濕式雙離合變速器臺(tái)架試驗(yàn)自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)開發(fā)

蔣 巍，張 偉，柯 意，高佰慶

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

0 引言

濕式雙離合變速器臺(tái)架試驗(yàn)作為變速器開發(fā)流程中重要環(huán)節(jié)，需在產(chǎn)品開發(fā)初期電控邏輯及產(chǎn)品工藝未成熟定型情況下開展樣機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)及標(biāo)定工作，試驗(yàn)變速器采用大量快速成型件，樣機(jī)成本高昂、數(shù)量有限但驗(yàn)證測(cè)試項(xiàng)目密集，各標(biāo)定及采集參數(shù)的異?？蓪?dǎo)致研發(fā)初期嚴(yán)重的變速器損壞，延緩項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度?；跇?biāo)定界面采取人工監(jiān)控和修改標(biāo)定量的臺(tái)架試驗(yàn)方式，難以保證測(cè)試全天持續(xù)運(yùn)行，試驗(yàn)條件控制的一致性難以保證，浪費(fèi)可貴的項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間[1]。汽車控制器標(biāo)定開發(fā)環(huán)境INCA在汽車控制開發(fā)過程中占有重要席位，本文開發(fā)一套基于被控變速器結(jié)構(gòu)集成INCA ASAP3接口的變速器臺(tái)架試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)，具有安全、可靠、可顯著提高研發(fā)測(cè)試效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。

1 通訊原理

標(biāo)定軟件INCA和變速器試驗(yàn)臺(tái)架之間可通過ASAP3標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)傳輸數(shù)據(jù)和命令，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定、測(cè)量和診斷自動(dòng)化控制，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[2]。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

ASAP3報(bào)文有基本報(bào)文和通訊控制報(bào)文，基本報(bào)文分為試驗(yàn)臺(tái)架發(fā)送給測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)和測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)反饋給試驗(yàn)臺(tái)架兩類報(bào)文[3]。通訊控制報(bào)文分為試驗(yàn)臺(tái)架到測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)請(qǐng)求幀、測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)到試驗(yàn)臺(tái)架的確認(rèn)幀和請(qǐng)求幀。表1所示為報(bào)文基本結(jié)構(gòu)，報(bào)文結(jié)構(gòu)由長(zhǎng)度域、命令域、狀態(tài)域、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)域組成；表中n、m代表字符串個(gè)數(shù)，$AAAA表示發(fā)送成功，$EEEE標(biāo)識(shí)為請(qǐng)求重發(fā)。

表1 報(bào)文基本結(jié)構(gòu)

在具體報(bào)文代碼編程實(shí)施過程中應(yīng)按照以下規(guī)則進(jìn)行：

（1）報(bào)文編輯按照ASCII碼表，數(shù)字轉(zhuǎn)成字節(jié)后，順序是從高到低，高位無(wú)數(shù)據(jù)位用空格補(bǔ)齊；

（2）數(shù)據(jù)中有多組字符串時(shí)，報(bào)文格式上需按照字“符串實(shí)際長(zhǎng)度+字符串內(nèi)容”發(fā)送，字符串實(shí)際長(zhǎng)度是奇數(shù)，則后面補(bǔ)一個(gè)空格；

（3）校驗(yàn)是把除校驗(yàn)位之外之前的所有要發(fā)送的內(nèi)容每2個(gè)字節(jié)求和出一個(gè)整數(shù)（高位在前，低位在后），再把所有整數(shù)相加去除溢出高位得到。

服務(wù)器端配置流程：在INCA中打開“ASAM MCD-3MC Server”，選擇通訊網(wǎng)卡，配置與變速器臺(tái)架上位機(jī)連接的IP地址及端口。在臺(tái)架端發(fā)送十六進(jìn)制初始化INIT指令“0002 0008 0000”，如果應(yīng)答指令為“$AAAA”，則表示通訊網(wǎng)絡(luò)連接成功。

調(diào)用RS232串口發(fā)送函數(shù)端口在虛擬串口上運(yùn)行，初始化簡(jiǎn)化C語(yǔ)言示例代碼如下：

senddata[0]=0x00;

隨著微創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，不斷追求更小的創(chuàng)傷、更好更快的康復(fù)及更滿意的美容效果是外科醫(yī)生與患者共同的目標(biāo)。經(jīng)臍單孔腹腔鏡技術(shù)比傳統(tǒng)腹腔鏡技術(shù)更加微創(chuàng)，是腹腔鏡技術(shù)不斷向微創(chuàng)方向發(fā)展的大勢(shì)所趨。改良式經(jīng)臍單孔腹腔鏡技術(shù)乃是通過臍部這一天然入路進(jìn)行手術(shù)操作，因臍部皮膚原有的皺褶可以遮蓋切口，實(shí)現(xiàn)“無(wú)瘢痕手術(shù)”的目的，故而具有更好的美容效果［2］。

senddata[1]=0x06;//長(zhǎng)度定義 senddata[2]=0x00;

senddata[3]=0x02;//命令號(hào)CheckSum(senddata,outputarray,(int)senddata[1]);

//求和校驗(yàn)

senddata[4]=outputarray[0];

senddata[5]=outputarray[1];//校驗(yàn)碼

ComWrt(comport,senddata,6);//發(fā)送命令

2 變速器基本結(jié)構(gòu)

一款濕式雙離合對(duì)標(biāo)變速器擋位布置如圖2所示，該變速器為7個(gè)前進(jìn)擋和1個(gè)倒擋組成，該變速器換擋撥叉和離合器控制由電控液壓系統(tǒng)完成[4]。

電控系統(tǒng)如圖3所示，變速器臺(tái)架試驗(yàn)涉及的變速器控制相關(guān)電磁閥有：系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)整個(gè)液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)壓力；換擋壓力控制電磁閥VBS2控制撥叉換擋力；1-5檔換擋控制電磁閥A、2-4檔換擋控制電磁閥B、3-7檔換擋控制電磁閥C以及6-R檔換擋控制電磁閥D配合換擋壓力控制閥完成各擋位撥叉選擇到位；駐車棘爪轉(zhuǎn)換電磁閥用于控制變速器駐車操作；奇數(shù)離合器直驅(qū)電磁閥VFS1控制奇數(shù)離合器壓力，偶數(shù)離合器直驅(qū)電磁閥VFS2控制偶數(shù)離合器壓力。

圖2 變速器檔位布置示意圖

圖3 變速器控制器電磁閥及傳感器

臺(tái)架對(duì)標(biāo)試驗(yàn)各擋位電磁閥控制電流按表2所示進(jìn)行給定，其中撥叉控制電磁閥電流給定低于350 mA和高于850 mA均會(huì)增加換擋液壓力。

變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器為霍爾電流輸出式，通過電阻上拉方式輸出脈沖電壓信號(hào)，變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器安裝在機(jī)械泵上的靶輪旁，靶輪是個(gè)金屬板件，該板件上有一層橡膠-金屬，沿橡膠-金屬層圓周分布有多個(gè)南北極小磁鐵，磁鐵之間均有間隙。靶輪每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為32個(gè)。轉(zhuǎn)速信號(hào)用于和離合器1及離合器2轉(zhuǎn)速比較計(jì)算多片式離合器的滑摩率，電控單元根據(jù)打滑量精確控制離合器的結(jié)合與分離。

表2 各電磁閥進(jìn)檔電流mA

離合器1、2轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出為7 mA/14 mA的電流信號(hào)，通過電阻下拉每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為72個(gè)，控制單元及試驗(yàn)臺(tái)架可利用其識(shí)別是否打滑，該信號(hào)還可用于控制所切換的擋位，判斷是否已經(jīng)正確掛入擋。

雙離合器溫度傳感器為NTC熱敏電阻，熱敏特性如圖4所示，其B=3 270，常溫25℃阻值5 kΩ，用于檢測(cè)雙離合器的溫度，當(dāng)離合器油溫超過一定溫度時(shí)[5]，開啟大流量冷卻，避免電子裝置過熱引起油液變質(zhì)，超過上限值時(shí)，采取降低發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩措施，離合器處于分離狀態(tài)。

圖4 溫度傳感器阻值與溫度關(guān)系

1-5撥叉位置、2-4撥叉位置、3-7撥叉位置、6-R撥叉位置傳感器均為線性霍爾電流輸出型傳感器，此類傳感器與換擋撥叉上的磁鐵一起產(chǎn)生PWM信號(hào)，控制單元根據(jù)該信號(hào)判定擋位調(diào)節(jié)器的位置，與換擋壓力控制電磁閥閉環(huán)達(dá)成換擋功能與換擋品質(zhì)要求[6]。撥叉位置在上拉電阻輸出后如表3所示，中間空擋位置為2.5 V電壓輸出。

表3 變速器擋位采集判斷值指標(biāo)V

變速器控制單元識(shí)別離合器1壓力和離合器2壓力傳感器為應(yīng)變電橋式電壓輸出，其信號(hào)判斷作用于每個(gè)膜片式離合器的液壓壓力。

將上述對(duì)標(biāo)變速器電控和傳感器信號(hào)集成入變速器電控單元中，系統(tǒng)架構(gòu)采用由自動(dòng)化及測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ASAM）制定的ASAM-MCD標(biāo)準(zhǔn)，基于XCP標(biāo)定協(xié)議的通用性ECU標(biāo)定系統(tǒng)，開發(fā)各擋位基礎(chǔ)控制邏輯到標(biāo)定界面INCA中。

3 監(jiān)控邏輯設(shè)計(jì)

濕式雙離合變速器試驗(yàn)用三電機(jī)臺(tái)架如圖5所示，由臺(tái)架計(jì)算機(jī)進(jìn)行變速器扭矩、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、溫度等物理量閉環(huán)控制。在臺(tái)架在試驗(yàn)及標(biāo)定開發(fā)過程中，標(biāo)定測(cè)量計(jì)算機(jī)與變速器臺(tái)架計(jì)算機(jī)之間需建立圖中所示的實(shí)時(shí)的通訊連接，讓變速器控制與臺(tái)架控制同步，避免損壞變速器，監(jiān)控變速器整個(gè)耐久過程中鎖定在固定擋位，各變速器傳感器采集量在控制目標(biāo)范圍內(nèi)。

圖5 變速器試驗(yàn)臺(tái)架示意圖

本文設(shè)計(jì)的臺(tái)架通訊邏輯流程如圖6所示?；跐袷诫p離合器自動(dòng)變速器臺(tái)架的測(cè)量標(biāo)定系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)按照以下邏輯圖開發(fā)，按流程變速器內(nèi)部標(biāo)定量及時(shí)反饋到臺(tái)架計(jì)算機(jī)并完成變速器臺(tái)架對(duì)變速器控制器的控制，此流程指令循環(huán)刷新速率設(shè)置為10 Hz，在臺(tái)架計(jì)算機(jī)連續(xù)3次監(jiān)測(cè)到通訊中斷時(shí)，激活通訊中斷報(bào)警。

圖6 監(jiān)控程序報(bào)文收發(fā)流程

變速器臺(tái)架參數(shù)監(jiān)控分為靜態(tài)參數(shù)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)參數(shù)監(jiān)控，如圖7所示。監(jiān)控物理量有變速器油溫及油位控制系統(tǒng)流量，變速器輸入轉(zhuǎn)速和扭矩、變速器半軸轉(zhuǎn)速和扭矩，速比、變速器振動(dòng)量等。靜態(tài)報(bào)警值為變速器各物理量運(yùn)行過程中不應(yīng)超過的上下限。動(dòng)態(tài)報(bào)警根據(jù)試驗(yàn)工況動(dòng)態(tài)設(shè)定轉(zhuǎn)速報(bào)警值、動(dòng)態(tài)扭矩報(bào)警值、換擋沖擊扭矩報(bào)警值、振動(dòng)加速度報(bào)警值、怠速扭矩報(bào)警等。

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)控流程設(shè)置按照以下步驟完成。

（1）啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。檢查駐車位置傳感器處于解除狀態(tài)，在試驗(yàn)變速器油溫到達(dá)熱機(jī)目標(biāo)值后，變速器臺(tái)架驅(qū)動(dòng)端怠速，檢查怠速扭矩?zé)o異常。主油壓電磁閥給定200 mA，檢查主油壓是否異常。檢測(cè)撥叉位置是否都處于空擋位置2.5±0.1 V。

（2）發(fā)送目標(biāo)擋位。切換電機(jī)控制模式，輸出端按目標(biāo)擋位速比調(diào)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速,檢查撥叉位置是否到位，不到位則調(diào)節(jié)換擋電磁閥電流增加換擋力；擋位撥叉到位后，結(jié)合離合器，結(jié)合過程由臺(tái)架監(jiān)控輸入端扭矩，如果出現(xiàn)扭矩峰值超過100 N·m應(yīng)停機(jī)。進(jìn)入目標(biāo)擋位后確認(rèn)離合器壓力值，不夠需補(bǔ)償離合器控制電流。

（3）進(jìn)入目標(biāo)工況。首先調(diào)速變速器輸入端轉(zhuǎn)速到目標(biāo)值，加載試驗(yàn)扭矩，監(jiān)測(cè)過程動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速值及扭矩值。

（4）試驗(yàn)工況監(jiān)控。監(jiān)控離合器壓力和輸入轉(zhuǎn)速與在擋離合器速差，若離合器壓力不足導(dǎo)致離合器速差大于15 r/min以上應(yīng)及時(shí)卸載扭矩并停機(jī)，防止離合器燒蝕。撥叉位置應(yīng)在當(dāng)前在擋位置±5%范圍內(nèi)，超出則提示位置偏離有脫擋風(fēng)險(xiǎn)，卸載扭矩并中止測(cè)試。離合器油溫以變速器油溫為參考目標(biāo)值控制在該油溫±10℃范圍，超過140℃應(yīng)停機(jī)。

（5）退擋過程。卸載扭矩，輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到怠速、卸載離合器電磁閥電流、控制調(diào)節(jié)摘撥叉電流直至撥叉位置到中位，輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到0。

（6）異常打斷。當(dāng)監(jiān)測(cè)到速比校驗(yàn)、離合器油溫超溫時(shí)，發(fā)送空擋指令至標(biāo)定軟件中切斷離合器。

圖8 通訊軟件手動(dòng)界面

4 試驗(yàn)結(jié)果

在上位機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架控制軟件中集成變速器通訊手動(dòng)調(diào)試接口如圖8所示，在試驗(yàn)臺(tái)架上運(yùn)行耐久試驗(yàn)工況，變速器輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速如圖9所示，臺(tái)架控制實(shí)現(xiàn)變速器自動(dòng)換擋和工況運(yùn)行過程監(jiān)控。

圖9 試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

本文開發(fā)一套基于被控變速器結(jié)構(gòu)集成INCA ASAP3接口的變速器臺(tái)架試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)。試驗(yàn)證明本監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足變速器早期開發(fā)臺(tái)架耐久性能及耐久試驗(yàn)測(cè)試需求，能有效避免因監(jiān)測(cè)不到位引起的離合器燒蝕及軸齒異常斷裂?；谲浖刂七壿嫾煞绞?，完成了上述濕式雙離合變速器對(duì)標(biāo)開發(fā)測(cè)試。