某自動(dòng)擋車型制動(dòng)前竄故障分析與改進(jìn)

李儒龍 張春嬌 沈 波 丁濟(jì)凡 陳衛(wèi)方

（東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心）

1 前言

發(fā)動(dòng)機(jī)與自動(dòng)變速器之間的扭矩匹配是否良好，是影響自動(dòng)擋車型駕駛是否平順以及變速器壽命大小的關(guān)鍵因素之一。

某自主品牌自動(dòng)擋車型自上市后，約有10%的客戶反映在等紅綠燈時(shí)會(huì)出現(xiàn)“制動(dòng)前竄”的現(xiàn)象，甚至?xí)纱艘l(fā)追尾等交通事故。公司質(zhì)量部門針對(duì)該問題更換過發(fā)動(dòng)機(jī)、ECU、自動(dòng)變速器總成、TCU、發(fā)動(dòng)機(jī)線束、機(jī)艙線束等所有可能相關(guān)的零部件，也清洗過節(jié)氣門、進(jìn)氣歧管，但均無法消除故障，因此排除該故障是由零部件質(zhì)量問題造成的可能性。

為徹底解決上述質(zhì)量問題，本文從發(fā)動(dòng)機(jī)與自動(dòng)變速器的扭矩匹配入手，通過CAN網(wǎng)關(guān)、ECU參數(shù)標(biāo)定等技術(shù)手段對(duì)故障根本原因進(jìn)行分析。

2 制動(dòng)前竄故障分析

為了摸清故障現(xiàn)象，使用INCA采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、變速器渦輪轉(zhuǎn)速、換擋信號(hào)和制動(dòng)等信號(hào)，如圖1所示。

由圖1可以看出，在駕駛員進(jìn)行制動(dòng)后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速逐漸降低，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至1300r/min時(shí)變速器出現(xiàn)換擋（由1擋升至2擋），轉(zhuǎn)速迅速被拉低至600 r/min后又迅速?zèng)_高至1200 r/min，而發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)怠速為820 r/min。雖然整個(gè)過程中渦輪轉(zhuǎn)速（即車速）并沒有明顯上升的現(xiàn)象，但發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降到上升的時(shí)間只有不到1s，而且上升的幅度較大，讓駕駛員有突然加速的感覺。以上即為制動(dòng)前竄的故障現(xiàn)象。

2.1 TCU換擋策略分析

由于故障過程中存在換擋（特別是升擋），有可能造成整車將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速拉低，因此先對(duì)自動(dòng)變速器的換擋策略進(jìn)行分析。其換擋曲線如圖2所示，可以看出換擋規(guī)律與其他自動(dòng)擋車型較為類似[1，2]，無異常之處。嘗試適當(dāng)提高1擋切換2擋的車速，最終也沒有解決問題，故換擋規(guī)律并非制動(dòng)前竄故障的根本原因，需要對(duì)ECU控制策略進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.2 ECU與TCU的匹配分析

對(duì)故障過程的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、節(jié)氣門開度等參數(shù)進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然下跌的過程中伴隨有節(jié)氣門開度明顯關(guān)小的現(xiàn)象，與此同時(shí)ECU扭矩干涉標(biāo)志位B_mdein置1，如圖3所示。B_mdein置1標(biāo)志著發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器出現(xiàn)扭矩干涉，即發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前扭矩超出了變速器最大扭矩限值的要求。通過對(duì)ECU控制策略的分析，發(fā)現(xiàn)一旦出現(xiàn)扭矩干涉，ECU將不會(huì)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)怠速PID控制，即不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降采取任何補(bǔ)救措施，因此導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇降低。

通過對(duì)ECU和TCU的控制策略進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致ECU判定扭矩干涉的過程如下:

a. 按照TCU現(xiàn)有的控制策略，ECU將發(fā)動(dòng)機(jī)指示扭矩Ti減去發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩Tf后得到發(fā)動(dòng)機(jī)有效扭矩Te，然后通過CAN總線發(fā)送給TCU；

b.TCU接收到Te后直接賦值給變量Te_max（變速器最大有效扭矩限值）和Te_des(變速器需求有效扭矩)，通過CAN返回給ECU；

c.ECU在收到TCU發(fā)回的Te_max和Te_des之后，在此基礎(chǔ)上加上發(fā)動(dòng)機(jī)阻力矩Tf，得到Ti_max（變速器最大指示扭矩限值）和Ti_des（變速器需求指示扭矩）。

經(jīng)過上述過程后，理論上3個(gè)變量Ti、Ti_max、Ti_des等值，但是由于CAN網(wǎng)絡(luò)定義時(shí)變量Te、Te_max和Te_des的精度為最大扭矩的0.5%，遠(yuǎn)低于ECU內(nèi)部變量Ti的精度，而小于0.5%的部分被清零，從而導(dǎo)致經(jīng)過上述過程后變速器最大指示扭矩限值Ti_max實(shí)際上比發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前指示扭矩Ti小，由此ECU認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩超出了變速器的最大限制扭矩，從而進(jìn)入扭矩干涉模式，不對(duì)轉(zhuǎn)速下跌進(jìn)行補(bǔ)償。

可見，TCU在與ECU進(jìn)行匹配的過程中沒有考慮到CAN信號(hào)精度的影響，這可能是造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然下降的原因。為了證實(shí)該假設(shè)，需要對(duì)相關(guān)控制策略進(jìn)行更改。

由于在沒有足夠證據(jù)的情況下無法得到TCU供應(yīng)商的支持，無法對(duì)TCU軟件進(jìn)行更改，因此采用了一種替代方案，即使用CANoe和CANcase搭建一個(gè)CAN網(wǎng)關(guān)，按照需要使用CAPL語言對(duì)TCU發(fā)送給ECU的數(shù)據(jù)進(jìn)行更改[3]。具體方案為在制動(dòng)、低轉(zhuǎn)速、換擋等3個(gè)條件同時(shí)成立時(shí)分別將Te_max和Te_des增大5%和1.5%。該方案主要針對(duì)制動(dòng)前竄故障出現(xiàn)的工況，對(duì)其他運(yùn)行工況無直接影響。

采用上述方案后，扭矩干涉現(xiàn)象消除。對(duì)整車進(jìn)行測(cè)試并記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖4所示。實(shí)施前轉(zhuǎn)速最低下降到550 r/min，實(shí)施后最低只下降到650 r/min，即發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然下降現(xiàn)象有了一定程度的緩解，可見上述設(shè)想成立，但是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然上升的現(xiàn)象并沒有得到解決。

為了找出造成發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速突然上升的原因，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)在ECU扭矩控制中的液力變矩器阻力補(bǔ)償扭矩Tc可能是造成轉(zhuǎn)速突然上升的主要原因，如圖5所示，其計(jì)算方法為:

式中，nt為渦輪轉(zhuǎn)速；ns為發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速；toil為變速器油溫；f_TurbDec_MAP為隨著渦輪轉(zhuǎn)速變化的阻力扭矩計(jì)算MAP；f_OilCon_MAP為隨著變速器油溫變化的阻力扭矩計(jì)算MAP。

此計(jì)算方法為博世公司的控制系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)f_TurbDec_MAP和f_OilCon_MAP的標(biāo)定來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同變速器的匹配。

由圖5可以看出，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升的過程中，Tc也從0上升到最大（發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的5%）。ECU在進(jìn)行怠速PID的同時(shí)，由于Tc的增大造成發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷快速增加，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速上升。

為了驗(yàn)證上述設(shè)想，通過INCA標(biāo)定設(shè)備將參數(shù)f_TurbDec_MAP全部設(shè)成0，即不對(duì)液力變矩器的阻力進(jìn)行開環(huán)補(bǔ)償。采用該方案后結(jié)果如圖6所示，可見更改Tc后發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升幅度降低，方案有效。但是從圖6也可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有輕微波動(dòng)，并未隨目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，會(huì)給駕駛員一種不舒適的感覺。

2.3 ECU怠速控制分析和改進(jìn)

為了進(jìn)一步提升駕駛舒適性，對(duì)ECU的怠速控制策略進(jìn)行分析，包括節(jié)氣門和點(diǎn)火角的PID控制。通過對(duì)節(jié)氣門和點(diǎn)火角的控制參數(shù)進(jìn)行重新標(biāo)定，使點(diǎn)火角和節(jié)氣門的響應(yīng)更加迅速，最終使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，制動(dòng)前竄故障得到徹底解決。

3 制動(dòng)前竄故障的最終解決方案

由于故障原因經(jīng)過充分的分析和驗(yàn)證被證實(shí)，TCU及ECU供應(yīng)商均同意進(jìn)行配合，即對(duì)TCU進(jìn)行軟件更改，對(duì)ECU進(jìn)行標(biāo)定參數(shù)更改，形成了最終的解決方案:

a.更改ECU標(biāo)定參數(shù):更改變速器扭矩匹配參數(shù)，即將變速器阻力扭矩計(jì)算MAP（f_Turb-Dec_MAP）設(shè)為0；同時(shí)更改節(jié)氣門、點(diǎn)火角PID控制參數(shù)。

b. 更改TCU軟件 （更改CAN信號(hào)輸出）:制動(dòng)、低轉(zhuǎn)速、換擋時(shí)，變速器需求有效扭矩Te_des增加1.5%，變速器最大有效扭矩限值Te_max增加5%。

為了避免采取上述解決方案之后車輛在市場(chǎng)上出現(xiàn)新問題，安排5輛試驗(yàn)車按照正常駕駛習(xí)慣在武漢市區(qū)（低海拔）進(jìn)行為期半年的實(shí)車驗(yàn)證試驗(yàn)，期間沒有出現(xiàn)制動(dòng)前竄故障，同時(shí)也沒有出現(xiàn)其他異常，說明該解決方案在低海拔地區(qū)可行。

另外，由于將液力變矩器補(bǔ)償扭矩Tc設(shè)為0，導(dǎo)致在高原地區(qū)有熄火的風(fēng)險(xiǎn)，因此安排車輛在高原地區(qū)（最高至昆侖山口，海拔4767m）進(jìn)行實(shí)車試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明采用本方案后制動(dòng)前竄現(xiàn)象亦有明顯改善，且未見異常熄火等不良現(xiàn)象，說明上述解決方案在高海拔地區(qū)也可行，且無其他副作用。

4 結(jié)束語

本文所面對(duì)的制動(dòng)前竄故障為發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器的扭矩匹配問題，其與ECU及TCU兩者都相關(guān)，單純改進(jìn)任何一方均不能解決問題。以CAN網(wǎng)關(guān)技術(shù)作為突破口，避免了對(duì)TCU供應(yīng)商的技術(shù)依賴，同時(shí)通過對(duì)ECU相關(guān)參數(shù)的重新標(biāo)定匹配，找出了制動(dòng)前竄故障的主要原因，并制定了最終的解決方案，使故障得到徹底消除。

1 趙仁杰,時(shí)勝杰.賽歐轎車AF13-4型自動(dòng)變速器電控原理與換擋曲線分析.內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸.2003,78（1）:41～43.

2 程道然.景逸汽車自動(dòng)變速器建模及換擋規(guī)律研究.北京汽車,2008,（3）:39～44.

3 王闖,張鳳登.基于CAPL的車載CAN網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與仿真.自動(dòng)化與儀器儀表,2010,（4）:48～51.