DCT軟件中位置傳感器故障限值的制定

王宇征，張友皇，黃強(qiáng)，王維

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DCT軟件中位置傳感器故障限值的制定

王宇征，張友皇，黃強(qiáng)，王維

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章主要講述了如何制定濕式雙離合自動(dòng)變速器中的位置傳感器的故障限值。首先通過理論分析得到對位置傳感器輸出的影響因素，然后通過理論計(jì)算得到正常輸出的限值，將此限值作為故障判定的初步限值，并根據(jù)后續(xù)工廠的下線統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)際測試結(jié)果對其進(jìn)行優(yōu)化，最終得到合適的故障判定限值。

濕式雙離合自動(dòng)變速器；位置傳感器；限值；故障診斷

引言

位置傳感器是濕式雙離合自動(dòng)變速器（DCT）中關(guān)鍵零部件之一。位置傳感器通過檢測撥叉磁鐵位置，向變速箱控制單元（TCU）輸入撥叉的位置信息，為TCU的下一步動(dòng)作提供依據(jù)。如果位置傳感器或者撥叉出現(xiàn)故障，TCU應(yīng)能識(shí)別出位置傳感器的錯(cuò)誤信息并采取措施。若變速箱未能及時(shí)識(shí)別出位置傳感器或撥叉的故障，將有可能導(dǎo)致檔位的錯(cuò)誤結(jié)合、意外脫檔、甚至齒軸損壞等嚴(yán)重后果。因此，需要在TCU控制軟件中，制定位置傳感器的故障限值，當(dāng)超出限值時(shí)，TCU判定位置傳感器或撥叉等零部件中出現(xiàn)故障，報(bào)出故障并采取故障措施，確保車輛的正常行駛。

1 限值制定的分析

無論是位置傳感器發(fā)生故障，還是撥叉發(fā)生故障，最終反饋給TCU的只有位置傳感器的輸出的異常。因此，需要明確位置傳感器正常的范圍，其邊界即是判定是否發(fā)生故障的限值。

對于位置傳感器來說，整個(gè)撥叉位置采集系統(tǒng)中的誤差均會(huì)對其輸出產(chǎn)生影響，不考慮實(shí)際操作的裝配誤差，主要分為以下兩類：

1.1 機(jī)械誤差

1.2 采集系統(tǒng)誤差

其中，機(jī)械誤差包括：

（1）撥叉的行程誤差；

（2）傳感器與磁鐵的尺寸鏈誤差；

采集系統(tǒng)誤差包括：

（1）供電誤差；

（2）磁鐵誤差；

（3）傳感器誤差；

（4）TCU采樣誤差。

其中，撥叉整個(gè)行程中只有在兩個(gè)在檔位置和中間位置是固定的，此時(shí)位置傳感器輸出固定；其余位置均運(yùn)動(dòng)通過，無法估計(jì)行程誤差，因此，撥叉的行程誤差只能針對這三個(gè)位置進(jìn)行分析計(jì)算。

其余誤差我們可以通過設(shè)計(jì)時(shí)的尺寸鏈計(jì)算與傳感器和磁鐵的spec定義來計(jì)算出確定的結(jié)果，此結(jié)果即為位置傳感器的輸出限值。

2 限值制定的過程

以某款濕式DCT的1/3檔為例，根據(jù)以上的分析，計(jì)算位置傳感器的輸出限值。

2.1 機(jī)械誤差

（1）撥叉的行程誤差

對于1/3檔來說，撥叉確定的位置為1檔在檔位置、中間位置、3檔在檔位置。由于撥叉與各組件存在設(shè)計(jì)公差，因此對于每個(gè)位置來說，撥叉的行程均存在一定的誤差，具體誤差大小如下：

表1 1/3檔行程誤差

（2）傳感器與磁鐵的尺寸鏈誤差

由于位置傳感器與磁鐵本身尺寸有設(shè)計(jì)公差，裝配時(shí)基準(zhǔn)也會(huì)變換，因此最終裝配好的撥叉與磁鐵之間存在尺寸鏈誤差，如下圖所示：

a0：撥叉磁鐵中心與位置傳感器中心距離 a1：傳感器中心距離到基準(zhǔn)面距離 a2：磁鐵中心到撥叉定位面距離 a3：撥叉定位面到基準(zhǔn)面距離

帶入實(shí)際的尺寸數(shù)據(jù)：

a0上公差=a2上公差+a3上公差-a1下公差=0.3+0.25-（-0.22）=0.77mm

a0下公差=a2下公差+a3下公差-a1上公差=-0.3-0.17- 0.14=-0.63mm

即位置傳感器與磁鐵的尺寸鏈上誤差為+0.77mm，下誤差為-0.63mm

對于這兩部分機(jī)械誤差來說，在最極限的情況下，兩部分上下誤差是完全疊加的。因此，計(jì)算出總的機(jī)械誤差為：

表2 1/3檔總機(jī)械誤差

2.2 采集系統(tǒng)誤差

位置傳感器為5V供電輸入，10%～90%百分比輸出，對應(yīng)量程-15mm～15mm，即磁鐵位置在-15mm處時(shí)，位置傳感器輸出0.5V（10%）；磁鐵位置在15mm處時(shí)，位置傳感器輸出4.5V（90%），當(dāng)位置超過±15mm時(shí)，傳感器輸出不會(huì)超出10%和90%。

（1）供電誤差

位置傳感器為供電電壓的百分比輸出，傳感器的供電電壓的變化會(huì)引起位置傳感器輸出的變化。此款DCT使用的TCU提供給傳感器的供電電壓為5±0.1V，即位置傳感器的VCC=5±0.1V。

（2）磁鐵誤差

磁鐵供應(yīng)商以標(biāo)準(zhǔn)位置傳感器檢測磁鐵時(shí)的輸出誤差作為評價(jià)磁鐵的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)磁鐵的spec定義，下線時(shí)磁鐵的合格標(biāo)準(zhǔn)為±1%VCC。

（3）傳感器誤差

傳感器供應(yīng)商以檢測標(biāo)準(zhǔn)磁鐵的輸出誤差作為評價(jià)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)位置傳感器的spec定義，下線時(shí)傳感器的合格標(biāo)準(zhǔn)為±1%VCC。

（4）TCU采樣誤差

TCU采集位置傳感器輸出電壓時(shí)會(huì)存在一定的采樣誤差，該誤差是無法避免的。此款DCT使用的TCU采樣誤差為0.005V。

綜合以上的信息，系統(tǒng)的采集誤差為：

上誤差=（5+0.1）*（1%+1%）+0.005+0.1*輸出百分比=（0.107+0.1*輸出百分比）V；

下誤差=-（5+0.1）*（1%+1%）-0.005-0.1*輸出百分比=-（0.107+0.1*輸出百分比）V。

對應(yīng)的行程為：

上誤差=（0.107+0.1*輸出百分比）/4*30=7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）mm；

下誤差=-（0.107+0.1*輸出百分比）/4*30=-7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）mm。

2.3 傳感器輸出限值

（1）1檔在檔位置：

行程上限值=-12.33+7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=-11.3991mm

行程下限值=-14.93-7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=-15.8089mm

對應(yīng)位置傳感器輸出電壓值：

電壓上限值=0.98V

電壓下限值=0.49V（行程超出-15mm，輸出百分比固定為10%，供電電壓最小4.9V）

（2）中間位置：

行程上限值=2.07+7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=3.2889mm

行程下限值=-1.88-7.5*（0.107-0.1*輸出百分比）=-3.0199mm

對應(yīng)位置傳感器輸出電壓值：

電壓上限值=2.94V

電壓下限值=2.10V

（3）3檔在檔位置

行程上限值=15.1+7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=16.5795mm

行程下限值=12.42-7.5*（0.107-0.1*輸出百分比）=10.9941mm

對應(yīng)位置傳感器輸出電壓值：

電壓上限值=4.59V（行程超出15mm，輸出百分比固定為90%，供電電壓最大5.1V）

電壓下限值=3.97V

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，得到理論上，撥叉行程和位置傳感器的輸出范圍為：

表3 1/3檔位置傳感器輸出范圍

所以，對于該DCT的1/3檔位置傳感器輸出電壓，在1檔位置時(shí)，故障限值為0.49V和0.98V；中間位置時(shí)，故障限值為2.10V和2.94V；3檔位置時(shí)，故障限值為3.97V和4.59V。如果位置傳感器輸出超出所在位置的限值，則認(rèn)為“撥叉——磁鐵——傳感器——TCU”整個(gè)過程中，必定存在故障現(xiàn)象，需要TCU報(bào)出故障并采取措施。

3 限值的實(shí)際應(yīng)用

通過計(jì)算得到的理論上位置傳感器的輸出限值，可以有以下應(yīng)用：

（1）將其作為故障診斷限值，當(dāng)有零部件出現(xiàn)故障時(shí)，TCU可以及時(shí)報(bào)出故障，并采取后續(xù)的故障措施。

（2）將計(jì)算的故障限值作為工廠下線的初期檢測標(biāo)準(zhǔn)，確保變速箱下線質(zhì)量合格。

（3）待變速箱零部件生產(chǎn)和組裝穩(wěn)定后，在下線檢測環(huán)節(jié)統(tǒng)計(jì)位置傳感器在在檔位置和中間位置的實(shí)際輸出數(shù)據(jù)，得到6σ分布圖，根據(jù)6σ分布圖，可以進(jìn)一步收緊限值范圍，提高產(chǎn)品下線質(zhì)量。

（4）將更新后的故障診斷限值進(jìn)行整車試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)其效果，如會(huì)漏報(bào)故障，則重新擴(kuò)大限值范圍，最終可優(yōu)化到合適的故障診斷限值。

4 總結(jié)

本文通過分析和計(jì)算得到了理論上DCT中位置傳感器的輸出限值，并將其作為軟件故障診斷的限值和工廠的下線檢測限值，當(dāng)位置傳感器輸出超過限值時(shí)，則可以確認(rèn)變速箱中出現(xiàn)故障。同時(shí)講述了后續(xù)對故障診斷限值的優(yōu)化手段，對軟件設(shè)置故障診斷條件提供了理論基礎(chǔ)。

[1] 熊詩波,黃長藝.機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.

Development of position sensor fault limits in DCT software

Wang Yuzheng, Zhang Youhuang, Huang Qiang, Wang Wei

( Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This article narrates the way to making a fault diagnosis limiting value of the position sensor of the Wet Dual Clutch Transmission. First obtain the reasons of influencing the output of the position sensor in theory. Then calculate the limiting value when the position sensor works normally, and regard the value as the preliminary fault diagnosis limiting value. Finally, optimize the limiting value by the statistical data of factories and test results, and get the best value.

Wet Dual Clutch Transmission; position sensor; Limiting value; Fault diagnosis

U463.212

B

1671-7988(2018)24-111-03

U463.212

B

1671-7988(2018)24-111-03

王宇征，男,（1995.2-），2016年畢業(yè)于大連理工大學(xué)，學(xué)士。現(xiàn)就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，擔(dān)任助理工程師，主要從事DCT變速器傳感器開發(fā)。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.040