通用汽车4T65E型自动变速器电子控制系统解析

赵海宾（河北交通职业技术学院汽车工程系，河北 石家庄　050091）

通用汽车4T65E型自动变速器电子控制系统解析

赵海宾
（河北交通职业技术学院汽车工程系，河北 石家庄050091）

4T65E型自动变速器是通用汽车公司自行研制开发的产品，广泛应用于通用品牌的不同车型。本文详细解析4T65E型自动变速器的电控原理。了解该型号自动变速器电子控制系统的控制原理，有利于诊断其故障及快速排除。

通用汽车；4T65E；自动变速器；电控系统；解析

1　系统组成

4T65E型自动变速器电子控制系统以动力系统控制模块PCM （Powertrain Control Module）为核心，由各种传感器形成的输入信号电路和几个执行器构成的输出电路组成。PCM管理着发动机和自动变速器两部分，PCM与自动变速器工作有关的电子器件组成如图1所示。电子控制系统的原理电路如图2所示。

图1　PCM与自动变速器工作有关的电子器件

PCM习惯上也被称为微电脑。中央处理器CPU和各种存储器存储着相关的程序和数据，输入接口电路把输入信号变换成相应的数码，送往CPU；输出接口电路按CPU的运算结果对外电路的执行器实施控制。

PCM通过两个80针的接线插座与外电路相连接，1号插座C1为蓝色，2号插座C2为透明无色。图2中的20/C1标示为C1插座的20号端子，即分子为端子编号，分母为插座编号。

稳压电源内有稳压滤波电路，它将输入的12～14V直流电压变换成稳定的5 V电压，给各种集成电路供电；并对输入电压滤波，以减小外电路的干扰，供接口电路使用。为了确保PCM的操作系统总是处于待命状态，设置了一条常供电电路，直接接在蓄电池的正负极；其他的供电电路由点火开关控制［1］。点火开关的原理电路如图2右上角所示，它是一个5刀4掷的多路开关，本文中的电路只涉及其中的3条，其他2条与本文无关，故未画出。

2　输入信号电路分析

2.1节气门位置信号电路

节气门位置 （Throttle Position，TP）传感器是一个线性电位器，接在5V的电源上，可变电阻的滑臂随节气门轴一同转动。当节气门的开度变化时，TP传感器的输出信号电压随之发生变化，此电压代表了节气门的位置［2］。节气门关闭 （怠速工况）时，信号电压为0～0.7V；节气门全开时，信号电压为4V以上。此信号电压为模拟量，经模/数转换电路转换成数字量供CPU调用。PCM利用此信号参与换挡时刻的运算，并用以调节主油路油压。

图2　4T65E自动变速器电子控制系统原理电路图

踩下加速踏板的快慢 （速率），决定着信号电压的变化率，急速踩下加速踏板，产生较大的电压变化率，此信号则作为强制降挡信号参与运算，实现变速器的强制降挡。

2.2车速信号电路

车速传感器 （Vehicle Speed Sensor，VSS）是电磁感应式传感器，其信号发生器安装在变速器的壳体上。信号转子是安装在差速器壳体上的铁磁质齿圈，差速器壳体转动时，信号发生器线圈中的磁通不停地变化，线圈两端产生交流电压信号，此交流电压经输入接口电路整流、整形、钳位 （其作用是将脉冲信号的某一部分固定在指定电压值上，并保持原波形形状不变）后，其频率转换成代表车速的数字信号，PCM利用此信号参与换挡时刻的运算。

此传感器又是输出轴转速 （Output Shaft Speed，OSS）传感器，其输出信号的频率可以转换成代表变速器输出轴转速的数字信号。

2.3输入轴转速信号电路

输入轴转速 （Input Shaft Speed，ISS）传感器也是电磁感应式传感器，其信号转子的齿圈与驱动齿轮同轴，信号发生器的线圈安装在转子齿圈旁边，转子齿圈转动时，信号发生器的线圈产生交流电压信号，此交流电压信号的频率与变速器输入轴的转速成正比。此交流电压经输入接口电路整流、整形、钳位后，其频率转换成代表输入轴转速的数字信号。

PCM利用此信号与输出轴转速信号做比较，可以实时提供变速器传动机构的传动比，判断传动机构的工作状态；与发动机转速信号做比较，可以实时提供变矩器的传动比，在变矩器锁止离合器 （Torque Converter Clutch，TCC）接合时，PCM控制TCC电磁阀的电流，以调节TCC的接合状态。

2.4变速器油液温度信号电路

变速器油液温度 （Transmission Fluid Temperature，TFT）传感器是一个负温度系数的热敏电阻，安装在阀板上，感受油液的温度，与PCM的68/C2、1/C1端子相接，传感器上的电压降经模/数转换电路转换成数字量，供CPU选用。当油温达到130℃时，换挡模式选用热模式，在热模式下，变矩器锁止离合器在3挡和4挡时总是处于接合状态，并将换挡时刻适量提前，以降低变速器的油温；当油温低于120℃时，热模式解除。

2.5变速杆位置信号电路

变速器位置信号由多功能开关产生，多功能开关原理图参阅图2左上角。该开关是一个7刀7掷的多路开关，7个滑臂由变速杆带动，做同步转动。其中4个开关信号与PCM内部的12V电源和电阻构成一组编码电路，编码按A位、B位、C位、P位排序，不同的变速杆位置，产生不同的二进制的数码，这部分电路称为变速杆位置信号电路［3］。

1）当变速杆在P位置数码A位连接的开关搭铁，A位电压为0V，其二进制代码为0。数码B位连接的开关断路，B位电压为12V，其二进制代码为1。数码C位连接的开关断路，C位电压为12 V，其二进制代码为1。数码P位连接的开关搭铁，P位电压为0V，其二进制代码为0。编码为0110。

2）当变速杆在R位置数码A位连接的开关搭铁，A位电压为0V，其二进制代码为0。数码B位连接的开关搭铁，B位电压为0V，其二进制代码为0。数码C位连接的开关断路，C位电压为12 V，其二进制代码为1。数码P位连接的开关断路，P位电压为12 V，其二进制代码为1。编码为0011。

3）当变速杆在N位置数码A位连接的开关断路，A位电压为12V，其二进制代码为1。数码B位连接的开关搭铁，B位电压为0V，其二进制代码为0。数码C位连接的开关断路，C位电压为12 V，其二进制代码为1。数码P位连接的开关搭铁，P位电压为0V，其二进制代码为0。编码为1010。

4）当变速杆在D位置数码A位连接的开关断路，A位电压为12V，其二进制代码为1。数码B位连接的开关搭铁，B位电压为0V，其二进制代码为0。数码C位连接的开关搭铁，C位电压为0V，其二进制代码为0。数码P位连接的开关断路，P位电压为12 V，其二进制代码为1。编码为1001。

5）当变速杆在3位置数码A位连接的开关搭铁，A位电压为0V，其二进制代码为0。数码B位连接的开关搭铁，B位电压为0V，其二进制代码为0。数码C位连接的开关搭铁，C位电压为0V，其二进制代码为0。数码P位连接的开关搭铁，P位电压为0 V，其二进制代码为0。编码为0000。

6）当变速杆在2位置数码A位连接的开关搭铁，A位电压为0V，其二进制代码为0。数码B位连接的开关断路，B位电压为12V，其二进制代码为1。数码C位连接的开关搭铁，C位电压为0V，其二进制代码为0。数码P位连接的开关断路，P位电压为12 V，其二进制代码为1。编码为0101。

7）当变速杆在1位置数码A位连接的开关断路，A位电压为12 V，其二进制代码为1。数码B位连接的开关断路，B位电压为12V，其二进制代码为1。数码C位连接的开关搭铁，C位电压为0 V，其二进制代码为0。数码P位连接的开关搭铁，P位电压为0V，其二进制代码为0。编码为1100。

将上述情况归纳列表，其编码数值见表1。

表1　　变速杆位置信号

此编码经解码电路解码后，一路由2级串行数据线送往组合仪表的电控单元ECU，使相应的变速杆位置指示灯点亮。所以把这几个开关称为变速杆位置信号开关。另一路告知CPU变速杆当前所处的位置，CPU依据此信号，再与节气门位置信号、车速信号进行综合运算后，去控制换挡电磁阀。由于此代码 （变速杆位置编码）的不同，可以出现不同的工作模式，所以又把这几个开关称为内部模式开关 （interior mode switch，IMS）。

另外3个开关分别是驻车/空挡起动开关、倒车灯开关和制动/变速器换挡互锁装置开关。此3个开关不给PCM提供信号，与变速器的换挡控制无关，故不再赘述。

2.6手动阀位置信号电路

手动阀由变速杆带动，该阀的位置与变速杆的位置是一一对应的。手动阀控制的相关油路一旦出现阻塞，或者手动阀柱塞的位置失调，即使电子控制系统是正常的，变速器也不能实现正常换挡。为了检测手动阀的位置及其所控制的油路是否正常，在相关油路中设置了由油压控制的电路开关，这些开关与PCM内的12 V电源和电阻构成编码电路，不同的代码代表着手动阀的位置及其所控制的油路是否正常［4］。PCM可以根据这些代码检测手动阀所控油路的工作状况。这些开关称之为变速器油液压力（transmission fluid pressure，TFP）开关，安装在阀体上，其构成的编码电路可参阅图2的左下角所示，编码按A位、B位、C位排序，不同手动阀的位置，产生不同的二进制的数码。TCC释放开关可独立反映TCC的工作状态。

图3为手动阀在P位时TFP开关的工作状态和编码。当手动阀在P位置时，D1（L0）、D2、D3、D4和R等开关所在油路都无油压。D1为常开，R为常开，A位信号电压为12V，其二进制数码为1；D2常闭、D3常闭，B位信号电压为0V，其二进制数码为0；D2为常闭、D4为常开，C位信号电压为12 V，其二进制数码为1。TCC开关所在油路加压，常闭开关被压断，TCC位信号电压为12V，其二进制数码为1，代表TCC处于释放状态（未锁止）。

手动阀在其他位置时，TFP开关的工作状态可参照图3分析。

手动阀在不同位置时的编码数值见表2。

表2TFP开关信号

2.7制动灯开关

制动灯开关是TCC控制信号开关。车辆行驶在2挡、3挡或4挡的情况下，PCM在适当时机使TCC锁止，变矩器直接接合。如果在此条件下实施制动，必造成发动机熄火而停转，所以利用特制的制动灯开关，给PCM输入一个信号，此信号电路可参阅图2的右侧中部。未踩下制动踏板，PCM 30/C1端子经制动灯开关中的一个常闭触点，接12 V电压，输入到CPU为高电平，CPU就可以适时使TCC锁止。在TCC锁止的情况下，踩下制动踏板，制动灯开关的常闭触点断开，30/C1端子的电压为0 V，输入到CPU为低电平，CPU立即使TCC脱开。反之，踩下制动踏板，制动灯开关的常闭触点断开，30/C1端子的电压为0 V，输入到CPU为低电平，TCC就不可能接合。

图3　　手动阀在P位时TFP开关的工作状态和编码

3　输出信号电路

输出控制电路包括PCM内部的输出接口电路和外部的受控设备。

3.1换挡电磁阀控制电路

换挡电磁阀的控制电路见图2中部右侧所示。电磁阀线圈一端受点火开关控制，与电源正极相接；A电磁阀另一端与PCM 4/C1端子相接，B电磁阀另一端与PCM 44/C1端子相接，端子内接晶体管的集电极，晶体管的基极电流由CPU控制。基极加高电平时，晶体管饱和导通，电磁阀通电，铁心紧紧压住球阀，信号油压不能泄出；基极加低电平时，晶体管截止，电磁阀断电，铁心回位，球阀不受力，信号油压推开球阀而泄出。

3.2TCC电磁阀的控制电路

TCC电磁阀的控制电路见图2中部右侧所示。电磁阀线圈一端受点火开关控制，与电源正极相接；另一端与PCM 78/C2端子内的晶体管集电极相接，晶体管的基极电流由CPU控制的脉宽调制器产生，电流的频率为32Hz。当TCC不需要锁止时，PCM不给TCC电磁阀通电，PCM输出电流信号的占空比为0。当TCC需要锁止时，PCM给TCC电磁阀输出一个占空比为22%的初始电流。然后电流的占空比按一定增长率上升，直到电流的占空比达90%之后，CPU根据发动机转速和变速器输入转速的转速比，自动调节电流的占空比，使TCC缓缓接合，并保持微微的滑移。此时，变矩器的传动比近似于1。

当踩下制动踏板时，PCM30/C1端子的电压由12 V变为0 V，输入到CPU的电平由高电平变为低电平，其输出的占空比立即变为0，TCC迅速脱开。在TCC接合的情况下换挡时，PCM都要先切断TCC电磁阀的电流，然后再实施换挡。

3.3压力控制电磁阀的控制电路

压力控制电磁阀的控制电路如图2中部右侧所示。压力控制电磁阀的线圈，一端经PCM的45/C2端子，内接PNP型三极管的集电极，三极管发射极接12 V电压，基极接脉宽调制器的输出；另一端经PCM的46/ C2端子，内接一个阻值很小的电阻，电阻一端搭铁，另一端的接线将电阻上的压降反馈到CPU，用于实时监测压力控制电磁阀的工作状态。此脉宽调制器产生的是一个频率为292.5 Hz、振幅不变而脉宽可调的电压，脉冲宽度由CPU根据节气门位置信号综合运算后予以控制。节气门开度为0°时，脉冲宽度最大 （占空比最大），线圈的平均电流最大，电磁阀泄油口最大，电磁阀的输出油压为0；节气门开度增加，脉冲宽度减小 （占空比减小），线圈的平均电流减小，电磁阀泄油口减小，电磁阀的输出油压增加；节气门全开时，脉冲宽度为0（占空比为0），线圈无电流，电磁阀泄油口关闭，电磁阀的输出油压最大。经此电磁阀的控制，将输入的稳定油压转换成一个随节气门开度变化的油压。此油压作为压力控制信号，去控制转矩信号调节阀。转矩信号调节阀产生的信号油压，再引到压力调节阀，用于调节主油路油压 （主油压），使主油压随节气门开度增加而增加。

4　电子控制系统的工作原理

变速杆在P、R、N位置时，PCM获得这些编码后，只能输出A电磁阀通电 （ON）、B电磁阀通电 （ON）这样一种状态。这2个电磁阀都处于通电状态，并不影响输入离合器的工作。即使PCM出故障，A电磁阀和B电磁阀都不通电，也不会影响变速器动力传动部分的工作状态，即变速杆在P、R、N三个位置时，变速器的工作状态与电子控制系统无关［5］。在P、R、N位置，设置成A电磁阀通电 （ON）、B电磁阀通电 （ON）这种状态，是为了与1挡时的A电磁阀通电 （ON）、B电磁阀通电 （ON）取得一致，可以避免变速杆从P或R或N位置移到任何一个前进挡时产生时间差。

4.1变速杆在D位置

1）变速杆在D位置，向PCM输入的编码是1 0 0 1，告知PCM变速杆在D位置。手动阀位置信号的编码是1 0 0，与存储的数据是一致的，油路无故障。CPU则调用D位时的程序和数据，使A电磁阀通电 （ON）、B电磁阀通电 （ON）。此时，液压控制系统的相关油路使输入离合器接合，自动变速器则处于1挡，车辆向前行驶。

2）在D位1挡的状态下，车速不断增加。当车速与节气门位置的信号达到相应数值时，PCM将传感器输入的信号与相关程序和数据进行综合运算后，符合1挡升入2挡的条件，便使输出变为A电磁阀断电（OFF），B电磁阀通电 （ON）。液压控制系统使自动变速器由1挡升入2挡。

3）在D位2挡的状态下，车速再增加。当车速与节气门位置信号达到相应数值时，PCM将传感器输入的信号与相关程序和数据进行综合运算后，符合2挡升入3挡的条件，便使输出变为A电磁阀断电 （OFF），B电磁阀断电 （OFF）。液压控制系统使自动变速器由2挡升入3挡。

4）在D位3挡的状态下，车速再增加。当车速与节气门位置信号达到相应数值时，PCM将传感器输入的信号与相关程序和数据进行综合运算后，符合3挡升入4挡的条件，便使输出变为A电磁阀通电 （ON），B电磁阀断电 （OFF）。液压控制系统使自动变速器由3挡升入4挡。

5）在2挡或3挡或4挡的条件下，节气门位置信号和车速达到设定值，车辆匀速行驶时间达到设定值，PCM使TCC接合，变矩器传动比为1。

4.2变速杆在3位置

变速杆在3位置，PCM输入的编码是0 0 0 0，告知PCM变速杆在3位置。手动阀位置信号的编码是1 1 0，与存储的数据是一致的，油路无故障。CPU则调用3位时的程序和数据，由于3位时的程序中不允许实现3挡升4挡，PCM只能控制自动变速器在1～3挡之间自动变换。

4.3变速杆在2位置

变速杆在2位置，PCM输入的编码是0 1 0 1，告知PCM变速杆在2位置。手动阀位置信号的编码是1 1 1，与存储的数据是一致的，油路无故障。CPU则调用2位时的程序和数据，由于2位时的程序中不允许实现2挡升3挡、3挡升4挡，PCM只能控制自动变速器在1～2挡之间自动变换。

4.4变速杆在1位置

变速杆在1位置，PCM输入的编码是1 1 0 0，告知PCM变速杆在1位置。手动阀位置信号的编码是0 1 1，与存储的数据是一致的，油路无故障。CPU则调用1位时的程序和数据，由于1位时的程序中不允许实现1挡升2挡……，PCM只能控制自动变速器在1挡运行。此时，液压控制系统的相关油路使输入离合器接合，自动变速器则处于1挡，车辆向前行驶。

［1］丁垚.进口汽车微电脑控制系统的原理与检修［M］.太原：山西科学技术出版社，1998：64-65.

［2］黄宗益.现代汽车自动变速器原理与设计［M］.上海：同济大学出版社，2006：86-87.

［3］刘志忠，丁垚.汽车自动变速器原理与检修［M］.北京：清华大学出版社，2014：196-197.

［4］何彬.欧洲车系自动变速器阀体与电控系统检修专辑（上册）［M］.北京：机械工业出版社，2008：99-100.

［5］中国机动车辆安全鉴定检测中心编译.自动变速器维修［M］.北京：群众出版社，1997：82-83.

（编辑杨景）

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

赵海宾 （1978-），男，硕士，讲师，研究方向为汽车电子控制技术及故障诊断。