汽車自動變速器工作原理分析及故障診斷

1、汽車自動變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:本文概述了電控自動變速器的結(jié)構(gòu)和原理,并舉具體實例探討了自動變速器的故障診斷和排除方法,為從事汽車維修的人員提供一定的理論依據(jù)和指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：汽車；電控自動變速器；結(jié)構(gòu)原理；故障分析 中圖分類號：g741 文獻標(biāo)識碼：a abstract：the structure and principle of the automotive automatic transmission were

2、 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 analysis0 引言目前汽車廣泛使用電子控制自動

3、變速器，電控自動變速器具有駕駛操縱輕便簡單,換檔平穩(wěn),提高整車性能，高速節(jié)約燃油和減少污染等優(yōu)點。但由于電控自動變速器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理相對復(fù)雜，給自動變速器的故障分析與診斷造成了一定困難。本文通過分析某典型電控自動變速器的結(jié)構(gòu)和原理, 并對某一款車自動變速器的故障進行分析，觸類旁通,希望對汽車維修技術(shù)人員有所幫助。1 電控自動變速器的組成及作用 汽車電控自動變速器主要由液力變矩器、齒輪變速機構(gòu)、換檔執(zhí)行機構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)五大部分組成，如圖1所示。圖1 電控自動變速器系統(tǒng)組成1-自動變速器；2-液力變矩器；3-齒輪變速機構(gòu)；4-換擋執(zhí)行機構(gòu)；5-執(zhí)行機構(gòu)；6-液壓控制系統(tǒng)；7-節(jié)氣

4、門位置傳感器；8-導(dǎo)線；9-車速傳感器；10-電子控制系統(tǒng)轎車自動變速器大多采用行星齒輪變速機構(gòu)，見圖2。包括行星太陽輪，齒圈，行星架行星輪四大部件；行星輪可自轉(zhuǎn)，也可隨架一起旋轉(zhuǎn)，即公轉(zhuǎn)。行星齒輪變速機構(gòu)一般由2排或2排以上行星齒輪機構(gòu)按不同方式組合而成,主要有辛普森和拉威娜式兩種。通過對行星齒輪機構(gòu)不同部件的驅(qū)動或制動,產(chǎn)生不同方向和速比的檔位。液力變矩器將發(fā)動機的動力傳遞給變速器的主動件。換擋執(zhí)行元件包括離合器、制動器和單向離合器三種元件。其中,離合器是連接動力作用,將液力變矩器的輸出軸與行星齒輪機構(gòu)的某個部件連接在一起,實現(xiàn)動力傳遞。制動器的作用是固定行星齒輪機構(gòu)中的某基本元件,該元件

5、與變速器殼體連接在一起,使其固定不能轉(zhuǎn)動。單向離合器具有單向鎖止的功能,起單向固定(制動)或連接(驅(qū)動)的作用；電子控制系統(tǒng)通過接受發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)和車輛行駛條件信息，進而控制電磁閥來控制變速器的執(zhí)行元件。圖2 單排行星齒輪機構(gòu)1- 太陽輪 2-齒圈 3-行星架 4-行星輪2 電控自動變速器的控制原理 自動變速器電控系統(tǒng)由傳感器、執(zhí)行器和電腦ecu組成。電控自動變速器通過各種傳感器收集信息，電腦首先將發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門開度、車速、發(fā)動機冷卻溫度、自動變速器液壓油溫等模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X可接受的數(shù)字信號。ecu根據(jù)發(fā)動機信息和車輛狀態(tài)參數(shù)，按照設(shè)定的換擋程序向換擋電磁閥、油壓電磁閥等發(fā)出指令，換擋電

6、磁閥和油壓電磁閥再將ecu發(fā)出的指令轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤嚎刂菩盘?，閥體中的各個控制閥根據(jù)這些液壓控制信號，控制換擋執(zhí)行機構(gòu)的動作，從而實現(xiàn)自動換擋，如圖3所示。3 卡羅拉汽車電控自動變速器的故障案例分析故障案例：一款2007款豐田卡羅拉轎車， 有一車主描述，車子行進中掛3檔時，儀表盤上顯示d檔，不顯示3檔；同時掛3檔踩油門時車速仍然很高。（1）檔位開關(guān)信號給ecu （2）傳感器信號給ecu圖3 自動變速器控制原理3.1 控制原理豐田卡羅拉轎車配備的u341型自動變速器，u341e型電控自動變速器主要由帶鎖止離合器的液力變矩器、行星齒輪變速器、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)組成。行星齒輪變速器為辛普森型。如下

7、圖4所示。圖4為u341e型自動變速器行星齒輪變速機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖。 圖4 a341e型自動變速器（傳動簡圖）c0-超速離合器；c1-前進離合器；c2-高、倒擋離合器；f0-超速單向離合器；f1-2擋單向離合器；f2-1擋離合器；b0-超速制動器；b1-2擋強制制動器；b2-2擋制動器；b3-低、倒擋制動器其齒輪變速機構(gòu)采用了cr-cr式行星齒輪機構(gòu)，即將兩組單行星排的行星架和齒圈分別組配。 該行星齒輪機構(gòu)僅有4個獨立元件（前太陽輪、后太陽輪、前行星架和后齒圈組件、前齒圈和后行星架組件），其特點是變速大、效率高、元件轉(zhuǎn)速低。u341e型自動變速器有3個離合器，4個制動器和3個單向離合器 ，共10個

8、換擋執(zhí)行元件。豐田u341e型自動變速器的液壓控制系統(tǒng)主要由油泵、閥板總成、離合器、制動器以及蓄壓器等部件組成。電子控制系統(tǒng)具有換擋時刻控制、變矩器鎖止控制、故障自診斷以及后備系統(tǒng)等控制功能。跟換擋相關(guān)的電磁閥主要有五個：變矩器離合器電磁閥sl(主要作用是根據(jù)來自節(jié)氣門位置傳感器、空氣流量計和曲軸位置傳感器的信號，ecm向sl發(fā)送一個信號，用來調(diào)節(jié)液壓并使換檔平穩(wěn),sl響應(yīng)來自ecm的指令電磁閥控制鎖止中繼器，以執(zhí)行變矩器鎖止和撓性鎖止功能)； 換檔電磁閥s1、s2（ecm根據(jù)車速傳感器sp2和轉(zhuǎn)速傳感器nt的信號實現(xiàn)前進檔1-4檔的自動變化，這種變化是通過改變s1和s2電磁閥的"o

9、n/off"來指令換檔）；換檔正時電磁閥st（通過來自ecm的信號，st打開、關(guān)閉，從而通過操縱節(jié)流控制閥來調(diào)節(jié)二檔制動器來進行正時，因此倒檔離合器進出時，換擋電磁閥st工作）； 壓力控制電磁閥slt（根據(jù)來自節(jié)氣門位置傳感器和車速傳感器的信號，換檔電磁閥slt控制變速器管路壓力，使變速器平穩(wěn)工作，ecm調(diào)整換檔電磁閥slt的占空比，以控制來自主調(diào)壓器閥的液壓管路壓力，合適的管路壓力可確保在發(fā)動機輸出間平穩(wěn)換檔）。 3.2 故障分析進行初步診斷時發(fā)現(xiàn)，自動變速器故障警報燈顯示正常，發(fā)動機轉(zhuǎn)速維持在正常怠速范圍內(nèi)，打開點火開關(guān)進行掛檔時，其他檔位儀表盤都顯示正常，唯獨掛3檔時不顯示3檔

10、；同時起動發(fā)動機后，掛3檔時查看換擋狀態(tài)數(shù)據(jù)流，仍能加到4檔。 印象：變速器3檔有故障，可能是3檔的檔位傳感器線路有斷路、虛接或者是3檔的變速器控制開關(guān)有故障。 1）讀取故障碼 連接豐田專用tester ii解碼儀。進入發(fā)動機與變速器系統(tǒng)，讀取故障碼，故障碼顯示為“系統(tǒng)正?！?。2） 進入換檔狀態(tài)數(shù)據(jù)流 連進入讀取換檔狀態(tài)數(shù)據(jù)流。 通過以上步驟進行試車時，掛3檔時，理論上換檔狀態(tài)最高只能到達“3rd” ,但是該故障車最高能達到“4th” 。3）檢查3檔信號電壓 經(jīng)過前面兩步檢查由于沒有故障碼，同時掛前進3檔時，檔位最高能升到4檔，不能實現(xiàn)3檔的限速，因此下面進行線路檢查，重點檢查3檔檔位傳感器

11、線路。 圖5 檔位開關(guān)與ecm的連接圖4）駐車檔/空檔位置開關(guān)的作用是檢測換檔位置，并將信號發(fā)送給ecm。取下發(fā)動機1號繼電器盒蓋，拔下ecm的a50部分插接器，電路圖見圖5。打開點火開關(guān)并將檔位撥至3檔使變速器控制開關(guān)閉合，測量a50的3號端子與搭鐵間的電壓，發(fā)現(xiàn)電壓接近于0v,說明ecm沒有接收到3檔的信號。因為掛其他檔位時是正常的，因此故障可能出現(xiàn)在駐車檔、空檔位置開關(guān)的7號腳與ecm的a50-3號腳之間的線束或者是變速器控制開關(guān)有故障。 打開點火開關(guān)，用大頭針扎破駐車檔/空檔開關(guān)的7號端子與變速器控制開關(guān)1號端子間線束的任一點，測量該點與搭鐵間的電壓，顯示為接近0v，說明駐車檔/空檔開

12、關(guān)的7號腳與變速器控制開關(guān)的2號腳間存在斷路。 3.3故障確認(rèn) 拆下蓄電池，拔下變速器殼體上駐車檔、空檔開關(guān)插接器，同時斷開1號繼電器盒上的ba2插接器。這么做主要是為了縮小測量范圍，因為變速器控制開關(guān)拆解比較麻煩。測量駐車檔/空檔開關(guān)7號腳與ba2插接器5號端子（粉線）之間的電阻，顯示為無窮大。因此故障應(yīng)該出現(xiàn)在駐車檔/空檔開關(guān)7號腳與ba2插接器5號端子之間。 順著這段線路進行檢查，同時揭開線路外面的膠帶，發(fā)現(xiàn)靠近ba2插頭這側(cè)有一段線路斷路，可能是以前修理變速器控制開關(guān)，包括對線路進行檢查時操作不當(dāng)，對線路折過一下導(dǎo)致線路折斷。對斷開的線路進行修復(fù)，然后打開點火開關(guān)，踩住制動踏板后進行換檔，發(fā)現(xiàn)此時掛3檔時，儀表盤上顯示3檔，同時進行路試，掛3檔時車速也能控制在一定范圍內(nèi)。進行試車，故障未出現(xiàn)，跟蹤用戶一周，自動變速器運行正常。 4 結(jié)論 自動變速器結(jié)構(gòu)和工作原理都比較復(fù)雜，其任何部件出現(xiàn)故障都會影響自動變速器的正常工作。因此在進行電控自動變速器故障判斷與排除時，首先要掌握自動變速器的工作結(jié)構(gòu)和原理，以及其控制電路，根據(jù)故障現(xiàn)象，在汽車故障診斷過程中，按照合理的程序的步驟有針對性