正常” 。
2） 进入换档状态数据流
连进入读取换档状态数据流。 通过以上步骤进行试车时，挂3档时，理论上换档状态最高只能到达“3rd” ,但是该故障车最高能达到“4th” 。
3）检查3档信号电压
经过前面两步检查由于没有故障码，同时挂前进3档时，档位最高能升到4档，不能实现3档的限速，因此下面进行线路检查，重点检查3档档位传感器线路。
图5 档位开关与ECM的连接图
4）驻车档/空档位置开关的作用是检测换档位置，并将信号发送给ECM。
取下发动机1号继电器盒盖，拔下ECM的A50部分插接器，电路图见图5。打开点火开关并将档位拨至3档使变速器控制开关闭合，测量A50的3号端子与搭铁间的电压，发现电
压接近于0V,说明ECM没有接收到3档的信号。因为挂其他档位时是正常的，因此故障可能出现在驻车档、空档位置开关的7号脚与ECM的A50-3号脚之间的线束或者是变速器控制开关有故障。
打开点火开关，用大头针扎破驻车档/空档开关的7号端子与变速器控制开关1号端子间线束的任一点，测量该点与搭铁间的电压，显示为接近0V，说明驻车档/空档开关的7号脚与变速器控制开关的2号脚间存在断路。 3.3故障确认
拆下蓄电池，拔下变速器壳体上驻车档、空档开关插接器，同时断开1号继电器盒上的BA2插接器。这么做主要是为了缩小测量范围，因为变速器控制开关拆解比较麻烦。测量驻车档/空档开关7号脚与BA2插接器5号端子（粉线）之间的电阻，显示为无穷大。因此故障应该出现在驻车档/空档开关7号脚与BA2插接器5号端子之间。
顺着这段线路进行检查，同时揭开线路外面的胶带，发现靠近BA2插头这侧有一段线路断路，可能是以前修理变速器控制开关，包括对线路进行检查时操作不当，对线路折过一下导致线路折断。
对断开的线路进行修复，然后打开点火开关，踩住制动踏板后进行换档，发现此时挂3档时，仪表盘上显示3档，同时进行路试，挂3档时车速也能控制在一定范围内。进行试车，故障未出现，跟踪用户一周，自动变速器运行正常。
4 结论
自动变速器结构和工作原理都比较复杂，其任何部件出现故障都会影响自动变速器的正常工作。因此在进行电控自动变速器故障判断与排除时，首先要掌握自动变速器的工作结构和原理，以及其控制电路，根据故障现象，在汽车故障诊断过程中，按照合理的程序的步骤有针对性进行故障原因综合分析和检修，能够起到事半功倍的效果。
参考文献
【1】徐生明.现代汽车典型电控系统结构原理与故障诊断[M].西安:西安电子科技大学出版社,2006. 【2】鲁植雄，赵兰英.汽车自动变速器故障诊断图解［M］．南京: 江苏科学技术出版社，2006． 【3】聂海.新型轿车自动变速器的构造与维修［M].北京：人民邮电出版社，2004. 【4】唐明.自动变速器故障诊断手册[M].沈阳: 辽宁科学技术出版社, 2000.
汽车自动变速器工作原理分析及故障诊断
