原 鑫，韓 偉

（中國重汽集團大同齒輪有限公司，山西大同 037305）

電控機械式自動變速器（AMT）是在傳統(tǒng)固定軸式變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，增加電控操縱系統(tǒng)組成的，氣動AMT系統(tǒng)以變速器電子控制單元TCU為核心，通過氣壓式執(zhí)行機構(gòu)控制離合器的分離與接合，選、換擋動作的操縱。其優(yōu)點是在保持低成本前提下實現(xiàn)了高效地全自動換擋操作。但是，AMT是機、電、氣綜合控制的精密度較高、技術(shù)含量也較高的系統(tǒng)。針對復雜程度越來越高、電控技術(shù)不斷更新的自動變速汽車，AMT能夠?qū)ο到y(tǒng)關(guān)鍵部分實現(xiàn)故障自診斷和容錯控制，對于提高行車安全性和減少維修人員工作量是非常必要的［1］。

1 電控機械式自動變速器

電控機械式自動變速器（AMT）主要由干式離合器、變速器本體和電控系統(tǒng)組成。電控系統(tǒng)主要包括變速器電控單元（TCU）、轉(zhuǎn)速傳感器、位移傳感器、選換擋執(zhí)行機構(gòu)、離合器執(zhí)行機構(gòu)和氣路元件。換擋過程中，TCU通過各種傳感器信號和CAN信息確定車輛狀態(tài)和駕駛員命令，然后控制策略會計算出當前狀態(tài)的最佳擋位，最后控制發(fā)動機、離合器和變速器完成自動換擋。

2 診斷模型開發(fā)

2.1 轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷

在AMT系統(tǒng)中，在離合器接合完成、變速器擋位為非空擋的情況下，發(fā)動機轉(zhuǎn)速ne、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速n1、輸出軸轉(zhuǎn)速n2和變速器當前速比re之間存在著相應的冗余關(guān)系。即:

在離合器接合完成、變速器擋位為非空擋的情況下，通過判斷（1）式和（2）式是否成立可以得出相應的轉(zhuǎn)速傳感器是否出現(xiàn)故障［2，3］，故障關(guān)系表如表1所示:

表1 轉(zhuǎn)速傳感器故障關(guān)系表

以發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷的實現(xiàn)為例，圖1為故障診斷的軟件流程圖，故障關(guān)系表通過STATEFLOW中的真值表實現(xiàn)。系統(tǒng)首先查詢離合器的請求接合信號，收到請求接合信號后，延時1秒用于保證離合器接合;離合器接合后，通過真值表的輸出，系統(tǒng)會自動判斷當前狀態(tài)是否滿足發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器的故障條件，如果連續(xù)3次以上滿足，確認故障，并進行故障類型判定;判定完成后，系統(tǒng)還會不停地判斷故障條件是否仍然滿足，如果連續(xù)3次以上不滿足，系統(tǒng)會清除故障標志位，同時停止向CAN總線發(fā)送當前故障碼。離合器位移傳感器故障診斷模型如圖2所示。

圖1 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷流程圖

圖2 發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷模型

2.2 離合器機構(gòu)故障診斷

離合器機構(gòu)故障診斷包括離合器位移傳感器故障診斷和離合器執(zhí)行機構(gòu)故障診斷。與轉(zhuǎn)速傳感器類似，離合器機構(gòu)的故障診斷也可以通過相應信號冗余關(guān)系進行判定。在離合器結(jié)合完成、變速器擋位為非空擋的情況下，離合器機構(gòu)故障診斷的故障關(guān)系表如表2所示:

表2 離合器機構(gòu)故障關(guān)系表

CLUTCH_POS:離合器位置傳感器反饋的位移量;

CLUTCH_GOAL:離合器接合后的目標位移量。

以離合器位移傳感器故障診斷的實現(xiàn)為例，圖3為故障診斷的軟件流程圖。系統(tǒng)首先查詢離合器的請求接合信號，收到請求接合信號后，延時1秒用于保證離合器接合;離合器接合后，通過真值表的輸出，系統(tǒng)會自動判斷當前狀態(tài)是否滿足離合器執(zhí)行機構(gòu)的故障條件，如果連續(xù)3次以上滿足，系統(tǒng)會確認離合器執(zhí)行機構(gòu)故障，同時不停地向CAN總線發(fā)送當前故障碼;確定故障后，系統(tǒng)還會不停地判斷離合器位移傳感器的故障條件是否仍然滿足，如果連續(xù)3次以上不滿足，系統(tǒng)會將發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器故障標志位置0，同時停止向CAN總線發(fā)送當前故障碼。離合器執(zhí)行機構(gòu)故障診斷模型如圖4所示。以離合器位移傳感器故障診斷的實現(xiàn)為例，圖3和圖4分別為離合器位移傳感器故障診斷的軟件流程圖和故障診斷模型。

2.3 選換擋機構(gòu)故障診斷

選換擋機構(gòu)故障診斷包括選換擋位移傳感器故障診斷和選換擋執(zhí)行機構(gòu)故障診斷。選換擋位機構(gòu)故障診斷的故障關(guān)系表如表3所示:SHIFT_POS:選換擋位置傳感器反饋的位移量;SHIFT_GOAL:換擋結(jié)束后的目標位移量。

表3 選換擋機構(gòu)故障關(guān)系表

圖3 離合器位移傳感器故障診斷流程圖

圖4 離合器位移傳感器故障診斷模型

2.4 傳感器故障分類

傳感器的故障主要包括由傳感器損壞和斷路引起的輸出無信號，由對地短路和對電源短路引起的信號輸出嚴重超差，由于安裝松動、接觸不良的信號間斷和超差等故障。在確定傳感器確實存在故障之后，系統(tǒng)需要對相應故障類型進行判斷，并向CAN總線發(fā)送相應故障碼以通知駕駛員和維修人員。通過位移傳感器信號與TCU中設定傳感器信號最小值、最大值和變化率進行對比，從而確定傳感器的具體故障類型。

2.5 TCU及CAN通信故障診斷

TCU故障主要包括硬件故障和軟件故障。其中，硬件故障主要體現(xiàn)在TCU相應端口無法正常讀寫，CAN總線端口無法正常收發(fā)數(shù)據(jù)，EEPROM和FLASH的數(shù)據(jù)無法正常讀寫;軟件故障主要是由于TCU受到嚴重干擾而導致的程序跑飛現(xiàn)象。CAN通信故障是由于車輛CAN總線故障而引起的TCU無法通過CAN總線端口讀回CAN數(shù)據(jù)幀。針對以上故障，系統(tǒng)通過上電自檢和定時診斷程序?qū)崿F(xiàn)［3，4］。

圖5 傳感器故障分類判定流程圖

圖6 傳感器故障分類判定模型

2.5.1 上電自檢

車輛啟動上電后，TCU首先運行上電自檢程序，先從每個輸入端口和CAN總線端口讀回相應的傳感器初始狀態(tài)信息，存入EEPROM或FLASH的數(shù)據(jù)存儲單元中，然后再從EEPROM或FLASH中讀出數(shù)據(jù)信息從而實現(xiàn)TCU和CAN通信的硬件故障診斷。

2.5.2 定時診斷

AMT運行過程中，由于干擾而導致的程序跑飛故障會隨時出現(xiàn)，另外，由于TCU會通過CAN總線不停地從發(fā)動機ECU讀回發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和油門踏板信號，因此，CAN總線故障和程序跑飛故障可以采用單片機內(nèi)部的看門狗電路定時跟蹤程序運行.若程序正常運行，則在一定的時間內(nèi)不斷重置定時器，使定時器不溢出，一旦CAN通信故障或程序跑飛，則定時器溢出。當程序跑飛時，AMT會自動使系統(tǒng)復位。復位后微機根據(jù)當前運行狀態(tài)的信息自動控制系統(tǒng)進入相應的運行，使系統(tǒng)恢復正常;當CAN總線故障時，AMT會進入跛行回家模式，并采用相應的信號冗余手段替代該傳感器信號［4］。

3 應用與測試

本文所研究的機械式自動變速器在線故障診斷系統(tǒng)已應用于中國重汽大同齒輪有限公司所開發(fā)的12擋DC12J180TA自動變速器上。針對氣動AMT故障診斷系統(tǒng)，在實驗臺架上分別對發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器、變速器輸入與輸出轉(zhuǎn)速傳感器的松動和斷路故障，對離合器位移傳感器、選換擋位移傳感器的接觸不良及零點變位故障，對離合器控制和變速器控制電磁閥斷路和堵塞及漏氣故障，對TCU硬件和CAN通信等主要故障進行了測試。測試結(jié)果表明，對以上所有故障現(xiàn)象，系統(tǒng)都給出了故障報警，并根據(jù)具體故障類型顯示相應的故障碼。實驗證明，在不增加硬件的條件下，本系統(tǒng)可以對AMT系統(tǒng)大部分部件實現(xiàn)故障的在線自診斷。

［1］王凱明.現(xiàn)代汽車故障綜合診斷技術(shù)［M］.北京:北京理工大學出版社，2002.

［2］邢家喜.AMT電控系統(tǒng)故障檢測與診斷［D］.吉林大學，2001.

［3］蔣維.重型汽車AMT隨車故障診斷與故障處理的研究［D］.重慶大學，2009.

［4］陸華忠.汽車電腦控制系統(tǒng)自我診斷［M］.遼寧:遼寧科技出版社，1997.