電控機(jī)械式自動(dòng)變速器在線故障診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)*

原 鑫，韓 偉

（中國(guó)重汽集團(tuán)大同齒輪有限公司，山西大同 037305）

電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）是在傳統(tǒng)固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，增加電控操縱系統(tǒng)組成的，氣動(dòng)AMT系統(tǒng)以變速器電子控制單元TCU為核心，通過(guò)氣壓式執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制離合器的分離與接合，選、換擋動(dòng)作的操縱。其優(yōu)點(diǎn)是在保持低成本前提下實(shí)現(xiàn)了高效地全自動(dòng)換擋操作。但是，AMT是機(jī)、電、氣綜合控制的精密度較高、技術(shù)含量也較高的系統(tǒng)。針對(duì)復(fù)雜程度越來(lái)越高、電控技術(shù)不斷更新的自動(dòng)變速汽車，AMT能夠?qū)ο到y(tǒng)關(guān)鍵部分實(shí)現(xiàn)故障自診斷和容錯(cuò)控制，對(duì)于提高行車安全性和減少維修人員工作量是非常必要的［1］。

1 電控機(jī)械式自動(dòng)變速器

電控機(jī)械式自動(dòng)變速器（AMT）主要由干式離合器、變速器本體和電控系統(tǒng)組成。電控系統(tǒng)主要包括變速器電控單元（TCU）、轉(zhuǎn)速傳感器、位移傳感器、選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)和氣路元件。換擋過(guò)程中，TCU通過(guò)各種傳感器信號(hào)和CAN信息確定車輛狀態(tài)和駕駛員命令，然后控制策略會(huì)計(jì)算出當(dāng)前狀態(tài)的最佳擋位，最后控制發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器和變速器完成自動(dòng)換擋。

2 診斷模型開(kāi)發(fā)

2.1 轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷

在AMT系統(tǒng)中，在離合器接合完成、變速器擋位為非空擋的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ne、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速n1、輸出軸轉(zhuǎn)速n2和變速器當(dāng)前速比re之間存在著相應(yīng)的冗余關(guān)系。即:

在離合器接合完成、變速器擋位為非空擋的情況下，通過(guò)判斷（1）式和（2）式是否成立可以得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速傳感器是否出現(xiàn)故障［2，3］，故障關(guān)系表如表1所示:

表1 轉(zhuǎn)速傳感器故障關(guān)系表

以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷的實(shí)現(xiàn)為例，圖1為故障診斷的軟件流程圖，故障關(guān)系表通過(guò)STATEFLOW中的真值表實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)首先查詢離合器的請(qǐng)求接合信號(hào)，收到請(qǐng)求接合信號(hào)后，延時(shí)1秒用于保證離合器接合;離合器接合后，通過(guò)真值表的輸出，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷當(dāng)前狀態(tài)是否滿足發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的故障條件，如果連續(xù)3次以上滿足，確認(rèn)故障，并進(jìn)行故障類型判定;判定完成后，系統(tǒng)還會(huì)不停地判斷故障條件是否仍然滿足，如果連續(xù)3次以上不滿足，系統(tǒng)會(huì)清除故障標(biāo)志位，同時(shí)停止向CAN總線發(fā)送當(dāng)前故障碼。離合器位移傳感器故障診斷模型如圖2所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷流程圖

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷模型

2.2 離合器機(jī)構(gòu)故障診斷

離合器機(jī)構(gòu)故障診斷包括離合器位移傳感器故障診斷和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷。與轉(zhuǎn)速傳感器類似，離合器機(jī)構(gòu)的故障診斷也可以通過(guò)相應(yīng)信號(hào)冗余關(guān)系進(jìn)行判定。在離合器結(jié)合完成、變速器擋位為非空擋的情況下，離合器機(jī)構(gòu)故障診斷的故障關(guān)系表如表2所示:

表2 離合器機(jī)構(gòu)故障關(guān)系表

CLUTCH_POS:離合器位置傳感器反饋的位移量;

CLUTCH_GOAL:離合器接合后的目標(biāo)位移量。

以離合器位移傳感器故障診斷的實(shí)現(xiàn)為例，圖3為故障診斷的軟件流程圖。系統(tǒng)首先查詢離合器的請(qǐng)求接合信號(hào)，收到請(qǐng)求接合信號(hào)后，延時(shí)1秒用于保證離合器接合;離合器接合后，通過(guò)真值表的輸出，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷當(dāng)前狀態(tài)是否滿足離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的故障條件，如果連續(xù)3次以上滿足，系統(tǒng)會(huì)確認(rèn)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，同時(shí)不停地向CAN總線發(fā)送當(dāng)前故障碼;確定故障后，系統(tǒng)還會(huì)不停地判斷離合器位移傳感器的故障條件是否仍然滿足，如果連續(xù)3次以上不滿足，系統(tǒng)會(huì)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器故障標(biāo)志位置0，同時(shí)停止向CAN總線發(fā)送當(dāng)前故障碼。離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷模型如圖4所示。以離合器位移傳感器故障診斷的實(shí)現(xiàn)為例，圖3和圖4分別為離合器位移傳感器故障診斷的軟件流程圖和故障診斷模型。

2.3 選換擋機(jī)構(gòu)故障診斷

選換擋機(jī)構(gòu)故障診斷包括選換擋位移傳感器故障診斷和選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障診斷。選換擋位機(jī)構(gòu)故障診斷的故障關(guān)系表如表3所示:SHIFT_POS:選換擋位置傳感器反饋的位移量;SHIFT_GOAL:換擋結(jié)束后的目標(biāo)位移量。

表3 選換擋機(jī)構(gòu)故障關(guān)系表

圖3 離合器位移傳感器故障診斷流程圖

圖4 離合器位移傳感器故障診斷模型

2.4 傳感器故障分類

傳感器的故障主要包括由傳感器損壞和斷路引起的輸出無(wú)信號(hào)，由對(duì)地短路和對(duì)電源短路引起的信號(hào)輸出嚴(yán)重超差，由于安裝松動(dòng)、接觸不良的信號(hào)間斷和超差等故障。在確定傳感器確實(shí)存在故障之后，系統(tǒng)需要對(duì)相應(yīng)故障類型進(jìn)行判斷，并向CAN總線發(fā)送相應(yīng)故障碼以通知駕駛員和維修人員。通過(guò)位移傳感器信號(hào)與TCU中設(shè)定傳感器信號(hào)最小值、最大值和變化率進(jìn)行對(duì)比，從而確定傳感器的具體故障類型。

2.5 TCU及CAN通信故障診斷

TCU故障主要包括硬件故障和軟件故障。其中，硬件故障主要體現(xiàn)在TCU相應(yīng)端口無(wú)法正常讀寫(xiě)，CAN總線端口無(wú)法正常收發(fā)數(shù)據(jù)，EEPROM和FLASH的數(shù)據(jù)無(wú)法正常讀寫(xiě);軟件故障主要是由于TCU受到嚴(yán)重干擾而導(dǎo)致的程序跑飛現(xiàn)象。CAN通信故障是由于車輛CAN總線故障而引起的TCU無(wú)法通過(guò)CAN總線端口讀回CAN數(shù)據(jù)幀。針對(duì)以上故障，系統(tǒng)通過(guò)上電自檢和定時(shí)診斷程序?qū)崿F(xiàn)［3，4］。

圖5 傳感器故障分類判定流程圖

圖6 傳感器故障分類判定模型

2.5.1 上電自檢

車輛啟動(dòng)上電后，TCU首先運(yùn)行上電自檢程序，先從每個(gè)輸入端口和CAN總線端口讀回相應(yīng)的傳感器初始狀態(tài)信息，存入EEPROM或FLASH的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，然后再?gòu)腅EPROM或FLASH中讀出數(shù)據(jù)信息從而實(shí)現(xiàn)TCU和CAN通信的硬件故障診斷。

2.5.2 定時(shí)診斷

AMT運(yùn)行過(guò)程中，由于干擾而導(dǎo)致的程序跑飛故障會(huì)隨時(shí)出現(xiàn)，另外，由于TCU會(huì)通過(guò)CAN總線不停地從發(fā)動(dòng)機(jī)ECU讀回發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)和油門(mén)踏板信號(hào)，因此，CAN總線故障和程序跑飛故障可以采用單片機(jī)內(nèi)部的看門(mén)狗電路定時(shí)跟蹤程序運(yùn)行.若程序正常運(yùn)行，則在一定的時(shí)間內(nèi)不斷重置定時(shí)器，使定時(shí)器不溢出，一旦CAN通信故障或程序跑飛，則定時(shí)器溢出。當(dāng)程序跑飛時(shí)，AMT會(huì)自動(dòng)使系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位后微機(jī)根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的信息自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的運(yùn)行，使系統(tǒng)恢復(fù)正常;當(dāng)CAN總線故障時(shí)，AMT會(huì)進(jìn)入跛行回家模式，并采用相應(yīng)的信號(hào)冗余手段替代該傳感器信號(hào)［4］。

3 應(yīng)用與測(cè)試

本文所研究的機(jī)械式自動(dòng)變速器在線故障診斷系統(tǒng)已應(yīng)用于中國(guó)重汽大同齒輪有限公司所開(kāi)發(fā)的12擋DC12J180TA自動(dòng)變速器上。針對(duì)氣動(dòng)AMT故障診斷系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上分別對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、變速器輸入與輸出轉(zhuǎn)速傳感器的松動(dòng)和斷路故障，對(duì)離合器位移傳感器、選換擋位移傳感器的接觸不良及零點(diǎn)變位故障，對(duì)離合器控制和變速器控制電磁閥斷路和堵塞及漏氣故障，對(duì)TCU硬件和CAN通信等主要故障進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，對(duì)以上所有故障現(xiàn)象，系統(tǒng)都給出了故障報(bào)警，并根據(jù)具體故障類型顯示相應(yīng)的故障碼。實(shí)驗(yàn)證明，在不增加硬件的條件下，本系統(tǒng)可以對(duì)AMT系統(tǒng)大部分部件實(shí)現(xiàn)故障的在線自診斷。

［1］王凱明.現(xiàn)代汽車故障綜合診斷技術(shù)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2002.

［2］邢家喜.AMT電控系統(tǒng)故障檢測(cè)與診斷［D］.吉林大學(xué)，2001.

［3］蔣維.重型汽車AMT隨車故障診斷與故障處理的研究［D］.重慶大學(xué)，2009.

［4］陸華忠.汽車電腦控制系統(tǒng)自我診斷［M］.遼寧:遼寧科技出版社，1997.