电子控制单元在汽车自动变速器技术与检修中的应用

电子控制单元英文缩写为ECU，俗称电脑。电控自动变速器可以使用独立的ECU，也可与发动机电子控制燃油喷射系统共用一个ECU（发动机和变速器ECU）。电子控制单元是电控自动变速器电子控制系统的控制中心，它由电源、输入电路、信号转换器、微机和输出电路等组成。

图2-84 脉冲线性式电磁阀

1—ECU 2—电磁线圈 3—衔铁和阀芯 4—滑阀 5—滤网 6—主油道 7—泄油孔 8—控制油道

图2-85 主油路调压阀工作原理图

1—调压电磁阀 2—主油路压力油

自动变速器电子控制单元通常有以下控制功能：

1.换档控制

换档控制即换档时刻控制是电控自动变速器电子控制单元最基本的控制内容。汽车在某个特定工况下都有一个与之对应的最佳的换档时机或换档车速，ECU应使自动变速器在汽车任何行驶条件下都按最佳换档时刻进行换档，从而使汽车的动力性和燃料经济性等各项指标达到最优。

汽车的最佳换档车速主要取决于汽车行驶时的节气门开度。不同节气门开度下的最佳换档车速可以用自动换档图来表示，如图2-86所示。

图2-86 自动换档图

实线表示升档曲线；虚线表示降档曲线

节气门开度越小，汽车的升档车速和降档车速越低；反之，节气门开度越大，汽车的升档车速和降档车速越高。这种换档规律十分符合汽车的实际使用要求。例如，当汽车在良好的路面上缓慢加速时，行驶阻力较小，节气门开度也小，升档车速可相应降低，即可以较早地升入高档，从而让发动机在较低的转速范围内工作，减少汽车油耗；反之，当汽车急加速或上坡时，行驶阻力较大，为保证汽车有足够的动力，节气门开度应较大，换档时刻相应延迟，也就是升档车速相应提高，从而让发动机工作在较高的转速范围内，以发出较大的功率，提高汽车的加速和爬坡能力。

如图2-87所示为典型四档自动变速器的自动换档图，其具有如下特点：

图2-87 典型四档自动变速器的自动换档图

1）随着节气门开度增加，升档或降档车速增加。以2档升3档为例，当节气门开度为2/8时，升档车速为35km/h，降档车速为12km/h。当节气门开度为4/8时，升档车速为50km/h，降档车速为25km/h。

2）升档车速高于降档车速，以免自动变速器在某一车速附近频繁升档、降档而加速自动变速器的磨损。

汽车的行驶条件多变，在不同的条件下对汽车的使用要求也有所不同。当汽车自动变速器的变速杆或模式开关处于不同位置时，要求其换档规律也应作相应的调整。ECU将汽车在不同使用要求下的最佳换档规律以自动换档图的形式储存在存储器中。在汽车行驶中，ECU根据档位开关和模式开关的信号从存储器内选择出相应的自动换档图，再将车速传感器和节气门位置传感器测得的车速、节气门开度与自动换档图进行比较，根据比较结果，在达到设定的换档车速时，ECU向换档电磁阀发出电信号，以实现档位的自动变换，如图2-88所示。

图2-88 自动换档控制图

四档自动变速器控制系统换档电磁阀通常有2个或3个，控制系统借助这些换档电磁阀开启和关闭（通电或断电）的不同组合来控制油路，以组成不同的档位。不同车型自动变速器换档电磁阀的工作组合与档位的关系不完全相同。

2.主油路油压控制

现代大多数电控液力自动变速器的控制系统都取消了节气门阀，节气门油压由一个调压电磁阀来产生。调压电磁阀是一种脉冲线性式电磁阀（图2-84），ECU根据节气门位置传感器测得的节气门开度，计算并控制送往调压电磁阀的脉冲信号的占空比，以改变调压电磁阀排油孔的开度，产生随节气门开度变化的油压（即节气门油压）。节气门开度越大，脉冲电信号的占空比越小，调压电磁阀的排油孔开度越小，节气门油压越大。这一节气门油压被反馈到主油路调压阀，作为主油路调压阀的控制压力，使主油路调压阀随着节气门开度的变化改变所调节的主油路油压，以获得不同的发动机负荷下主油路油压的最佳值，并将驱动油泵的动力损失减少到最小。此外ECU还能根据档位开关的信号，在变速杆处于倒档位置时提高节气门油压，使倒档时的主油路油压升高，以满足倒档时对主油路油压的需要，如图2-89所示。

除正常的主油路油压控制外，ECU还可以根据各个传感器测得的自动变速器的工作条件，在一些特殊情况下对主油路油压作适当的修正，使油路压力的控制获得最佳效果。例如，在变速杆位于前进低档（S、L或2、1）位置时，由于汽车的驱动力相应较大，ECU自动使主油路油压高于前进档时的油压，以满足动力传递的需要。为减小换档冲击，ECU还在自动变速器换档过程中按照换档时节气门开度的大小，通过调压电磁阀适当减小主油路油压，以改善换档感觉。ECU还可以根据自动变速器油温度传感器的信号，在自动变速器油温度未达到正常工作温度时（低于60℃），将主油路油压调整为低于正常值，以防止因自动变速器油在低温下粘度较大而产生换档冲击。当自动变速器油温度过低时（低于－30℃），ECU使主油路油压升到最大值，以加速离合器、制动器的接合，防止温度过低时因自动变速器油粘度过大而导致换档过程过于缓慢。在海拔较高时，发动机输出功率降低，ECU将主油路油压控制为低于正常值，以防止换档时产生冲击。

图2-89 主油路油压调节特性

3.液力变矩器锁止离合器控制（TCC）

电控自动变矩器中的锁止离合器的工作是由ECU控制的。ECU按照设定的控制程序，通过一个电磁阀（称为锁止电磁阀）来控制锁止离合器的接合或分离。电控自动变速器在各种工作条件下的最佳锁止离合器控制程序被事先储存在ECU的存储器内。ECU根据自动变速器的档位、控制模式等工作条件从存储器内选择出相应的锁止控制程序，再将车速、节气门开度与锁止控制程序进行比较。当车速足够高，且其他各种因素均满足锁止条件时，ECU即向锁止电磁阀输出电信号，使锁止离合器接合，实现变矩器的锁止。

ECU在对锁止离合器进行控制时，还要根据自动变速器的工作条件，在下述一些特殊工况下禁止锁止离合器接合，以保证汽车的行驶性能。这些禁止锁止离合器接合的条件有：自动变速器收到制动信号时（有些自动变速器是在ECU收到制动信号且车速降到一定车速时），当发动机冷却液温度低于某值时，自动变速器油温低于某值时，当节气门完全关闭时，在其他情况如ECU检测到锁止离合器控制电路故障时。(www.xing528.com)

早期的电子控制自动变速器中，控制锁止离合器工作的锁止电磁阀采用的是开关式电磁阀，即通电时锁止离合器接合，断电时锁止离合器分离。目前新生产的车型多数采用脉冲线性式电磁阀作为锁止电磁阀，ECU在控制锁止离合器接合时，通过改变脉冲电信号的占空比，让锁止电磁阀的开度缓慢增大，以减小锁止离合器接合时所产生的冲击，使锁止离合器的接合过程变得更加柔和。

4.换档品质控制

为了提高汽车舒适性，自动变速器换档需平顺柔和，为此，电控自动变速器ECU都有换档品质控制程序。目前常见的改善换档品质的控制功能有以下几个方面：

1）换档油压控制。在自动变速器升档或降档的瞬间，ECU通过油路压力电磁阀适当降低主油路油压，以减小换档冲击，改善换档质量。也有一些控制系统是通过电磁阀在换档时减小减振器活塞的背压，以减缓离合器或制动器液压缸内油压的增长速度，达到减小换档冲击的目的。以上换档油压的控制，有些自动变速器由油压控制电磁阀来完成，有些自动变速器有专门的换档平顺电磁阀来控制。

2）减力矩控制。在换档的瞬间，通过延迟发动机的点火时间或减少喷油量，暂时减小发动机的输出力矩，以减小换档冲击和输出轴的转矩波动。

3）N-D换档控制。这种控制是在变速杆由停车档或空档（P或N）位置换至前进档或倒档（D或R）位置，或相反地由D位或R位换至P位或N位时，通过调整发动机喷油量，将发动机的转速变化减至最小程度，以改善换档质量。

若没有这种控制，当自动变速器的变速杆由P位或N位换至D位或R位时，由于发动机负荷增加，转速随之下降。反之，由D位或R位换至P位或N位时，由于发动机负荷减小，转速将上升。具有N-D换档控制功能的自动变速器的ECU在变速杆由P位或N位换至D位或R位时，若输入轴传感器所测得的输入轴转速变化超过规定值，即向发动机ECU发出N-D换档控制信号，发动机ECU根据这一信号增加或减小喷油量，以防止发动机转速变化过大。

5.自动模式选择控制

ECU通过各个传感器测得汽车行驶情况和驾驶员的操作方式，经过运算分析，自动选择采用经济模式、普通模式或动力模式进行换档控制，以满足不同的驾驶员操作要求。

ECU在进行自动模式选择控制时，主要参考变速杆的位置及加速踏板被踩下的速率，以判断驾驶员的操作目的，自动选择控制模式。

1）在前进低档（S、L或2、1）时，ECU只选择动力模式。

2）在前进档D位，且加速踏板被踩下的速率较低时，ECU选择经济模式。当加速踏板被踩下的速率超过控制程序中所设定的速率时，ECU由经济模式转变为动力模式。

3）在前进档D位中，ECU选择动力模式之后，一旦节气门开度低于1/8时，ECU即由动力模式转换为经济模式。

6.发动机制动功能控制

一些新型的电控自动变速器的强制离合器或强制制动器的工作也由ECU通过电磁阀来控制。ECU按照设定的发动机制动控制程序，当变速杆位置、车速、节气门开度等因素满足一定条件（如变速杆位于前进低档位置，且车速大于10km/h，节气门开度小于1/8）时，向强制离合器电磁阀或强制制动器电磁阀发出电信号，打开强制离合器或强制制动器的控制油路，使之接合或制动，让自动变速器具有反向传递动力的能力，在汽车滑行时以实现发动机制动。

7.使用输入轴转速传感器的控制

电控自动变速器ECU通过输入轴转速传感器可以检测出自动变速器输入轴的转速，并由此计算出变矩器的传动比（泵轮和涡轮的转速之比）以及发动机曲轴和自动变速器输入轴的转速差，从而使ECU更精确地控制自动变速器的工作。特别是ECU在进行换档油路压力控制、减力矩控制、锁止离合器控制时，利用这一参数进行计算，可使这些控制的持续时间更加精确，从而获得最佳的换档品质和乘坐舒适性。

8.故障自诊断与失效保护功能

电控自动变速器ECU具有故障自诊断和失效保持功能。ECU在汽车行驶过程中不停地监测自动变速器电子控制装置中所有传感器和部分执行器的工作。一旦发现某个传感器或执行器有故障，它立即采取以下几种保护措施：

1）在汽车行驶时，仪表板上的自动变速器故障警告灯亮起，提醒驾驶员立即将汽车送至维修厂检修。目前，大部分汽车是以超速档指示灯“O/DOFF”作为自动变速器故障警告灯。若超速档指示灯亮起后，按超速档开关也不能将它熄灭，即说明电子控制装置出现故障。

2）传感器出现故障时，ECU所采取的控制方式和保护措施如下：

①当节气门位置传感器出现故障时，ECU根据怠速开关的状态进行控制。当怠速开关断开时（加速踏板被踩下），按节气门开度为1/2进行控制，同时节气门油压为最大值。当怠速开关接通时（加速踏板完全放松），按节气门处于全闭状态进行控制，同时节气门油压为最小值。

②当车速传感器出现故障时，ECU不能进行自动换档控制，此时自动变速器的档位由变速杆的位置决定。在D位和S（或2）位固定为超速档或3档，在L（或1）位固定为2档或1档，或不论变速杆在任何前进档位，都固定为1档，以保持汽车最基本的行驶能力。许多车型的自动变速器有2个车速传感器，其中一个用于自动变速器的换档控制，另一个为仪表板上车速表的传感器。这两个传感器都与ECU相连，当用于换档控制的车速传感器损坏时，ECU可利用车速表传感器的信号来控制换档。

③输入轴转速传感器出现故障时，ECU停止减转矩控制，换档冲击有所增大。

④自动变速器油温度传感器出现故障时，ECU按自动变速器油温度为80℃的设定进行控制。

3）执行器出现故障时，ECU所采取的控制方式和保护措施如下：

①换档电磁阀出现故障时，不同的ECU有两种不同的失效保护功能。一种是不论有几个换档电磁阀出现故障，ECU都将停止所有换档电磁阀的工作，此时自动变速器的档位将完全由变速杆的位置决定。在D位和S（或2）位时被固定为3档，在L（或1）位时被固定为2档。另一种是几个换档电磁阀中有一个出现故障时，ECU控制其他无故障的电磁阀工作，以保证自动变速器仍能自动升档或降档，但会失去某些档位，而且升档或降档规律有所变化，例如，可能直接由1档升到3档或超速档。

②强制离合器或强制制动器电磁阀出现故障时，ECU停止电磁阀的工作，让强制离合器或强制制动器始终处于接合状态，这样汽车减速时总有发动机制动作用。

③锁止电磁阀出现故障时，ECU停止锁止离合器控制，使锁止离合器始终处于分离状态。

④油压电磁阀出现故障时，ECU停止锁止离合器控制，使油路压力保持为最大。