上汽通用汽車電子換擋系統的工作原理與檢修

南京金飛泓汽配連鎖有限公司 張允頌

1 電子換擋系統的概述

隨著科技的發展，使用電子換擋機構替代傳統的拉索式機械換擋機構的車型越來越多。這些外觀各異的電子換擋機構（擋桿式、旋鈕式、懷擋式、按鍵式等）為車輛駕駛帶來了更多的便利性和安全性，同時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（ETRS），與奔馳、寶馬、奧迪等豪華車的電子換擋系統工作原理類似，駕駛人可以通過電子換擋桿完成車輛換擋操作，即通過傳感器將駕駛人的操作意圖轉化成電信號，再由換擋執行器驅動變速器的換擋軸進行擋位（駐車擋、倒擋、空擋、前進擋）切換。其核心部件包括電子換擋桿、換擋執行器及控制模塊等，而變速器內部的機械和電氣構造并沒有發生變化。

與傳統機械換擋相比，電子換擋系統的優點主要包括以下幾點。

（1）電子化控制，省去了復雜的機械結構，布置更靈活，節省了車內空間。

（2）變速器響應速度更快，增強變速器耐久性，為車輛駕駛帶來了更多的便利性。

（3）能提供智能自動保護模式，提升操控安全性。

另外，其存在的缺點主要包括以下幾點。

（1）電子換擋桿在每次操作后會回到同一個位置，駕駛人無法根據換擋桿位置來辨別當前擋位，只能通過指示燈來判斷，易發生換錯擋的情況。

（2）電子部件多，控制復雜，影響因素多，故障檢修難度大。

（3）當電子換擋系統出現故障時，大部分電子換擋機構無法對當前擋位進行釋放，駕駛人不能自行移動車輛，只能等待拖車或救援。

圖1 電子換擋系統的工作原理示意

圖2 變速器換擋桿及手柄

2 ETRS的智能自動保護模式

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

（1）防誤換入P擋功能。車輛行駛過程中，若駕駛人誤操作P擋按鈕（駐車擋按鈕），ETRS會指令變速器先自行換入N擋；當車速降低至許可范圍時，再換入P擋，以保護變速器。

（2）備用駐車鎖功能（默認換入駐車擋）。當車輛著機且處于非P擋時，若打開駕駛人側車門（未系安全帶、松開制動踏板），或非P擋踩下制動踏板停車，將發動機熄火，變速器都會換入P擋（強制將換擋軸移至駐車位置），無需駕駛人手動操作，以保護駕乘人員安全。

（3）自動啟用電子駐車制動功能。當車輛處于坡道且換入P擋時，車輛會自動啟用電子駐車制動功能，防止因P擋機械負載過大而損壞變速器。

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，換擋請求信息傳遞到底盤控制模塊，然后底盤控制模塊將指令發送給變速器擋位控制模塊，最后由變速器擋位控制模塊驅動變速器換擋軸進入選定的擋位（駐車擋、倒擋、空擋、前進擋、手動擋）。

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）。此電子換擋桿沒有設計鎖止電磁閥，雖然能隨時移動換擋桿，但如果未按下換擋桿手柄上的換擋互鎖按鈕，就不能真正從駐車擋移出。換擋互鎖按鈕內有2個換擋互鎖開關，按下換擋互鎖按鈕，底盤控制模塊會處理請求信息，并通過串行數據向變速器擋位控制模塊發送一個指令。在操作換擋互鎖按鈕時，如果未用力按在換擋互鎖按鈕的中央位置，則按鈕內2個觸點開關中的1個可能接觸不到，系統就會存儲故障代碼“P17A6 換擋互鎖開關1-2不合理”。另外，換擋互鎖按鈕的檢測方法如下。

用故障檢測儀讀取換擋互鎖開關1和換擋互鎖開關2的值，當未按下換擋互鎖按鈕時，換擋互鎖開關1、換擋互鎖開關2的值為67%～85%；當按下換擋互鎖按鈕時，換擋互鎖開關1、換擋互鎖開關2的值為50%～60%。如果換擋互鎖開關1、換擋互鎖開關2的值不在上述規定范圍內，則需要檢修按鈕內的換擋互鎖開關及其線路。

查閱變速器換擋桿控制電路（圖3），根據變速器換擋桿端子定義得知變速器換擋桿端子19為換擋互鎖開關1信號端子，端子21為換擋互鎖開關2信號端子。用萬用表電阻擋測量換擋互鎖開關1、換擋互鎖開關2兩端的電阻，未按下換擋互鎖按鈕時，測得的開關電阻應為3 kΩ～3.5 kΩ；按下換擋互鎖按鈕時，測得的開關電阻應為1 kΩ～1.5 kΩ。如果測得的開關電阻不在上述規定范圍內，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P擋按鈕，其內部也包含2個開關，分別為變速器駐車位置開關1和變速器駐車位置開關2。當按下P擋按鈕時，2個變速器駐車位置開關就會向底盤控制模塊發送駐車信息。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2個觸點開關中的1個可能接觸不到，系統將會存儲故障代碼“P07BE 變速器駐車位置開關1-2不合理”。另外，P擋按鈕的檢測方法如下。

用故障檢測儀讀取變速器駐車位置開關1和變速器駐車位置開關2的值，當未按下換擋桿手柄上的P擋按鈕時，變速器駐車位置開關1、變速器駐車位置開關2的值為55%～70%；當按下P擋按鈕時，變速器駐車位置開關1、變速器駐車位置開關2的值為35%～45%。如果變速器駐車位置開關1、變速器駐車位置開關2的值不在上述規定范圍內，則需要檢修按鈕內的變速器駐車位置開關及其線路。

結合圖3，根據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關1信號端子，端子11為變速器駐車位置開關2信號端子。用萬用表電阻擋測量變速器駐車位置開關1、變速器駐車位置開關2兩端的電阻，未按下P擋按鈕時，測得的開關電阻應為3 kΩ～3.5 kΩ ；按下P擋按鈕時，測得的開關電阻應為1 kΩ～1.5 kΩ。如果測得的開關電阻不在上述規定范圍內，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LED擋位指示燈，即P（駐車擋）、R（倒擋）、N（空擋）、D（前進擋）、M（手動擋）指示燈。當變速器處于某個擋位時，換擋桿手柄內的指示燈模塊會通過LIN總線從底盤控制模塊接收到擋位信息，并點亮相應的擋位指示燈。

圖3 變速器換擋桿控制電路

3.2 變速器換擋桿

變速器換擋桿實際上是一個集成的傳感器（有2個二維傳感器），用來檢測換擋桿的實際位置。每個二維傳感器傳輸一個X坐標和Y坐標信號，用于將駕駛人的換擋動作轉換為電信號并發送至底盤控制模塊。換擋桿位置傳感器的檢測方法如下。

用故障檢測儀讀取換擋桿位置傳感器1和換擋桿位置傳感器2的值，當換擋桿移動到不同位置時，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占空比的值均應在5%～95%變化。如果某項值小于5%或大于95%，或不發生改變，則需要對相關的換擋桿位置傳感器線路進行檢修或更換變速器換擋桿。

結合圖3，根據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坐標信號端子，端子16為換擋桿位置傳感器1Y坐標信號端子，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坐標信號端子，端子3為換擋桿位置傳感器2Y坐標信號端子，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、發動機控制模塊、車身控制模塊、電子制動控制模塊等共享。底盤控制模塊還通過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際上是個換擋執行器，通過支架和螺栓安裝在自動變速器上部。它也連接在高速GM-LAN和底盤擴展GM-LAN上。變速器擋位控制模塊會參考相關模塊的信息，如車門開關、車速、選擋信息等，再通過內部電動機驅動變速器上的換擋軸，將換擋軸移入ETRS指令的擋位，從而實現變速器在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總成件，它的內部結構很復雜，除了集成電路之外，還包括以下元件，如電動機、齒輪組、霍爾式位置傳感器、輸出軸等（圖5）。模塊內部冗余設計了2個電動機以驅動齒輪組完成換擋動作。霍爾式位置傳感器用于反饋輸出軸的角度位置信息。在執行器意外斷電時，內部復位機構會使變速器回到駐車擋。

圖5 變速器擋位控制模塊內部構造

3.5 “變速器擋位控制模塊擋位電動機位置讀入”和“備用駐車鎖執行器啟用”

在拆裝或更換過變速器擋位控制模塊后，用故障檢測儀進入“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機位置讀入”和“備用駐車鎖執行器啟用”程序，并按照故障檢測儀上的說明完成操作。目的是讓電子換擋系統了解擋位電動機和備用駐車鎖執行器在變速器換擋軸上的準確位置。執行變速器擋位控制模塊讀入程序時必需滿足以下條件。

（1）在運行讀入程序前必須先排除電子換擋系統相關的當前故障代碼。

（2）確保變速器擋位控制模塊支座或連桿沒有松曠，否則應予以調整緊固。

（3）關閉車內所有用電設備，確保蓄電池電量充足，必要時可跨接輔助電源。

（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，則需執行編程升級程序。