一種重型汽車自動變速器取力器的控制方法

趙玉超，郭 鵬，劉子輝，張文斌，吳立香

（中國重汽集團技術發(fā)展中心，山東 濟南 250103）

一種重型汽車自動變速器取力器的控制方法

趙玉超，郭 鵬，劉子輝，張文斌，吳立香

（中國重汽集團技術發(fā)展中心，山東 濟南 250103）

提出一種重型汽車AMT自動變速器的取力器的控制方法，詳細闡述其控制過程中的字節(jié)定義，翹板開關、車身控制單元、變速器控制單元等控制過程。

中國重汽；自動變速器；取力器

現(xiàn)有市場上很多重型車輛都裝配了帶有取力器裝置的變速器。發(fā)動機輸出的動力，可以通過取力器裝置輸送給上裝系統(tǒng)，來滿足其動力要求。傳統(tǒng)的手動變速器車型，駕駛員通過踩下離合器踏板使副軸轉速降低，再操作取力器開關來掛入取力器。但是電控機械式自動變速器車輛 （AMT車輛）沒有離合器踏板，因此不能用傳統(tǒng)的操作方法使離合器分離，如果離合器一直處于結合狀態(tài)，強行掛入取力器的話會造成齒輪磨損，需要先把離合器分開，待變速器輸入軸轉速降低后，才能掛入取力器。摘下取力器時同樣也需要先分離離合器。但是自動擋車輛沒有裝配離合器踏板，如何斷開傳動鏈來掛入取力器就成為了一個難題。

本文介紹一種遠程控制離合器的方法，來實現(xiàn)傳動鏈的斷開和結合，然后就可以順利掛入和退出取力器裝置了。

1 車輛電氣系統(tǒng)架構

整車電氣系統(tǒng)包括車身控制單元 （BCU）、發(fā)動機控制單元 （ECU）、變速器控制單元 （TCU）等幾個部分。車身控制單元負責車身信號處理和儀表顯示功能，同時兼顧取力器 （PTO）控制功能。

發(fā)動機控制單元負責發(fā)動機燃油噴射管理外，還具有遠程油門控制模式。在這種模式下，駕駛員可以遠程操作PTO旋鈕開關，來調節(jié)發(fā)動機轉速，省去反復進出駕駛室來調整發(fā)動機轉速。

變速器控制單元負責變速器擋位切換和離合器控制功能，根據(jù)發(fā)動機轉速、車速、載重等情況，合理地選擇進行擋位切換，來保證車輛加速性和燃油經(jīng)濟性。同時變速器控制單元還能響應遠程 （變速器控制1）TC1報文，根據(jù)遠程請求命令來控制離合器分離結合和擋位切換。

作為開啟取力器功能的取力器翹板開關，同時連接到車身控制單元和發(fā)動機控制單元。當開關按下時，取力器輸入信號同時送給車身控制單元和發(fā)動機控制單元。兩個控制單元接收到輸入信號后，會進入相應的控制流程。

2 控制流程

取力器控制流程如圖1所示。

車身控制單元一直讀取取力器翹板開關的狀態(tài)，同時監(jiān)控車速信號、擋位信號和發(fā)動機轉速信號。當翹板開關按下時，車身控制單元判斷此時車輛是否處于靜止狀態(tài)條件，同時判斷發(fā)動機是否處于運轉狀態(tài)和變速器擋位是否在空擋，如果有一個條件不滿足，將在儀表面板顯示取力器操作無效。

當車身控制單元判斷車速、發(fā)動機轉速和當前擋位信號3個條件都滿足時，車身BCU將發(fā)送CAN報文來遠程控制離合器分離，降低輸入軸轉速，從而減小同步轉速差避免掛入打齒和噪聲。

圖1 取力器控制流程圖

車身控制單元發(fā)送的遠程CAN信息，是SAE J1939協(xié)議中的Transmission Control 1（變速器控制單元）的報文，具體見表1。

表1 變速器控制單元報文

2.1 遠程控制第2字節(jié)定義

在遠程控制離合器中，用到了第2字節(jié)Requested Percent Clutch Slip（請求離合器滑移率百分比），意思是請求離合器分離。在SAE J1939中是這樣定義該字節(jié)的：Parameter which represents the percent clutch slip requested by a device.（該參數(shù)可以通過其他設備來遠程請求離合器滑移率百分比）；Data Length（數(shù)據(jù)長度）：1 byte（1字節(jié)）；Resolution（分辨率）：0.4%／bit（位），0 offset（補償）；Data Range（數(shù)據(jù)范圍）：0 to 100%；Operational Range（運行范圍）：same as data range（與數(shù)據(jù)范圍一致）；PGN （參數(shù)組標號）：256。

當車身控制單元請求離合器滑移率100%的時候，變速器控制單元就會打開離合器，來斷開傳動鏈；當請求離合器滑移率0%的時候，變速器控制單元就會結合離合器，來閉合傳動鏈。

2.2 遠程控制第3字節(jié)定義

第3字節(jié)Transmission Requested Gear（請求變速器擋位），在SAEJ1939標準中是這樣定義該字節(jié)的：Gearrequested by the operator， ABS， orengine（ABS或者發(fā)動機控制單元可能會請求擋位控制）；Negative values are reverse gears，positive values are forward gears，zero is neutral，and parameter specific indicators are listed below （請求負值表示掛倒擋，正值表示掛前進擋，零表示掛空擋，還有一些其他特殊定義如下）：0xFD（253 dec）=Hold current gear（保持當前擋位）；0xFC（252 dec）=Forward Drive Position（前進擋方向）；0xFB （251 dec）=‘Park’position（駐車制動）； 0xFA （250 dec） =Forward‘Low’ position（前進擋低擋區(qū)）；0xF9（249 dec）= Upshift 1 gear from current position（升1擋）；0xF8（248 dec）=Upshift 2 gears from current position（升2擋 ）； 0xF7（247 dec） =Downshift1 gearfrom currentposition （降 1擋 ）； 0xF6（246 dec） = Downshift 2 gears from current position（降2擋）。

在取力器控制環(huán)節(jié)中用到了該字節(jié)的0xFD保持當前擋位的信號，當這個信號激活時會限制變速器擋位，來保證可以安全地控制離合器結合和分離。

2.3 遠程控制第6字節(jié)定義

第6字節(jié)Transmission Mode 1（變速器模式1），該字節(jié)在SAE J1939標準中是如下定義的：Indicates whether transmission mode 1 is enabled.Modes are manufacturer specific and are not necessarily mutually exclusive（該字節(jié)表示變速器1模式是否處于激活狀態(tài)，大都是主機廠自定義來應用該字節(jié)的）；00 Disable（關閉）；01 Enable（激活）；10 Reserved（預留）；11 Take no action （無動作）；Data Length（數(shù)據(jù)長度）： 2 bits（位）； Resolution（分辨率）： 4 states／2 bit，0 offset；Data Range（數(shù)據(jù)范圍）：0 to 3；PGN 256（參數(shù)組編號）。

該字節(jié)是PTO控制的總開關，當值為1時，表示開啟PTO控制模式，變速器控制單元會響應擋位請求和離合器控制請求；當此值為0時，表示關閉PTO控制模式，變速器控制單元不再響應擋位請求和離合器控制請求。

3 控制過程

3.1 翹板開關控制

當取力器翹板開關按下，發(fā)動機控制單元和車身控制單元會判斷以下3個條件是否滿足：①發(fā)動機處于運轉狀態(tài)；②車輛靜止；③變速器處于空擋。當3個條件都滿足時，發(fā)動機控制單元會進入遠程油門控制模式，在這種模式下，遠程PTO旋鈕接管了油門踏板，可以通過室外PTO旋鈕來調整發(fā)動機轉速。當車身控制單元檢測到上述3個條件滿足時，就會發(fā)送控制離合器分離的命令，具體CAN報文內容如下。

TC1（變速器控制1）報文：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear=FD，保持當前擋位；Requested Percent Clutch Slip=FA，請求離合器分離。

3.2 車身控制單元控制

當變速器控制單元接收到上述命令后，將不再響應手柄的換擋請求，變速器擋位將保持空擋，不能切換到其他擋位，離合器會從結合位置慢慢分離。 車身控制單元會一直讀取離合器的狀態(tài)，離合器的狀態(tài)可以通過變速器控制發(fā)送的ETC1報文來獲得，此CAN報文的第4字節(jié)percentcluthslip（離合器滑移率）代表離合器的位置狀態(tài)。此值是通過計算得出的，具體計算方法是：發(fā)動機轉速與變速器輸入軸轉速的差值，再除以發(fā)動機轉速。當此值為0%時，表示輸入軸轉速和發(fā)動機轉速完全同步，沒有轉速差，也就意味著離合器此時處于完全結合的狀態(tài)；當此值為100%時，意味著輸入軸已停止運轉，離合器處于完全分離的狀態(tài)。車身控制單元監(jiān)控離合器滑移率，如果在限定時間內沒有達到指定的滑移率，也就意味著輸入軸轉速太高，滑套的同步轉速差太大，在這種情況下強行掛入取力器話，就會造成很大的嚙合打齒聲，嚴重時還會對機械齒輪造成損傷。為了保障取力器的使用壽命，車身控制單元 （BCU）會選擇終止對離合器的控制，具體控制的CAN報文如下。

TC1（變速器控制1）：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear= FF，取消擋位請求；Requested Percent Clutch Slip= FF，取消離合器限制。

3.3 變速器控制單元控制

當變速器控制單元接收到上述命令后，就會取消接收遠程控制，離合器會從分離位置慢慢恢復到結合狀態(tài)，同時換擋手柄可以進行擋位切換控制。在發(fā)送上述控制命令的同時，儀表屏幕上將顯示取力器嚙合無效的提示信息。

如果在限定時間內離合器可以達到請求的滑移率，車身控制單元就會驅動取力器電磁閥動作，來促動取力器機構動作。同時解除換擋限制和離合器控制，并請求變速器只能在低擋區(qū)換擋，具體的控制信號如下。

TC1（變速器控制1）：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear= FA， 低擋區(qū)換擋限制；Requested Percent Clutch Slip=FF，取消離合器限制。

當變速器控制器收到以上報文時，就會限定只能在低擋區(qū)換擋，同時收回離合器控制權。操作換擋手柄后變速器控制器只允許掛入低擋區(qū)的擋位，從而達到保護取力器機構的目的。車身控制單元驅動電磁閥后，會一直監(jiān)控取力器到位信號開關，如果在設定時間內取力器嚙合到位，車身控制單元將停止驅動取力器電磁閥，并在儀表屏幕上顯示取力器正在工作的提示信息；如果取力器沒有在設定時間內收到到位信號，車身控制單元將停止驅動取力器電磁閥，同時儀表屏幕上顯示取力器嚙合失敗的提示信息。

當車身控制單元檢測到翹板開關斷開后，將發(fā)送停止控制離合器的CAN報文，具體如下。

TC1（變速器控制1）：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=00；Transmission Requested Gear= FF，取消換擋限制請求；Requested Percent Clutch Slip=FF，取消離合器控制。

當變速器控制器接收到上述報文后，將收回離合器控制器權并解除擋位限制，恢復到正常行駛模式。同時發(fā)動機控制單元監(jiān)控到PTO翹板開關斷開后，將退出遠程油門模式，遠程PTO旋鈕將不再起作用，只能通過油門踏板來調整發(fā)動機轉速。完成這輪PTO控制巡航后，車身控制器和發(fā)動機控制器將持續(xù)監(jiān)控取力器翹板開關的狀態(tài)，等待下一輪的操作請求。

4 總結

通過上述的控制方法，解決了在自動擋車輛沒有離合器踏板的情況下，無法掛入取力器的難題。這種控制方法的好處在于不增加原有車輛成本，也不改變原有車輛結構，通過遠程CAN通信來控制離合器來掛入取力器，而且在控制環(huán)節(jié)中加入了車輛安全條件判定，安全、穩(wěn)定、可靠，具有實際推廣意義。

（編輯 心 翔）

PTO Control Method of an Automatic Gearbox

ZHAO Yu-chao，GUO Peng，LIU Zi-hui，ZHANG Wen-bin；WU Li-xiang
（Research and Development center，China National Heavy Duty Truck Group Co.，Ltd.，Jinan 250103 China）

The author puts forward a PTO control method on an automatic gearbox，and demonstrates its control processes like byte definition，rocker switch，vehicle control unit and gear control unit.

CNHTC；automatic gearbox；PTO

U463.212.34

A

1003－8639（2016）10－0022－03

2016-03-25；

2016-03-31

趙玉超 （1982-），男，工程師，主要從事手自一體電控系統(tǒng)的研發(fā)工作；郭鵬 （1983-），男，工程師，主要從事車輛控制器的研發(fā)工作；劉子輝 （1982-），男，工程師，主要從事車輛控制器的研發(fā)工作；張文斌 （1970-），男，高級工程師，主要從事整車電控系統(tǒng)開發(fā)工作；吳立香 （1979-），女，工程師，主要從事手自一體電控系統(tǒng)的研發(fā)工作。