信号输入装置的作用和原理

自动变速器电子控制系统中的信号输入装置包括传感器和控制开关两种。常用的传感器有节气门位置传感器、车速传感器、输入转速传感器、输出转速传感器、冷却液温度传感器和变速器油温传感器等；控制开关包括多功能开关、强制降档开关、制动灯开关、超速档开关、模式开关和巡航控制开关。

1.传感器

（1）节气门位置传感器

1）节气门位置传感器的功用。节气门是由驾驶人通过加速踏板来操纵的，以便根据不同的行驶条件控制发动机的负荷。例如，上坡或加速时节气门开度要大，而下坡或等速行驶时节气门开度要小。节气门位置传感器就是用来获得节气门开度大小的信号，以向发动机和自动变速器控制电脑提供发动机负荷信号，是自动变速器换档控制的一个重要依据。通常，节气门位置传感器安装在节气门体上。对于装有电子节气门的汽车，如奔驰S320，节气门位置传感器装在电子节气门控制执行器内，装有ECM和TCM的系统，通常情况下，TPS信号先供给ECM，ECM再通过信号线或CAN总线传递给TCM。当然也有例外，如日产的许多车型的TPS传感器是将两个不同类型的TPS传感器装成一体，其中一个用于ECM的使用，另一个用于TCM的使用。自动变速器通常采用的是线性节气门位置传感器。

2）节气门位置传感器的结构、原理。节气门位置传感器有多种类型，最常用的是线性可变电阻型，这种节气门位置传感器由一个线性电位器和一个怠速开关组成，如图6-3所示。节气门轴带动线性电位器和怠速开关的滑动触点。节气门关闭时，怠速开关接通；节气门开启时，怠速开关断开。当节气门开度不同时，电位器电阻不同，这样节气门开度的变化被转变为电阻或电压信号输入给电脑，电脑就可以获得节气门变化的信号和变化的速率，以此作为其控制不同行驶条件下换档的重要依据。

图6-3 线性可变电阻型节气门位置传感器的结构和原理图

a）结构图 b）原理图

图6-4给出了线性可变电阻型节气门位置传感器的输出特性，从图中可以看到传感器的输出电压随着节气门开度的增大而线性地增大。

由于滑动电阻中间部分容易磨损，使其阻值无法正确反应节气门开度，测量电阻时欧姆表会产生波动，同时输出电压也会过高或过低。当输出电压高时，会导致升档滞后、不能升入超速档；同时会导致主油压过高，出现换档冲击。当输出电压低时，会导致升档提前，汽车行驶动力不足；同时会导致主油压过低，使离合器、制动器打滑。

（2）车速传感器

车速传感器安装在自动变速器输出轴附近或差速器处，用于检测自动变速器输出轴的转速，并换算成汽车行驶的速度，它也是自动变速器换档控制的一个重要依据。

常见的车速传感器是一种电磁感应式传感器，如图6-5所示。它固定于自动变速器输出轴附近的壳体上，由永久磁铁和电磁感应线圈组成。当输出轴转动时，停车锁止齿轮或感应转子的凸齿不断地靠近或离开车速传感器，使感应线圈的磁通量发生变化，从而产生交流感应电压，如图6-6所示。车速越高，输出轴的转速也越高，感应电压的脉冲频率也越大。电脑根据感应电压脉冲频率的大小计算出车速。

图6-4 线性可变电阻型节气门位置传感器输出特性

图6-5 电磁感应式车速传感器

图6-6 车速传感器工作原理示意图

a）结构图 b）感应电压曲线图

（3）输入转速传感器

输入转速传感器安装在行星齿轮机构的输入轴或与输入轴连接的离合器鼓附近的壳体上，用于检测输入轴转速，即涡轮的转速n_t。并将信号送入电脑，使电脑更精确地控制换档过程，并监测速比是否正确。

电脑将该信号与发动机转速信号进行比较可计算出液力变矩器的传动比，使油路压力控制过程和锁止离合器的控制过程得到进一步优化，以改善换档质量，提高汽车的行驶性能。

输入转速传感器也是一种电磁感应式传感器，其结构、工作原理与车速传感器相同，如图6-7所示为迈腾09G变速器的输入转速传感器。

（4）输出转速传感器

在某些车型上装备了输出转速传感器作为输入装置，如图6-8所示为迈腾09G变速器的输出转速传感器。

图6-7 迈腾09G输入转速传感器

图6-8 迈腾09G输出转速传感器

输出转速传感器也是一种电磁感应式传感器。输出转速传感器利用磁耦合线圈产生交流感应电压，由此获得输出轴转速n_v。电脑将该信号和输入转速传感器信号作比较，从而判断传动比是否正确和离合器是否打滑。输出转速传感器信号还用来和节气门位置传感器信号比较，以判断自动变速器的换档正时。在有些车型上输出转速传感器信号还被用来确定车速。

图6-9 发动机转速传感器

（5）发动机转速传感器

如图6-9所示，发动机转速传感器通常安装在曲轴前端或曲轴后端。通常使用脉冲信号式转速传感器测量发动机转速。发动机转速传感器除测量发动机转速，即泵轮转速n_p外，还可以测量发动机曲轴转角的位置。发动机转速传感器由安装在曲轴上的信号转子（脉冲轮）和安装在缸体上的转速传感器（由永久磁铁和线圈组成）组成。信号转子上带有凸起，当转子旋转时，它与线圈铁心之间的间隙是变化的。因此在信号线圈的磁通量发生变化时产生感应电压。感应电压的频率与发动机的转速成正比。通常将此感应交流电压作为输入信号输入转速表，经IC电路放大整形后可使转速表指示出发动机转速。

n_t、n_p、n_v三者的关系：

1）n_t/n_v=变速器实际传动比，用于控制换档。

目标传动比：节气门开度确定时，根据发动机转速来确定。实际传动比大于目标传动比时降档。

2）n_p/n_t=液力变矩器的传动比。

用于控制锁止离合器的锁止，并与输入转速传感器信号进行比较以判断锁止离合器打滑状态，从而调整合适的变矩器锁止离合器控制电磁阀调制脉冲。

（6）冷却液温度传感器

在某些车型上，冷却液温度传感器作为变速器控制的输入装置向变速器控制电脑提供信号，但通常是冷却液温度信号先供给ECM，ECM再通过信号线或CAN总线将此信号传递给TCM，如图6-10所示。

冷却液温度传感器向控制电脑指示发动机冷却液温度。若发动机冷却液温度较低时，电脑会略微地延迟升档以改善驾驶性能，在发动机达到正常工作温度之前，电脑会阻止液力变矩器锁止；若发动机冷却液温度较高时，电脑会将液力变矩器锁止，以帮助发动机冷却，从而防止变速器过热。

冷却液温度传感器是一种负温度系数热敏电阻元件，其电阻值随温度的变化而变化。当温度升高时，传感器的阻值随之减小。这样，发动机冷却液温度的变化被转化为电阻或电压信号传送至电脑。

（7）变速器油温传感器

如图6-11所示，变速器油温传感器安装在自动变速器油底壳内的阀体线束或固定在阀板上，浸在ATF中，用于检测自动变速器油的温度，作为自动变速器电脑进行换档控制、油压控制和锁止离合器控制的依据。(www.xing528.com)

图6-10 冷却液温度传感器线路图

图6-11 变速器油温传感器位置

变速器油温传感器也是一种负温度系数热敏电阻元件，其电阻值随温度的变化而变化。当温度升高时，传感器的阻值随之减小，电脑根据其阻值的变化测得自动变速器油的温度。其具体作用如下：

1）油温低时：不升入高档，锁止离合器也不锁止。

2）油温高时：降档，锁止离合器锁止。

3）油温低于60℃时，将主油压调到低于正常值，防止因油温低粘度较大而产生换档冲击，如图6-12所示。

4）油温低于-30℃时，电脑控制将主油压调到最大值，防止油温过低时，因油粘度过大而使换档过程过于平缓，如图6-13所示。

2.控制开关

（1）多功能开关（P/N位开关）

多功能开关位于自动变速器手控阀摇臂轴上或变速杆下方（图6-14），用于检测变速杆的位置。同时，该开关也起安全开关的作用，只有在P/N位时，才能起动发动机，另外，多功能开关还可以向其他部件供电，图6-15所示为奥迪01V变速器的多功能开关向有关部件供电。

多功能开关主要有两种类型：

一种为触点式，它由几个触点组成，当变速杆位于不同位置时，相应的触点闭合。电脑根据闭合的触点，测得变速杆的位置，从而按照不同的程序控制自动变速器的工作。

图6-12 油温较低时主油压曲线图

图6-13 油温过低时主油压曲线图

另一种为逻辑判断式，多功能开关的位置信息是利用开关的几条编码线路传递给变速器电脑的，分别表示变速杆位置P、R、N、D、3、2和1，从而将档位信号传送至自动变速器数字控制模块。

（2）强制降档开关

如图6-16所示，强制降档开关安装在节气门拉索上，用来检测加速踏板是否达到了节气门全开位置，一般指节气门开度大于85%。当加速踏板达到节气门全开位置时，强制降档开关便接通，并向自动变速器电脑输送信号。这时电脑即按其预设的程序控制换档，并使变速器自动降一个或两个档，从而提高汽车的加速性能。如果强制降档开关短路，则电脑将忽略其信号，按变速杆位置控制换档。

图6-14 途锐09D多功能开关位置

图6-15 奥迪01V多功能开关供电图

（3）制动灯开关

如图6-17所示，制动灯开关安装在驾驶室内制动踏板支架上，用以判断制动踏板是否被踩下。如果被踩下，则该开关便接通，通知自动变速器电脑使汽车制动，解除锁止离合器的锁止，从而防止突然制动时发动机熄火；同时点亮制动灯，还用于控制变速杆锁止电磁阀的工作。

（4）超速档开关（O/D OFF开关）

如图6-18所示，超速档开关安装在变速杆上，用于在D位时，取消D₄档，防止自动变速器频繁跳档。当超速档开关闭合后，超速档控制电路接通，此时，若变速杆位于D位，随着车速的提高，自动变速器最高可升至4档（即超速档）。超速档开关断开后，超速档控制电路断开，仪表板上的“O/D OFF”指示灯随之点亮（表示限制超速档的使用），自动变速器随着车速的提高而升档时，最高只能升至3档，不能升至超速档。

图6-16 捷达01M强制降档开关

图6-17 奥迪01V制动灯开关

图6-18 超速档开关的位置及工作原理图

（5）模式开关

如图6-19所示，早期的电控自动变速器一般都有一个模式开关，用来选择自动变速器的换档控制模式，从而满足不同的使用要求。所谓的换档控制模式主要是指自动变速器的换档规律。常见的自动变速器控制模式有以下几种。

1）经济模式（Economy）。经济模式是以汽车获得最佳的燃油经济性为目标来设计换档规律的。当自动变速器在该模式状态下工作时，其换档规律应能使发动机转速经常处于经济转速范围内，改变换档时刻，换档点提前了，这样在相同车速下，使发动机转速降低，节省燃油，以比较低的发动机负荷来控制汽车行驶换档，从而提高了燃油经济性。

2）动力模式（Power）。动力模式是以汽车获得较高的动力性为目标来设计换档规律的。换档点推迟，更接近最佳换档点换档，以保持足够的动力性。在动力模式下，自动变速器的换档规律能使发动机经常处在大功率范围内运转，即以比较高的发动机负荷来控制汽车行驶换档，从而提高了汽车的动力性能和爬坡能力。

图6-19 模式开关的位置及工作原理图

3）标准模式（Normal）。标准模式是指换档规律介于经济模式和动力模式之间的一种换档模式，它兼顾了动力性和经济性，使汽车既保证了一定的动力性，又有较佳的燃油经济性。

4）雪地模式（Snow）。雪地模式适用于在雪地上行驶的方式。如果初始位置在2档，那么当车速降至1档后，不再升档。当变速杆位于D位时，自动变速器只有3个档，以防止车轮打滑。

上述控制模式并不是每一款电控自动变速器都必备的，通常，自动变速器只具备这些模式中的若干项，有些甚至只有一种模式固化于电脑程序中，因而没有模式开关。

大众车系没有模式开关，模式选择通过同样车速下，节气门开度的深度和变化的速率来识别。具体来说，同样车速时，节气门的开度越大、开得越急，越晚升档；反之，则早升档。