通用汽車4T65E型自動變速器電子控制系統解析

趙海賓（河北交通職業技術學院汽車工程系，河北 石家莊　050091）

通用汽車4T65E型自動變速器電子控制系統解析

趙海賓
（河北交通職業技術學院汽車工程系，河北 石家莊050091）

4T65E型自動變速器是通用汽車公司自行研制開發的產品，廣泛應用于通用品牌的不同車型。本文詳細解析4T65E型自動變速器的電控原理。了解該型號自動變速器電子控制系統的控制原理，有利于診斷其故障及快速排除。

通用汽車；4T65E；自動變速器；電控系統；解析

1　系統組成

4T65E型自動變速器電子控制系統以動力系統控制模塊PCM （Powertrain Control Module）為核心，由各種傳感器形成的輸入信號電路和幾個執行器構成的輸出電路組成。PCM管理著發動機和自動變速器兩部分，PCM與自動變速器工作有關的電子器件組成如圖1所示。電子控制系統的原理電路如圖2所示。

圖1　PCM與自動變速器工作有關的電子器件

PCM習慣上也被稱為微電腦。中央處理器CPU和各種存儲器存儲著相關的程序和數據，輸入接口電路把輸入信號變換成相應的數碼，送往CPU；輸出接口電路按CPU的運算結果對外電路的執行器實施控制。

PCM通過兩個80針的接線插座與外電路相連接，1號插座C1為藍色，2號插座C2為透明無色。圖2中的20/C1標示為C1插座的20號端子，即分子為端子編號，分母為插座編號。

穩壓電源內有穩壓濾波電路，它將輸入的12～14V直流電壓變換成穩定的5 V電壓，給各種集成電路供電；并對輸入電壓濾波，以減小外電路的干擾，供接口電路使用。為了確保PCM的操作系統總是處于待命狀態，設置了一條常供電電路，直接接在蓄電池的正負極；其他的供電電路由點火開關控制［1］。點火開關的原理電路如圖2右上角所示，它是一個5刀4擲的多路開關，本文中的電路只涉及其中的3條，其他2條與本文無關，故未畫出。

2　輸入信號電路分析

2.1節氣門位置信號電路

節氣門位置 （Throttle Position，TP）傳感器是一個線性電位器，接在5V的電源上，可變電阻的滑臂隨節氣門軸一同轉動。當節氣門的開度變化時，TP傳感器的輸出信號電壓隨之發生變化，此電壓代表了節氣門的位置［2］。節氣門關閉 （怠速工況）時，信號電壓為0～0.7V；節氣門全開時，信號電壓為4V以上。此信號電壓為模擬量，經模/數轉換電路轉換成數字量供CPU調用。PCM利用此信號參與換擋時刻的運算，并用以調節主油路油壓。

圖2　4T65E自動變速器電子控制系統原理電路圖

踩下加速踏板的快慢 （速率），決定著信號電壓的變化率，急速踩下加速踏板，產生較大的電壓變化率，此信號則作為強制降擋信號參與運算，實現變速器的強制降擋。

2.2車速信號電路

車速傳感器 （Vehicle Speed Sensor，VSS）是電磁感應式傳感器，其信號發生器安裝在變速器的殼體上。信號轉子是安裝在差速器殼體上的鐵磁質齒圈，差速器殼體轉動時，信號發生器線圈中的磁通不停地變化，線圈兩端產生交流電壓信號，此交流電壓經輸入接口電路整流、整形、鉗位 （其作用是將脈沖信號的某一部分固定在指定電壓值上，并保持原波形形狀不變）后，其頻率轉換成代表車速的數字信號，PCM利用此信號參與換擋時刻的運算。

此傳感器又是輸出軸轉速 （Output Shaft Speed，OSS）傳感器，其輸出信號的頻率可以轉換成代表變速器輸出軸轉速的數字信號。

2.3輸入軸轉速信號電路

輸入軸轉速 （Input Shaft Speed，ISS）傳感器也是電磁感應式傳感器，其信號轉子的齒圈與驅動齒輪同軸，信號發生器的線圈安裝在轉子齒圈旁邊，轉子齒圈轉動時，信號發生器的線圈產生交流電壓信號，此交流電壓信號的頻率與變速器輸入軸的轉速成正比。此交流電壓經輸入接口電路整流、整形、鉗位后，其頻率轉換成代表輸入軸轉速的數字信號。

PCM利用此信號與輸出軸轉速信號做比較，可以實時提供變速器傳動機構的傳動比，判斷傳動機構的工作狀態；與發動機轉速信號做比較，可以實時提供變矩器的傳動比，在變矩器鎖止離合器 （Torque Converter Clutch，TCC）接合時，PCM控制TCC電磁閥的電流，以調節TCC的接合狀態。

2.4變速器油液溫度信號電路

變速器油液溫度 （Transmission Fluid Temperature，TFT）傳感器是一個負溫度系數的熱敏電阻，安裝在閥板上，感受油液的溫度，與PCM的68/C2、1/C1端子相接，傳感器上的電壓降經模/數轉換電路轉換成數字量，供CPU選用。當油溫達到130℃時，換擋模式選用熱模式，在熱模式下，變矩器鎖止離合器在3擋和4擋時總是處于接合狀態，并將換擋時刻適量提前，以降低變速器的油溫；當油溫低于120℃時，熱模式解除。

2.5變速桿位置信號電路

變速器位置信號由多功能開關產生，多功能開關原理圖參閱圖2左上角。該開關是一個7刀7擲的多路開關，7個滑臂由變速桿帶動，做同步轉動。其中4個開關信號與PCM內部的12V電源和電阻構成一組編碼電路，編碼按A位、B位、C位、P位排序，不同的變速桿位置，產生不同的二進制的數碼，這部分電路稱為變速桿位置信號電路［3］。

1）當變速桿在P位置數碼A位連接的開關搭鐵，A位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼B位連接的開關斷路，B位電壓為12V，其二進制代碼為1。數碼C位連接的開關斷路，C位電壓為12 V，其二進制代碼為1。數碼P位連接的開關搭鐵，P位電壓為0V，其二進制代碼為0。編碼為0110。

2）當變速桿在R位置數碼A位連接的開關搭鐵，A位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼B位連接的開關搭鐵，B位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼C位連接的開關斷路，C位電壓為12 V，其二進制代碼為1。數碼P位連接的開關斷路，P位電壓為12 V，其二進制代碼為1。編碼為0011。

3）當變速桿在N位置數碼A位連接的開關斷路，A位電壓為12V，其二進制代碼為1。數碼B位連接的開關搭鐵，B位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼C位連接的開關斷路，C位電壓為12 V，其二進制代碼為1。數碼P位連接的開關搭鐵，P位電壓為0V，其二進制代碼為0。編碼為1010。

4）當變速桿在D位置數碼A位連接的開關斷路，A位電壓為12V，其二進制代碼為1。數碼B位連接的開關搭鐵，B位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼C位連接的開關搭鐵，C位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼P位連接的開關斷路，P位電壓為12 V，其二進制代碼為1。編碼為1001。

5）當變速桿在3位置數碼A位連接的開關搭鐵，A位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼B位連接的開關搭鐵，B位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼C位連接的開關搭鐵，C位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼P位連接的開關搭鐵，P位電壓為0 V，其二進制代碼為0。編碼為0000。

6）當變速桿在2位置數碼A位連接的開關搭鐵，A位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼B位連接的開關斷路，B位電壓為12V，其二進制代碼為1。數碼C位連接的開關搭鐵，C位電壓為0V，其二進制代碼為0。數碼P位連接的開關斷路，P位電壓為12 V，其二進制代碼為1。編碼為0101。

7）當變速桿在1位置數碼A位連接的開關斷路，A位電壓為12 V，其二進制代碼為1。數碼B位連接的開關斷路，B位電壓為12V，其二進制代碼為1。數碼C位連接的開關搭鐵，C位電壓為0 V，其二進制代碼為0。數碼P位連接的開關搭鐵，P位電壓為0V，其二進制代碼為0。編碼為1100。

將上述情況歸納列表，其編碼數值見表1。

表1　　變速桿位置信號

此編碼經解碼電路解碼后，一路由2級串行數據線送往組合儀表的電控單元ECU，使相應的變速桿位置指示燈點亮。所以把這幾個開關稱為變速桿位置信號開關。另一路告知CPU變速桿當前所處的位置，CPU依據此信號，再與節氣門位置信號、車速信號進行綜合運算后，去控制換擋電磁閥。由于此代碼 （變速桿位置編碼）的不同，可以出現不同的工作模式，所以又把這幾個開關稱為內部模式開關 （interior mode switch，IMS）。

另外3個開關分別是駐車/空擋起動開關、倒車燈開關和制動/變速器換擋互鎖裝置開關。此3個開關不給PCM提供信號，與變速器的換擋控制無關，故不再贅述。

2.6手動閥位置信號電路

手動閥由變速桿帶動，該閥的位置與變速桿的位置是一一對應的。手動閥控制的相關油路一旦出現阻塞，或者手動閥柱塞的位置失調，即使電子控制系統是正常的，變速器也不能實現正常換擋。為了檢測手動閥的位置及其所控制的油路是否正常，在相關油路中設置了由油壓控制的電路開關，這些開關與PCM內的12 V電源和電阻構成編碼電路，不同的代碼代表著手動閥的位置及其所控制的油路是否正常［4］。PCM可以根據這些代碼檢測手動閥所控油路的工作狀況。這些開關稱之為變速器油液壓力（transmission fluid pressure，TFP）開關，安裝在閥體上，其構成的編碼電路可參閱圖2的左下角所示，編碼按A位、B位、C位排序，不同手動閥的位置，產生不同的二進制的數碼。TCC釋放開關可獨立反映TCC的工作狀態。

圖3為手動閥在P位時TFP開關的工作狀態和編碼。當手動閥在P位置時，D1（L0）、D2、D3、D4和R等開關所在油路都無油壓。D1為常開，R為常開，A位信號電壓為12V，其二進制數碼為1；D2常閉、D3常閉，B位信號電壓為0V，其二進制數碼為0；D2為常閉、D4為常開，C位信號電壓為12 V，其二進制數碼為1。TCC開關所在油路加壓，常閉開關被壓斷，TCC位信號電壓為12V，其二進制數碼為1，代表TCC處于釋放狀態（未鎖止）。

手動閥在其他位置時，TFP開關的工作狀態可參照圖3分析。

手動閥在不同位置時的編碼數值見表2。

表2TFP開關信號

2.7制動燈開關

制動燈開關是TCC控制信號開關。車輛行駛在2擋、3擋或4擋的情況下，PCM在適當時機使TCC鎖止，變矩器直接接合。如果在此條件下實施制動，必造成發動機熄火而停轉，所以利用特制的制動燈開關，給PCM輸入一個信號，此信號電路可參閱圖2的右側中部。未踩下制動踏板，PCM 30/C1端子經制動燈開關中的一個常閉觸點，接12 V電壓，輸入到CPU為高電平，CPU就可以適時使TCC鎖止。在TCC鎖止的情況下，踩下制動踏板，制動燈開關的常閉觸點斷開，30/C1端子的電壓為0 V，輸入到CPU為低電平，CPU立即使TCC脫開。反之，踩下制動踏板，制動燈開關的常閉觸點斷開，30/C1端子的電壓為0 V，輸入到CPU為低電平，TCC就不可能接合。

圖3　　手動閥在P位時TFP開關的工作狀態和編碼

3　輸出信號電路

輸出控制電路包括PCM內部的輸出接口電路和外部的受控設備。

3.1換擋電磁閥控制電路

換擋電磁閥的控制電路見圖2中部右側所示。電磁閥線圈一端受點火開關控制，與電源正極相接；A電磁閥另一端與PCM 4/C1端子相接，B電磁閥另一端與PCM 44/C1端子相接，端子內接晶體管的集電極，晶體管的基極電流由CPU控制。基極加高電平時，晶體管飽和導通，電磁閥通電，鐵心緊緊壓住球閥，信號油壓不能泄出；基極加低電平時，晶體管截止，電磁閥斷電，鐵心回位，球閥不受力，信號油壓推開球閥而泄出。

3.2TCC電磁閥的控制電路

TCC電磁閥的控制電路見圖2中部右側所示。電磁閥線圈一端受點火開關控制，與電源正極相接；另一端與PCM 78/C2端子內的晶體管集電極相接，晶體管的基極電流由CPU控制的脈寬調制器產生，電流的頻率為32Hz。當TCC不需要鎖止時，PCM不給TCC電磁閥通電，PCM輸出電流信號的占空比為0。當TCC需要鎖止時，PCM給TCC電磁閥輸出一個占空比為22%的初始電流。然后電流的占空比按一定增長率上升，直到電流的占空比達90%之后，CPU根據發動機轉速和變速器輸入轉速的轉速比，自動調節電流的占空比，使TCC緩緩接合，并保持微微的滑移。此時，變矩器的傳動比近似于1。

當踩下制動踏板時，PCM30/C1端子的電壓由12 V變為0 V，輸入到CPU的電平由高電平變為低電平，其輸出的占空比立即變為0，TCC迅速脫開。在TCC接合的情況下換擋時，PCM都要先切斷TCC電磁閥的電流，然后再實施換擋。

3.3壓力控制電磁閥的控制電路

壓力控制電磁閥的控制電路如圖2中部右側所示。壓力控制電磁閥的線圈，一端經PCM的45/C2端子，內接PNP型三極管的集電極，三極管發射極接12 V電壓，基極接脈寬調制器的輸出；另一端經PCM的46/ C2端子，內接一個阻值很小的電阻，電阻一端搭鐵，另一端的接線將電阻上的壓降反饋到CPU，用于實時監測壓力控制電磁閥的工作狀態。此脈寬調制器產生的是一個頻率為292.5 Hz、振幅不變而脈寬可調的電壓，脈沖寬度由CPU根據節氣門位置信號綜合運算后予以控制。節氣門開度為0°時，脈沖寬度最大 （占空比最大），線圈的平均電流最大，電磁閥泄油口最大，電磁閥的輸出油壓為0；節氣門開度增加，脈沖寬度減小 （占空比減小），線圈的平均電流減小，電磁閥泄油口減小，電磁閥的輸出油壓增加；節氣門全開時，脈沖寬度為0（占空比為0），線圈無電流，電磁閥泄油口關閉，電磁閥的輸出油壓最大。經此電磁閥的控制，將輸入的穩定油壓轉換成一個隨節氣門開度變化的油壓。此油壓作為壓力控制信號，去控制轉矩信號調節閥。轉矩信號調節閥產生的信號油壓，再引到壓力調節閥，用于調節主油路油壓 （主油壓），使主油壓隨節氣門開度增加而增加。

4　電子控制系統的工作原理

變速桿在P、R、N位置時，PCM獲得這些編碼后，只能輸出A電磁閥通電 （ON）、B電磁閥通電 （ON）這樣一種狀態。這2個電磁閥都處于通電狀態，并不影響輸入離合器的工作。即使PCM出故障，A電磁閥和B電磁閥都不通電，也不會影響變速器動力傳動部分的工作狀態，即變速桿在P、R、N三個位置時，變速器的工作狀態與電子控制系統無關［5］。在P、R、N位置，設置成A電磁閥通電 （ON）、B電磁閥通電 （ON）這種狀態，是為了與1擋時的A電磁閥通電 （ON）、B電磁閥通電 （ON）取得一致，可以避免變速桿從P或R或N位置移到任何一個前進擋時產生時間差。

4.1變速桿在D位置

1）變速桿在D位置，向PCM輸入的編碼是1 0 0 1，告知PCM變速桿在D位置。手動閥位置信號的編碼是1 0 0，與存儲的數據是一致的，油路無故障。CPU則調用D位時的程序和數據，使A電磁閥通電 （ON）、B電磁閥通電 （ON）。此時，液壓控制系統的相關油路使輸入離合器接合，自動變速器則處于1擋，車輛向前行駛。

2）在D位1擋的狀態下，車速不斷增加。當車速與節氣門位置的信號達到相應數值時，PCM將傳感器輸入的信號與相關程序和數據進行綜合運算后，符合1擋升入2擋的條件，便使輸出變為A電磁閥斷電（OFF），B電磁閥通電 （ON）。液壓控制系統使自動變速器由1擋升入2擋。

3）在D位2擋的狀態下，車速再增加。當車速與節氣門位置信號達到相應數值時，PCM將傳感器輸入的信號與相關程序和數據進行綜合運算后，符合2擋升入3擋的條件，便使輸出變為A電磁閥斷電 （OFF），B電磁閥斷電 （OFF）。液壓控制系統使自動變速器由2擋升入3擋。

4）在D位3擋的狀態下，車速再增加。當車速與節氣門位置信號達到相應數值時，PCM將傳感器輸入的信號與相關程序和數據進行綜合運算后，符合3擋升入4擋的條件，便使輸出變為A電磁閥通電 （ON），B電磁閥斷電 （OFF）。液壓控制系統使自動變速器由3擋升入4擋。

5）在2擋或3擋或4擋的條件下，節氣門位置信號和車速達到設定值，車輛勻速行駛時間達到設定值，PCM使TCC接合，變矩器傳動比為1。

4.2變速桿在3位置

變速桿在3位置，PCM輸入的編碼是0 0 0 0，告知PCM變速桿在3位置。手動閥位置信號的編碼是1 1 0，與存儲的數據是一致的，油路無故障。CPU則調用3位時的程序和數據，由于3位時的程序中不允許實現3擋升4擋，PCM只能控制自動變速器在1～3擋之間自動變換。

4.3變速桿在2位置

變速桿在2位置，PCM輸入的編碼是0 1 0 1，告知PCM變速桿在2位置。手動閥位置信號的編碼是1 1 1，與存儲的數據是一致的，油路無故障。CPU則調用2位時的程序和數據，由于2位時的程序中不允許實現2擋升3擋、3擋升4擋，PCM只能控制自動變速器在1～2擋之間自動變換。

4.4變速桿在1位置

變速桿在1位置，PCM輸入的編碼是1 1 0 0，告知PCM變速桿在1位置。手動閥位置信號的編碼是0 1 1，與存儲的數據是一致的，油路無故障。CPU則調用1位時的程序和數據，由于1位時的程序中不允許實現1擋升2擋……，PCM只能控制自動變速器在1擋運行。此時，液壓控制系統的相關油路使輸入離合器接合，自動變速器則處于1擋，車輛向前行駛。

［1］丁垚.進口汽車微電腦控制系統的原理與檢修［M］.太原：山西科學技術出版社，1998：64-65.

［2］黃宗益.現代汽車自動變速器原理與設計［M］.上海：同濟大學出版社，2006：86-87.

［3］劉志忠，丁垚.汽車自動變速器原理與檢修［M］.北京：清華大學出版社，2014：196-197.

［4］何彬.歐洲車系自動變速器閥體與電控系統檢修專輯（上冊）［M］.北京：機械工業出版社，2008：99-100.

［5］中國機動車輛安全鑒定檢測中心編譯.自動變速器維修［M］.北京：群眾出版社，1997：82-83.

（編輯楊景）

Analysis on Electronic Control System for GM 4T65E Automatic Transmission

ZHAO Hai-bin
（Hebei Communications Vocational and Technical College，Shijiazhuang 050091，China）

The 4T65E automatic transmission is developed by GM and widely used in different vehicle models of GM.The electric control principle of this automatic transmission is analyzed in details，thus it is helpful for fault diagnosis and quick fault clearing.

GM；4T65E；automatic transmission；electric control system；analysis

U463.212

B

1003-8639（2016）02-0039-06

2015-11-24；

2015-11-30

趙海賓 （1978-），男，碩士，講師，研究方向為汽車電子控制技術及故障診斷。