DHT變速箱KP自學(xué)習(xí)超時問題分析與處理

項宏鑫，董輝，劉鵬飛，鄭波，張林

寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司，浙江寧波 315336

0 引言

DHT是專門針對發(fā)動機(jī)和電動機(jī)的功率和扭矩特性，重新開發(fā)的新型結(jié)構(gòu)的混合動力變速箱[1]?；旌蟿恿ψ兯傧渑c傳動動力變速箱相比擁有非常多的優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊密有效率，在傳統(tǒng)自動變速箱不斷增加傳動裝置數(shù)量，以此推動驅(qū)動發(fā)展的同時，DHT變速箱則會減少傳動裝置。②DHT驅(qū)動系統(tǒng)使環(huán)保出行成為可能。因為在電氣驅(qū)動的支持下，內(nèi)燃機(jī)能夠在功率范圍內(nèi)更加精確地運(yùn)行，以此實(shí)現(xiàn)降低能耗。③電氣驅(qū)動可以在額外功率的最佳狀態(tài)下運(yùn)行，以提高動力，進(jìn)而增強(qiáng)駕駛樂趣，這也是混合驅(qū)動汽車能贏得市場的重要優(yōu)勢。目前隨著石油能源消耗的增加，同時對溫室氣體排放的限制，各國都在大力推進(jìn)和發(fā)展新能源汽車[2]。許多整車企業(yè)都在追求多種混動技術(shù)路線，以便為未來做好準(zhǔn)備。

混合動力變速箱在出廠前，都會進(jìn)行EOL下線測試，測試項目主要包含性能測試、NVH、扭矩響應(yīng)、KP等。本文將重點(diǎn)對變速箱工廠EOL測試項目之一的KP自學(xué)習(xí)過程中發(fā)生的超時報警問題進(jìn)行解析與探討。

1 問題描述

1.1 KP定義

離合器的接合過程根據(jù)其力學(xué)特性可分為空行程、空滑、滑動和同步運(yùn)行4個階段。空行程階段是指離合器尚未開始傳遞轉(zhuǎn)矩，變速箱的輸入軸尚未轉(zhuǎn)動，發(fā)動機(jī)做空載轉(zhuǎn)動；空滑階段是指離合器開始傳遞轉(zhuǎn)矩，但小于整車阻力矩，離合器開始滑動，變速箱輸入軸仍未開始轉(zhuǎn)動，車輛仍處靜止?fàn)顟B(tài)；滑動階段是指離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩逐漸增大至負(fù)載轉(zhuǎn)矩以上，變速箱輸入軸開始轉(zhuǎn)動，車輛開始運(yùn)動；同步運(yùn)行階段是指變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到和發(fā)動機(jī)完全相同，離合器主從動無相對滑動，實(shí)現(xiàn)完全接合[3]。

以上離合器接合過程的4個階段，其中滑動階段中離合器轉(zhuǎn)矩增大至克服整車的阻力矩，使車輛從靜止開始運(yùn)動，是汽車起步過程中的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時對應(yīng)的離合器的位置被稱為離合器的半接合點(diǎn)，即KP。對于變速箱而言，為縮短換擋時間、提高換擋品質(zhì)，在換擋前，會對離合器進(jìn)行預(yù)結(jié)合，結(jié)合的控制點(diǎn)一般就是KP。每個變速箱因為硬件和制造公差的差異，每個離合器的KP是不相同的，所以在變速箱出廠前，為確保裝機(jī)后使用正常，需要將KP進(jìn)行自學(xué)習(xí)并寫入到變速箱的控制系統(tǒng)中。

1.2 KP自學(xué)習(xí)邏輯介紹

每個變速箱廠家的KP學(xué)習(xí)邏輯不盡相同，但基本邏輯都是通過請求壓力或者電流來達(dá)到預(yù)訂的傳遞扭矩或轉(zhuǎn)速來進(jìn)行確定KP范圍。圖1為某款國產(chǎn)變速箱KP自學(xué)習(xí)的邏輯簡圖，自學(xué)習(xí)流程主要分為3個階段。

圖1 某款國產(chǎn)變速箱KP自學(xué)習(xí)的邏輯簡圖

1.2.1 尋找離合器脫離點(diǎn)

離合器脫離點(diǎn)為離合器鋼片和摩擦片理論分離點(diǎn)，也是離合器傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩的起點(diǎn)。脫離點(diǎn)的確定有助于確定KP自學(xué)習(xí)時的起點(diǎn)范圍，縮短KP自學(xué)習(xí)時間。系統(tǒng)從一固定值(遠(yuǎn)大脫離點(diǎn))開始按一定斜率往下請求壓力，離合器控制器會根據(jù)系統(tǒng)的pI曲線算出所需電流的值。隨著請求壓力越來越低，離合器漸漸脫離，當(dāng)離合器脫離的瞬間，輸出扭矩為0，軟件會記錄瞬間的請求壓力，此時的請求壓力會決定KP自學(xué)習(xí)的起始壓力。

1.2.2 第一次KP學(xué)習(xí)

脫離點(diǎn)記錄后開始學(xué)習(xí)KP，KP的首次計算起點(diǎn)一般為脫離點(diǎn)壓力加一固定值Δ1，例如脫離點(diǎn)記錄壓力為0.1 MPa，固定值Δ1為0.5 MPa，那么第一次學(xué)習(xí)起點(diǎn)為0.15 MPa。此時軟件會直接從0.15 MPa開始請求壓力，并以一定的速度開始遞增，實(shí)際壓力和傳遞扭矩也會逐漸增大。當(dāng)離合器輸出扭矩達(dá)到設(shè)定值時壓力請求結(jié)束，同時記錄請求壓力KP1，整個學(xué)習(xí)時間不能超過15 s，否則會輸出超時報警并停止自學(xué)習(xí)。

1.2.3 第二次KP學(xué)習(xí)

第一次學(xué)習(xí)完成后若時間不超過15 s，那么第二次自學(xué)習(xí)開始。第二次學(xué)習(xí)起點(diǎn)的請求壓力取自比KP1低一固定偏值Δ2，然后同樣以一定的速度開始遞增，此時實(shí)際壓力和傳遞扭矩也會逐漸增大。當(dāng)離合器輸出扭矩達(dá)到設(shè)定值時壓力請求結(jié)束，同時記錄請求壓力KP2，整個學(xué)習(xí)時間不能超過15 s，否則會輸出超時報警。

最終KP值取自兩次學(xué)習(xí)KP1和KP2的平均值，即：

(1)

某變速箱在下線測試過程中，頻繁出現(xiàn)KP自學(xué)習(xí)超時報警問題，且主要集中在B1、B2離合器上，C0、C3離合器很少。

2 問題分析

要排查超時報警的原因，需要先了解此變速箱離合器的控制原理。此變速箱離合器的控制為液壓傳動控制，圖2為離合器控制的液壓原理，其中B1、B2、C0、C3為變速箱的離合器。圖中①液壓泵：作為系統(tǒng)動力源，為系統(tǒng)提高壓力油；②安全閥：保護(hù)系統(tǒng)壓力不超過最高設(shè)定壓力；③過濾器：過濾油液雜質(zhì)，保護(hù)控制元件；④單向閥：對蓄能器起保壓作用；⑤開關(guān)閥：蓄能器壓力達(dá)到設(shè)定值時，讓系統(tǒng)卸荷[4]；⑥蓄能器：儲存壓力油；⑦壓力傳感器：記錄壓力并反饋至系統(tǒng)；⑧比例壓力控制閥：即控制閥出口壓力，簡稱比例閥或壓力控制閥。

圖2 離合器控制的液壓原理

通過故障描述和液壓原理，列出可能引起自學(xué)習(xí)超時的原因，并梳理出故障樹，如圖3所示。

圖3 自學(xué)習(xí)超時故障樹

2.1 自學(xué)習(xí)軟件影響分析

2.1.1 初始值補(bǔ)償偏低

由圖1以及自學(xué)習(xí)軟件學(xué)習(xí)的邏輯可以了解到，首次計算起點(diǎn)會在脫離點(diǎn)增加一個固定的補(bǔ)償值Δ1，如果補(bǔ)償值偏低，那么在請求壓力速率一定的情況下，就需要更長的時間才能學(xué)習(xí)到KP，就有可能會超時。

2.1.2 自學(xué)習(xí)時間設(shè)定過短

統(tǒng)計系統(tǒng)各離合器正常的學(xué)習(xí)時間發(fā)現(xiàn)B1和B2的自學(xué)習(xí)時間較長，與報警限值15 s很接近，裕度低，觸發(fā)報警的概率相對較大。自學(xué)習(xí)時間設(shè)計見表1。

表1 自學(xué)習(xí)時間設(shè)計 單位:s

2.1.3 無二次充油

KP首次學(xué)習(xí)時，離合器活塞在油液壓力的作用下首先會克服回位彈簧的彈簧力，推動離合器主摩擦片向從動摩擦片移動，消除離合器片間間隙，此過程便為充油[5]。充油的目的是為了在請示壓力時離合器可以快速響應(yīng)，但是在第二次學(xué)習(xí)時，由于默認(rèn)離合器腔體已經(jīng)充滿油液，故未進(jìn)行再次充油。第一次學(xué)習(xí)完畢后，比例壓力控制閥會失電，從圖2的液壓原理可知，比例閥失電后，離合器腔體的油液會返回油箱，這就導(dǎo)致第二次學(xué)習(xí)時，油液首先會對離合器腔體進(jìn)行充油，而充油時間亦計算在學(xué)習(xí)時間內(nèi)，導(dǎo)致第二次學(xué)習(xí)過長，造成超時報警，如圖4所示。由于B1、B2離合器腔體偏大，充油需要的時間會更長(t2>t1)，這也是導(dǎo)致B1、B2報錯多的主要原因。

圖4 B1離合器KP自學(xué)習(xí)

2.1.4 兩次學(xué)習(xí)起點(diǎn)不一致

此問題主要表現(xiàn)在C3離合器上，由圖5可知，當(dāng)?shù)诙螌W(xué)習(xí)起點(diǎn)偏低時，第二次請示壓力的時間遠(yuǎn)比第一次長，導(dǎo)致第二次學(xué)習(xí)超時。此原因主要為C3離合器的靜摩擦力比較大，當(dāng)?shù)诙螌W(xué)習(xí)起點(diǎn)低時，會需要更長的時間來達(dá)到C3離合器的最低啟動壓力，導(dǎo)致學(xué)習(xí)時間超時。

圖5 C3離合器KP自學(xué)習(xí)

2.2 離合器影響分析

2.2.1 離合器卡滯

此原因可能性較低，因在測試KP前會進(jìn)行拖曳扭矩的測試，如果離合器有卡滯，在測試拖曳扭矩時就應(yīng)該會表現(xiàn)出來。

2.2.2 離合器密封泄漏

此原因可能性較低，且通過復(fù)測和主油路壓力可以將此問題排除，不排除后期出現(xiàn)的可能性，但現(xiàn)場報警的變速箱，主油壓的表現(xiàn)均正常。

2.2.3 離合器整體剛度低

當(dāng)離合器剛度低時，需要更長的時間來克服內(nèi)部的彈性力，則需要學(xué)習(xí)的時間更多，此問題可以根據(jù)調(diào)整不同離合器學(xué)習(xí)的時間限制來解決，保證裕度。

2.3 液壓系統(tǒng)影響分析

2.3.1 比例壓力控制閥黏滯

由于KP自學(xué)習(xí)過程一般是常溫，變速箱油液的黏度較大且油液清潔度較低時，電磁閥會出現(xiàn)黏滯現(xiàn)象，壓力響應(yīng)慢，導(dǎo)致壓力會過請求，請求時間超時。

2.3.2 比例壓力控制閥卡滯

當(dāng)有大顆粒物卡在比例壓力控制閥閥芯與閥套之間時，閥芯會產(chǎn)生卡滯現(xiàn)象。隨著請求壓力的變化，比例閥的輸出壓力會出現(xiàn)明顯的壓力不跟隨現(xiàn)象，如圖6所示，此時系統(tǒng)會持續(xù)請求壓力，導(dǎo)致自學(xué)習(xí)超時。

圖6 比例閥壓力不跟隨變化情況

2.3.3pI曲線的影響

KP自學(xué)習(xí)時的壓力由前端的比例壓力控制閥控制，隨著比例壓力閥控制電流I的變化，銜鐵所受電磁力、閥芯位移和出油口油壓p也隨之變化。根據(jù)電流、閥芯位移之間的對應(yīng)關(guān)系，不斷調(diào)整電流大小，控制閥芯位移，進(jìn)而達(dá)到控制出油口油壓的目的[6]。由于制造的差異，每個比例閥的p-I對應(yīng)關(guān)系不同。所以在KP自學(xué)習(xí)前，比例閥的p-I關(guān)系需要在測試臺學(xué)習(xí)并寫入到變速箱控制器中。但是由于閥體測試和KP自學(xué)習(xí)工況的不同，比例壓力閥在測試臺上表現(xiàn)的pI與變速箱表現(xiàn)的pI會有差異，即pI曲線的斜率不同，如圖7所示，系統(tǒng)默認(rèn)的pI曲線為A(由測試臺輸入)，但實(shí)際為B(在變速箱上的實(shí)際表現(xiàn))，這就導(dǎo)致在自學(xué)習(xí)過程中按照A線的斜率進(jìn)行請示，則實(shí)際的輸出壓力增速就會偏低，導(dǎo)致請示時間過長，發(fā)生超時報警。

圖7 實(shí)際pI和自學(xué)習(xí)pI對比

2.4 環(huán)境影響分析

2.4.1 溫度對離合器潤滑的影響

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，同一個變速箱，第一次測試超時，當(dāng)溫度升高時，再次測試學(xué)習(xí)時可能正常通過，因為溫度升高，油液的潤滑性會提高，離合器的靜摩擦力會降低，所以學(xué)習(xí)時間會縮短，且學(xué)習(xí)的KP偏低。

2.4.2 溫度對液壓系統(tǒng)pI的影響

不同溫度下pI最大差異統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 不同溫度下pI最大差異統(tǒng)計結(jié)果 單位:MPa

根據(jù)供應(yīng)商提供的5組相同控制電流不同溫度(30、60、90 ℃)下的油壓最大差異統(tǒng)計結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，溫度對油壓的影響很小，基本都在0.02 MPa以內(nèi)，此值在比例閥的重復(fù)性范圍，所以排除溫度對pI的影響。

2.4.3 工況的影響

不同臺架輸出的pI會稍有差異，但實(shí)際經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，臺架的一致性在可接受范圍以內(nèi)，此影響排除。

3 問題處理

針對各個影響點(diǎn)的分析結(jié)果，分別制定相應(yīng)措施，并進(jìn)行驗證，措施和驗證結(jié)果如下：

(1)對于自學(xué)習(xí)軟件影響的改進(jìn)措施:①優(yōu)化第一次學(xué)習(xí)起點(diǎn)的補(bǔ)償值，縮短學(xué)習(xí)時間；②自學(xué)習(xí)時間限值根據(jù)不同的離合器特性進(jìn)行重新修正；③第二次自學(xué)習(xí)前增加充油策略，消除充油時間；④調(diào)整第二次學(xué)習(xí)起點(diǎn)與第一次一致，提高兩次學(xué)習(xí)的可對比性。

(2)對于離合器影響的改進(jìn)措施:①提高離合器清潔度標(biāo)準(zhǔn)，并提高檢測抽樣頻率，降低離合器卡滯影響；②制作變速箱各離合器剛度極限件進(jìn)行組裝并測試，對KP的測試限值和時間進(jìn)行重新修正。

(3)對于液壓系統(tǒng)影響的改進(jìn)措施：①提高油液清潔度標(biāo)準(zhǔn)；②提高KP自學(xué)習(xí)油液的溫度，降低黏滯影響；③在比例壓力閥使用前增加沖洗策略(高頻動作)，排除異物，降低卡滯；④對比臺架測試和整機(jī)測試pI差異，增加補(bǔ)償值進(jìn)行修正，提高自學(xué)習(xí)pI精度。

(4)對于環(huán)境影響的改進(jìn)措施：提高測試溫度和修正補(bǔ)償值，降低環(huán)境影響。

經(jīng)過上述措施等一系列的優(yōu)化改進(jìn)后，KP自學(xué)習(xí)超時報錯問題得到明顯改善。圖8為改進(jìn)前后KP學(xué)習(xí)對比，由圖可知，改進(jìn)后的兩次學(xué)習(xí)壓力請示時間比較一致，且扭矩響應(yīng)也比較一致，學(xué)習(xí)的精度也更高。不僅如此，改進(jìn)后的軟件自學(xué)習(xí)時間也比之前的更短，當(dāng)前B1、B2的學(xué)習(xí)時間集中在7～10 s(因圖幅關(guān)系未顯示)，測試節(jié)拍相比舊版邏輯降低4～14 s。經(jīng)過最終測試驗證，新版軟件和改進(jìn)措施滿足了工廠的各項指標(biāo)要求。

圖8 改進(jìn)前后的KP學(xué)習(xí)對比

4 結(jié)束語

為確保汽車零公里的正常行駛，KP作為變速箱離合器的重要參數(shù)在出廠必須通過學(xué)習(xí)或者標(biāo)定的方式寫入到動力控制模塊(PCM)當(dāng)中。初版KP自學(xué)習(xí)軟件雖然可以學(xué)習(xí)到KP值，但是效率不高，且容易發(fā)生誤報，如此一方面會影響整機(jī)下線的通過率，另一方面也影響工廠的生產(chǎn)節(jié)拍。為確保變速箱產(chǎn)能和下線質(zhì)量，誤報的問題必須快速解決，且不能耽誤正常的生產(chǎn)，此時問題的科學(xué)分析與處理就顯得尤為重要。通過故障樹對報警產(chǎn)生原因進(jìn)行逐個剖析，根據(jù)控制液壓原理圖，從軟件、硬件、環(huán)境進(jìn)行分析，找出影響因素并制定改進(jìn)方案，按照方案逐個摸底驗證，并對參數(shù)進(jìn)行修正和優(yōu)化，從多個維度同步進(jìn)行解決，最終在節(jié)點(diǎn)前完成了各項優(yōu)化的測試驗證并落實(shí)。工廠在使用新版程序和規(guī)范后，誤報率大大減少，下線通過率得到了大幅提升，產(chǎn)能亦得到了保證。