上汽通用汽車電子換擋系統(tǒng)的工作原理與檢修

南京金飛泓汽配連鎖有限公司 張?jiān)薯?/p>

1 電子換擋系統(tǒng)的概述

隨著科技的發(fā)展，使用電子換擋機(jī)構(gòu)替代傳統(tǒng)的拉索式機(jī)械換擋機(jī)構(gòu)的車型越來(lái)越多。這些外觀各異的電子換擋機(jī)構(gòu)（擋桿式、旋鈕式、懷擋式、按鍵式等）為車輛駕駛帶來(lái)了更多的便利性和安全性，同時(shí)也提升了車輛的豪華感和科技感。上汽通用汽車公司的凱迪拉克、別克等部分車型也采用了電子換擋系統(tǒng)（ETRS），與奔馳、寶馬、奧迪等豪華車的電子換擋系統(tǒng)工作原理類似，駕駛?cè)丝梢酝ㄟ^(guò)電子換擋桿完成車輛換擋操作，即通過(guò)傳感器將駕駛?cè)说牟僮饕鈭D轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，再由換擋執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)變速器的換擋軸進(jìn)行擋位（駐車擋、倒擋、空擋、前進(jìn)擋）切換。其核心部件包括電子換擋桿、換擋執(zhí)行器及控制模塊等，而變速器內(nèi)部的機(jī)械和電氣構(gòu)造并沒(méi)有發(fā)生變化。

與傳統(tǒng)機(jī)械換擋相比，電子換擋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）電子化控制，省去了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，布置更靈活，節(jié)省了車內(nèi)空間。

（2）變速器響應(yīng)速度更快，增強(qiáng)變速器耐久性，為車輛駕駛帶來(lái)了更多的便利性。

（3）能提供智能自動(dòng)保護(hù)模式，提升操控安全性。

另外，其存在的缺點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)。

（1）電子換擋桿在每次操作后會(huì)回到同一個(gè)位置，駕駛?cè)藷o(wú)法根據(jù)換擋桿位置來(lái)辨別當(dāng)前擋位，只能通過(guò)指示燈來(lái)判斷，易發(fā)生換錯(cuò)擋的情況。

（2）電子部件多，控制復(fù)雜，影響因素多，故障檢修難度大。

（3）當(dāng)電子換擋系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，大部分電子換擋機(jī)構(gòu)無(wú)法對(duì)當(dāng)前擋位進(jìn)行釋放，駕駛?cè)瞬荒茏孕幸苿?dòng)車輛，只能等待拖車或救援。

圖1 電子換擋系統(tǒng)的工作原理示意

圖2 變速器換擋桿及手柄

2 ETRS的智能自動(dòng)保護(hù)模式

為了確保駕乘人員安全及防止變速器損壞，電子換擋系統(tǒng)都會(huì)設(shè)置一些保護(hù)性功能。上汽通用汽車公司的ETRS同樣也有很多智能保護(hù)模式，具體包括以下3點(diǎn)。

（1）防誤換入P擋功能。車輛行駛過(guò)程中，若駕駛?cè)苏`操作P擋按鈕（駐車擋按鈕），ETRS會(huì)指令變速器先自行換入N擋；當(dāng)車速降低至許可范圍時(shí)，再換入P擋，以保護(hù)變速器。

（2）備用駐車鎖功能（默認(rèn)換入駐車擋）。當(dāng)車輛著機(jī)且處于非P擋時(shí)，若打開(kāi)駕駛?cè)藗?cè)車門（未系安全帶、松開(kāi)制動(dòng)踏板），或非P擋踩下制動(dòng)踏板停車，將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，變速器都會(huì)換入P擋（強(qiáng)制將換擋軸移至駐車位置），無(wú)需駕駛?cè)耸謩?dòng)操作，以保護(hù)駕乘人員安全。

（3）自動(dòng)啟用電子駐車制動(dòng)功能。當(dāng)車輛處于坡道且換入P擋時(shí)，車輛會(huì)自動(dòng)啟用電子駐車制動(dòng)功能，防止因P擋機(jī)械負(fù)載過(guò)大而損壞變速器。

3 ETRS的組成、工作原理及檢修

以2017款別克君越車為例，ETRS是由換擋桿手柄（S156）、變速器換擋桿（S3）、底盤控制模塊（CCM）、變速器擋位控制模塊（TRCM）等部件組成。如圖1所示，操作電子換擋桿，換擋請(qǐng)求信息傳遞到底盤控制模塊，然后底盤控制模塊將指令發(fā)送給變速器擋位控制模塊，最后由變速器擋位控制模塊驅(qū)動(dòng)變速器換擋軸進(jìn)入選定的擋位（駐車擋、倒擋、空擋、前進(jìn)擋、手動(dòng)擋）。

3.1 換擋桿手柄

如圖2所示，換擋桿手柄安裝在變速器換擋桿上方，集成有換擋互鎖按鈕、P擋按鈕及換擋桿位置指示燈3部分。

（1）換擋互鎖按鈕（也稱為釋放按鈕）。此電子換擋桿沒(méi)有設(shè)計(jì)鎖止電磁閥，雖然能隨時(shí)移動(dòng)換擋桿，但如果未按下?lián)Q擋桿手柄上的換擋互鎖按鈕，就不能真正從駐車擋移出。換擋互鎖按鈕內(nèi)有2個(gè)換擋互鎖開(kāi)關(guān)，按下?lián)Q擋互鎖按鈕，底盤控制模塊會(huì)處理請(qǐng)求信息，并通過(guò)串行數(shù)據(jù)向變速器擋位控制模塊發(fā)送一個(gè)指令。在操作換擋互鎖按鈕時(shí)，如果未用力按在換擋互鎖按鈕的中央位置，則按鈕內(nèi)2個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)中的1個(gè)可能接觸不到，系統(tǒng)就會(huì)存儲(chǔ)故障代碼“P17A6 換擋互鎖開(kāi)關(guān)1-2不合理”。另外，換擋互鎖按鈕的檢測(cè)方法如下。

用故障檢測(cè)儀讀取換擋互鎖開(kāi)關(guān)1和換擋互鎖開(kāi)關(guān)2的值，當(dāng)未按下?lián)Q擋互鎖按鈕時(shí)，換擋互鎖開(kāi)關(guān)1、換擋互鎖開(kāi)關(guān)2的值為67%～85%；當(dāng)按下?lián)Q擋互鎖按鈕時(shí)，換擋互鎖開(kāi)關(guān)1、換擋互鎖開(kāi)關(guān)2的值為50%～60%。如果換擋互鎖開(kāi)關(guān)1、換擋互鎖開(kāi)關(guān)2的值不在上述規(guī)定范圍內(nèi)，則需要檢修按鈕內(nèi)的換擋互鎖開(kāi)關(guān)及其線路。

查閱變速器換擋桿控制電路（圖3），根據(jù)變速器換擋桿端子定義得知變速器換擋桿端子19為換擋互鎖開(kāi)關(guān)1信號(hào)端子，端子21為換擋互鎖開(kāi)關(guān)2信號(hào)端子。用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量換擋互鎖開(kāi)關(guān)1、換擋互鎖開(kāi)關(guān)2兩端的電阻，未按下?lián)Q擋互鎖按鈕時(shí)，測(cè)得的開(kāi)關(guān)電阻應(yīng)為3 kΩ～3.5 kΩ；按下?lián)Q擋互鎖按鈕時(shí)，測(cè)得的開(kāi)關(guān)電阻應(yīng)為1 kΩ～1.5 kΩ。如果測(cè)得的開(kāi)關(guān)電阻不在上述規(guī)定范圍內(nèi)，則需要更換換擋桿手柄或變速器換擋桿。

（2）P擋（駐車擋）按鈕。換擋桿手柄頂部有一個(gè)P擋按鈕，其內(nèi)部也包含2個(gè)開(kāi)關(guān)，分別為變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1和變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2。當(dāng)按下P擋按鈕時(shí)，2個(gè)變速器駐車位置開(kāi)關(guān)就會(huì)向底盤控制模塊發(fā)送駐車信息。與操作換擋互鎖按鈕一樣，如果未用力按在P擋按鈕的中央位置，則按鈕內(nèi)2個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)中的1個(gè)可能接觸不到，系統(tǒng)將會(huì)存儲(chǔ)故障代碼“P07BE 變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1-2不合理”。另外，P擋按鈕的檢測(cè)方法如下。

用故障檢測(cè)儀讀取變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1和變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2的值，當(dāng)未按下?lián)Q擋桿手柄上的P擋按鈕時(shí)，變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1、變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2的值為55%～70%；當(dāng)按下P擋按鈕時(shí)，變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1、變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2的值為35%～45%。如果變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1、變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2的值不在上述規(guī)定范圍內(nèi)，則需要檢修按鈕內(nèi)的變速器駐車位置開(kāi)關(guān)及其線路。

結(jié)合圖3，根據(jù)變速器換擋桿端子定義得知變速器換擋桿端子9為變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1信號(hào)端子，端子11為變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2信號(hào)端子。用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)量變速器駐車位置開(kāi)關(guān)1、變速器駐車位置開(kāi)關(guān)2兩端的電阻，未按下P擋按鈕時(shí)，測(cè)得的開(kāi)關(guān)電阻應(yīng)為3 kΩ～3.5 kΩ ；按下P擋按鈕時(shí)，測(cè)得的開(kāi)關(guān)電阻應(yīng)為1 kΩ～1.5 kΩ。如果測(cè)得的開(kāi)關(guān)電阻不在上述規(guī)定范圍內(nèi)，則更換換擋桿手柄或變速器換擋桿。

（3）換擋桿位置指示燈。換擋桿手柄端面有5個(gè)LED擋位指示燈，即P（駐車擋）、R（倒擋）、N（空擋）、D（前進(jìn)擋）、M（手動(dòng)擋）指示燈。當(dāng)變速器處于某個(gè)擋位時(shí)，換擋桿手柄內(nèi)的指示燈模塊會(huì)通過(guò)LIN總線從底盤控制模塊接收到擋位信息，并點(diǎn)亮相應(yīng)的擋位指示燈。

圖3 變速器換擋桿控制電路

3.2 變速器換擋桿

變速器換擋桿實(shí)際上是一個(gè)集成的傳感器（有2個(gè)二維傳感器），用來(lái)檢測(cè)換擋桿的實(shí)際位置。每個(gè)二維傳感器傳輸一個(gè)X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)信號(hào)，用于將駕駛?cè)说膿Q擋動(dòng)作轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并發(fā)送至底盤控制模塊。換擋桿位置傳感器的檢測(cè)方法如下。

用故障檢測(cè)儀讀取換擋桿位置傳感器1和換擋桿位置傳感器2的值，當(dāng)換擋桿移動(dòng)到不同位置時(shí)，變速器換擋桿X位置1占空比、變速器換擋桿Y位置1占空比、變速器換擋桿X位置2占空比、變速器換擋桿Y位置2占空比的值均應(yīng)在5%～95%變化。如果某項(xiàng)值小于5%或大于95%，或不發(fā)生改變，則需要對(duì)相關(guān)的換擋桿位置傳感器線路進(jìn)行檢修或更換變速器換擋桿。

結(jié)合圖3，根據(jù)變速器換擋桿端子定義得知變速器換擋桿端子13為換擋桿位置傳感器1的供電端子，端子14為換擋桿位置傳感器1X坐標(biāo)信號(hào)端子，端子16為換擋桿位置傳感器1Y坐標(biāo)信號(hào)端子，端子15為換擋桿位置傳感器1的搭鐵端子；端子4為換擋桿位置傳感器2的供電端子，端子1為換擋桿位置傳感器2X坐標(biāo)信號(hào)端子，端子3為換擋桿位置傳感器2Y坐標(biāo)信號(hào)端子，端子2為換擋桿位置傳感器2的搭鐵端子。

3.3 底盤控制模塊

底盤控制模塊連接在高速GM-LAN和底盤擴(kuò)展GM-LAN上，作用是接收變速器換擋桿的信息，并將信息與變速器控制模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊、車身控制模塊、電子制動(dòng)控制模塊等共享。底盤控制模塊還通過(guò)LIN總線與變速器擋位控制模塊互相通信，并控制換擋桿手柄上的擋位指示燈。所有變速器換擋桿和變速器擋位控制模塊的故障信息都在底盤控制模塊中設(shè)置。底盤控制模塊安裝在駕駛室前防火墻中間位置（圖4）。

圖4 底盤控制模塊的安裝位置示意

3.4 變速器擋位控制模塊

變速器擋位控制模塊實(shí)際上是個(gè)換擋執(zhí)行器，通過(guò)支架和螺栓安裝在自動(dòng)變速器上部。它也連接在高速GM-LAN和底盤擴(kuò)展GM-LAN上。變速器擋位控制模塊會(huì)參考相關(guān)模塊的信息，如車門開(kāi)關(guān)、車速、選擋信息等，再通過(guò)內(nèi)部電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)變速器上的換擋軸，將換擋軸移入ETRS指令的擋位，從而實(shí)現(xiàn)變速器在P擋、R擋、N擋、D擋、M擋間的切換。

變速器擋位控制模塊是一個(gè)總成件，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，除了集成電路之外，還包括以下元件，如電動(dòng)機(jī)、齒輪組、霍爾式位置傳感器、輸出軸等（圖5）。模塊內(nèi)部冗余設(shè)計(jì)了2個(gè)電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)齒輪組完成換擋動(dòng)作?；魻柺轿恢脗鞲衅饔糜诜答佪敵鲚S的角度位置信息。在執(zhí)行器意外斷電時(shí)，內(nèi)部復(fù)位機(jī)構(gòu)會(huì)使變速器回到駐車擋。

圖5 變速器擋位控制模塊內(nèi)部構(gòu)造

3.5 “變速器擋位控制模塊擋位電動(dòng)機(jī)位置讀入”和“備用駐車鎖執(zhí)行器啟用”

在拆裝或更換過(guò)變速器擋位控制模塊后，用故障檢測(cè)儀進(jìn)入“變速器擋位控制模塊”“配置/重置功能”下面的“變速器擋位控制模塊擋位電動(dòng)機(jī)位置讀入”和“備用駐車鎖執(zhí)行器啟用”程序，并按照故障檢測(cè)儀上的說(shuō)明完成操作。目的是讓電子換擋系統(tǒng)了解擋位電動(dòng)機(jī)和備用駐車鎖執(zhí)行器在變速器換擋軸上的準(zhǔn)確位置。執(zhí)行變速器擋位控制模塊讀入程序時(shí)必需滿足以下條件。

（1）在運(yùn)行讀入程序前必須先排除電子換擋系統(tǒng)相關(guān)的當(dāng)前故障代碼。

（2）確保變速器擋位控制模塊支座或連桿沒(méi)有松曠，否則應(yīng)予以調(diào)整緊固。

（3）關(guān)閉車內(nèi)所有用電設(shè)備，確保蓄電池電量充足，必要時(shí)可跨接輔助電源。

（4）確保變速器油溫在10 ℃～40 ℃。

（5）確保變速器擋位控制模塊和底盤控制模塊軟件包是可用的最新版本軟件。如果軟件不是最新版本，則需執(zhí)行編程升級(jí)程序。