上汽通用汽车电子换挡系统的工作原理与检修

南京金飞泓汽配连锁有限公司 张允颂

1 电子换挡系统的概述

随着科技的发展，使用电子换挡机构替代传统的拉索式机械换挡机构的车型越来越多。这些外观各异的电子换挡机构（挡杆式、旋钮式、怀挡式、按键式等）为车辆驾驶带来了更多的便利性和安全性，同时也提升了车辆的豪华感和科技感。上汽通用汽车公司的凯迪拉克、别克等部分车型也采用了电子换挡系统（ETRS），与奔驰、宝马、奥迪等豪华车的电子换挡系统工作原理类似，驾驶人可以通过电子换挡杆完成车辆换挡操作，即通过传感器将驾驶人的操作意图转化成电信号，再由换挡执行器驱动变速器的换挡轴进行挡位（驻车挡、倒挡、空挡、前进挡）切换。其核心部件包括电子换挡杆、换挡执行器及控制模块等，而变速器内部的机械和电气构造并没有发生变化。

与传统机械换挡相比，电子换挡系统的优点主要包括以下几点。

（1）电子化控制，省去了复杂的机械结构，布置更灵活，节省了车内空间。

（2）变速器响应速度更快，增强变速器耐久性，为车辆驾驶带来了更多的便利性。

（3）能提供智能自动保护模式，提升操控安全性。

另外，其存在的缺点主要包括以下几点。

（1）电子换挡杆在每次操作后会回到同一个位置，驾驶人无法根据换挡杆位置来辨别当前挡位，只能通过指示灯来判断，易发生换错挡的情况。

（2）电子部件多，控制复杂，影响因素多，故障检修难度大。

（3）当电子换挡系统出现故障时，大部分电子换挡机构无法对当前挡位进行释放，驾驶人不能自行移动车辆，只能等待拖车或救援。

图1 电子换挡系统的工作原理示意

图2 变速器换挡杆及手柄

2 ETRS的智能自动保护模式

为了确保驾乘人员安全及防止变速器损坏，电子换挡系统都会设置一些保护性功能。上汽通用汽车公司的ETRS同样也有很多智能保护模式，具体包括以下3点。

（1）防误换入P挡功能。车辆行驶过程中，若驾驶人误操作P挡按钮（驻车挡按钮），ETRS会指令变速器先自行换入N挡；当车速降低至许可范围时，再换入P挡，以保护变速器。

（2）备用驻车锁功能（默认换入驻车挡）。当车辆着机且处于非P挡时，若打开驾驶人侧车门（未系安全带、松开制动踏板），或非P挡踩下制动踏板停车，将发动机熄火，变速器都会换入P挡（强制将换挡轴移至驻车位置），无需驾驶人手动操作，以保护驾乘人员安全。

（3）自动启用电子驻车制动功能。当车辆处于坡道且换入P挡时，车辆会自动启用电子驻车制动功能，防止因P挡机械负载过大而损坏变速器。

3 ETRS的组成、工作原理及检修

以2017款别克君越车为例，ETRS是由换挡杆手柄（S156）、变速器换挡杆（S3）、底盘控制模块（CCM）、变速器挡位控制模块（TRCM）等部件组成。如图1所示，操作电子换挡杆，换挡请求信息传递到底盘控制模块，然后底盘控制模块将指令发送给变速器挡位控制模块，最后由变速器挡位控制模块驱动变速器换挡轴进入选定的挡位（驻车挡、倒挡、空挡、前进挡、手动挡）。

3.1 换挡杆手柄

如图2所示，换挡杆手柄安装在变速器换挡杆上方，集成有换挡互锁按钮、P挡按钮及换挡杆位置指示灯3部分。

（1）换挡互锁按钮（也称为释放按钮）。此电子换挡杆没有设计锁止电磁阀，虽然能随时移动换挡杆，但如果未按下换挡杆手柄上的换挡互锁按钮，就不能真正从驻车挡移出。换挡互锁按钮内有2个换挡互锁开关，按下换挡互锁按钮，底盘控制模块会处理请求信息，并通过串行数据向变速器挡位控制模块发送一个指令。在操作换挡互锁按钮时，如果未用力按在换挡互锁按钮的中央位置，则按钮内2个触点开关中的1个可能接触不到，系统就会存储故障代码“P17A6 换挡互锁开关1-2不合理”。另外，换挡互锁按钮的检测方法如下。

用故障检测仪读取换挡互锁开关1和换挡互锁开关2的值，当未按下换挡互锁按钮时，换挡互锁开关1、换挡互锁开关2的值为67%～85%；当按下换挡互锁按钮时，换挡互锁开关1、换挡互锁开关2的值为50%～60%。如果换挡互锁开关1、换挡互锁开关2的值不在上述规定范围内，则需要检修按钮内的换挡互锁开关及其线路。

查阅变速器换挡杆控制电路（图3），根据变速器换挡杆端子定义得知变速器换挡杆端子19为换挡互锁开关1信号端子，端子21为换挡互锁开关2信号端子。用万用表电阻挡测量换挡互锁开关1、换挡互锁开关2两端的电阻，未按下换挡互锁按钮时，测得的开关电阻应为3 kΩ～3.5 kΩ；按下换挡互锁按钮时，测得的开关电阻应为1 kΩ～1.5 kΩ。如果测得的开关电阻不在上述规定范围内，则需要更换换挡杆手柄或变速器换挡杆。

（2）P挡（驻车挡）按钮。换挡杆手柄顶部有一个P挡按钮，其内部也包含2个开关，分别为变速器驻车位置开关1和变速器驻车位置开关2。当按下P挡按钮时，2个变速器驻车位置开关就会向底盘控制模块发送驻车信息。与操作换挡互锁按钮一样，如果未用力按在P挡按钮的中央位置，则按钮内2个触点开关中的1个可能接触不到，系统将会存储故障代码“P07BE 变速器驻车位置开关1-2不合理”。另外，P挡按钮的检测方法如下。

用故障检测仪读取变速器驻车位置开关1和变速器驻车位置开关2的值，当未按下换挡杆手柄上的P挡按钮时，变速器驻车位置开关1、变速器驻车位置开关2的值为55%～70%；当按下P挡按钮时，变速器驻车位置开关1、变速器驻车位置开关2的值为35%～45%。如果变速器驻车位置开关1、变速器驻车位置开关2的值不在上述规定范围内，则需要检修按钮内的变速器驻车位置开关及其线路。

结合图3，根据变速器换挡杆端子定义得知变速器换挡杆端子9为变速器驻车位置开关1信号端子，端子11为变速器驻车位置开关2信号端子。用万用表电阻挡测量变速器驻车位置开关1、变速器驻车位置开关2两端的电阻，未按下P挡按钮时，测得的开关电阻应为3 kΩ～3.5 kΩ ；按下P挡按钮时，测得的开关电阻应为1 kΩ～1.5 kΩ。如果测得的开关电阻不在上述规定范围内，则更换换挡杆手柄或变速器换挡杆。

（3）换挡杆位置指示灯。换挡杆手柄端面有5个LED挡位指示灯，即P（驻车挡）、R（倒挡）、N（空挡）、D（前进挡）、M（手动挡）指示灯。当变速器处于某个挡位时，换挡杆手柄内的指示灯模块会通过LIN总线从底盘控制模块接收到挡位信息，并点亮相应的挡位指示灯。

图3 变速器换挡杆控制电路

3.2 变速器换挡杆

变速器换挡杆实际上是一个集成的传感器（有2个二维传感器），用来检测换挡杆的实际位置。每个二维传感器传输一个X坐标和Y坐标信号，用于将驾驶人的换挡动作转换为电信号并发送至底盘控制模块。换挡杆位置传感器的检测方法如下。

用故障检测仪读取换挡杆位置传感器1和换挡杆位置传感器2的值，当换挡杆移动到不同位置时，变速器换挡杆X位置1占空比、变速器换挡杆Y位置1占空比、变速器换挡杆X位置2占空比、变速器换挡杆Y位置2占空比的值均应在5%～95%变化。如果某项值小于5%或大于95%，或不发生改变，则需要对相关的换挡杆位置传感器线路进行检修或更换变速器换挡杆。

结合图3，根据变速器换挡杆端子定义得知变速器换挡杆端子13为换挡杆位置传感器1的供电端子，端子14为换挡杆位置传感器1X坐标信号端子，端子16为换挡杆位置传感器1Y坐标信号端子，端子15为换挡杆位置传感器1的搭铁端子；端子4为换挡杆位置传感器2的供电端子，端子1为换挡杆位置传感器2X坐标信号端子，端子3为换挡杆位置传感器2Y坐标信号端子，端子2为换挡杆位置传感器2的搭铁端子。

3.3 底盘控制模块

底盘控制模块连接在高速GM-LAN和底盘扩展GM-LAN上，作用是接收变速器换挡杆的信息，并将信息与变速器控制模块、发动机控制模块、车身控制模块、电子制动控制模块等共享。底盘控制模块还通过LIN总线与变速器挡位控制模块互相通信，并控制换挡杆手柄上的挡位指示灯。所有变速器换挡杆和变速器挡位控制模块的故障信息都在底盘控制模块中设置。底盘控制模块安装在驾驶室前防火墙中间位置（图4）。

图4 底盘控制模块的安装位置示意

3.4 变速器挡位控制模块

变速器挡位控制模块实际上是个换挡执行器，通过支架和螺栓安装在自动变速器上部。它也连接在高速GM-LAN和底盘扩展GM-LAN上。变速器挡位控制模块会参考相关模块的信息，如车门开关、车速、选挡信息等，再通过内部电动机驱动变速器上的换挡轴，将换挡轴移入ETRS指令的挡位，从而实现变速器在P挡、R挡、N挡、D挡、M挡间的切换。

变速器挡位控制模块是一个总成件，它的内部结构很复杂，除了集成电路之外，还包括以下元件，如电动机、齿轮组、霍尔式位置传感器、输出轴等（图5）。模块内部冗余设计了2个电动机以驱动齿轮组完成换挡动作。霍尔式位置传感器用于反馈输出轴的角度位置信息。在执行器意外断电时，内部复位机构会使变速器回到驻车挡。

图5 变速器挡位控制模块内部构造

3.5 “变速器挡位控制模块挡位电动机位置读入”和“备用驻车锁执行器启用”

在拆装或更换过变速器挡位控制模块后，用故障检测仪进入“变速器挡位控制模块”“配置/重置功能”下面的“变速器挡位控制模块挡位电动机位置读入”和“备用驻车锁执行器启用”程序，并按照故障检测仪上的说明完成操作。目的是让电子换挡系统了解挡位电动机和备用驻车锁执行器在变速器换挡轴上的准确位置。执行变速器挡位控制模块读入程序时必需满足以下条件。

（1）在运行读入程序前必须先排除电子换挡系统相关的当前故障代码。

（2）确保变速器挡位控制模块支座或连杆没有松旷，否则应予以调整紧固。

（3）关闭车内所有用电设备，确保蓄电池电量充足，必要时可跨接辅助电源。

（4）确保变速器油温在10 ℃～40 ℃。

（5）确保变速器挡位控制模块和底盘控制模块软件包是可用的最新版本软件。如果软件不是最新版本，则需执行编程升级程序。