吳小萍，姚文博，譚艷軍，林霄喆，王瑞平，2

（1.寧波上中下自動(dòng)變速器有限公司，浙江 寧波 315800；2.浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，浙江 寧波 315800）

隨著汽車自動(dòng)化控制要求越來(lái)越高，電控系統(tǒng)在汽車控制領(lǐng)域的應(yīng)用也日益增加，而電氣系統(tǒng)的信號(hào)可靠性有時(shí)直接影響駕駛員的人身安全。因此道路汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 26262常會(huì)根據(jù)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程需求，考慮系統(tǒng)信號(hào)的魯棒性，使用冗余硬件信號(hào)以提高電氣硬件系統(tǒng)安全功能等級(jí)［1］。

而對(duì)于自動(dòng)變速器，駐車系統(tǒng)的可靠性是關(guān)系功能安全的關(guān)鍵系統(tǒng)。目前車上越來(lái)越多用到自動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)。

自動(dòng)駐車系統(tǒng)主要包括：駐車機(jī)構(gòu)、駐車執(zhí)行器、駐車位置傳感器等。其中駐車位置傳感器精確檢測(cè)駐車位置屬于自動(dòng)變速器功能安全最高等級(jí)要求ASIL C。

根據(jù)ISO 26262的要求，對(duì)于ASIL C的安全目標(biāo)相關(guān)硬件指標(biāo)要求為：?jiǎn)吸c(diǎn)隨機(jī)失效率≥97%；潛在隨機(jī)失效率≥80%［2］。而根據(jù)現(xiàn)市場(chǎng)上多家著名傳感器供應(yīng)商分析，目前單個(gè)位置傳感器普遍僅能達(dá)到ASIL B硬件功能安全等級(jí)要求，因此單個(gè)傳感器信號(hào)無(wú)法達(dá)到ASIL C的要求。

降低系統(tǒng)單點(diǎn)故障指標(biāo)的一種方法是冗余設(shè)計(jì)，如設(shè)計(jì)2個(gè)傳感器進(jìn)行相互校驗(yàn)，2個(gè)傳感器同時(shí)發(fā)生故障，才會(huì)發(fā)生失效，能巧妙地將單點(diǎn)故障轉(zhuǎn)化成多點(diǎn)故障，使系統(tǒng)單點(diǎn)故障指標(biāo)得到提高［2］。

而目前為考慮到變速器的車輛平臺(tái)化，使用空間非常有限，因此本文將以7DCT駐車系統(tǒng)為實(shí)例，主要說(shuō)明如何在有限空間局限下，巧妙合理設(shè)計(jì)2個(gè)駐車位置傳感器，以及這2個(gè)駐車位置傳感器的控制策略設(shè)計(jì)。

1 7DCT駐車系統(tǒng)介紹

駐車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。因空間局限性及開(kāi)發(fā)成本考慮，通常駐車執(zhí)行器不單獨(dú)開(kāi)發(fā)，由選換擋執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)整車系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖1，該設(shè)計(jì)方案也是由選換擋執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，通過(guò)選擋和換擋功能實(shí)現(xiàn)換擋指的轉(zhuǎn)動(dòng)，換擋指帶動(dòng)駐車機(jī)構(gòu)平移，由駐車機(jī)構(gòu)內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)駐車棘爪的旋轉(zhuǎn)，配合駐車棘輪，即可實(shí)現(xiàn)駐車與非駐車狀態(tài)。如圖2所示，當(dāng)棘爪對(duì)準(zhǔn)棘輪齒根時(shí)，當(dāng)前處于駐車狀態(tài)；若棘爪對(duì)準(zhǔn)棘輪齒頂時(shí)，將處于非駐車狀態(tài)。

2 駐車位置傳感器

2.1 執(zhí)行器電機(jī)位置傳感器

目前變速器領(lǐng)域用到的各電機(jī)普遍采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，為精確探測(cè)位置／轉(zhuǎn)速，會(huì)匹配3個(gè)轉(zhuǎn)子位置傳感器。

基于上方談到的駐車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，通過(guò)執(zhí)行器中無(wú)刷電機(jī)的3個(gè)位置傳感器可精確檢測(cè)到駐車機(jī)構(gòu)的移動(dòng)位移，以此推算當(dāng)前是否處于駐車狀態(tài)。因此從軟件功能角度，使用無(wú)刷直流電機(jī)3個(gè)位置傳感器檢測(cè)位置滿足功能要求。

圖1 駐車系統(tǒng)機(jī)構(gòu)

2.2 功能安全角度系統(tǒng)優(yōu)化點(diǎn)

但從功能安全角度考慮，該系統(tǒng)存在以下兩點(diǎn)問(wèn)題：選換擋執(zhí)行器內(nèi)部發(fā)生卡滯；駐車機(jī)構(gòu)發(fā)生故障。

如圖3所示，①代表disengaged狀態(tài)，②代表middle位置，③代表engaged狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生A或B故障時(shí)，執(zhí)行器正常運(yùn)行，從①位置運(yùn)行到③位置，這時(shí)電機(jī)位置傳感器會(huì)識(shí)別電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)增量，軟件根據(jù)電機(jī)位置傳感器信號(hào)信息，判斷當(dāng)前處于③engaged狀態(tài)。而此時(shí)由于A或B故障發(fā)生，動(dòng)力并未有效傳遞到駐車機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致駐車棘輪及棘爪的位置仍然處于①disengaged狀態(tài)。因此從功能安全角度考慮，單單電機(jī)位置傳感器不能滿足安全系統(tǒng)要求。

圖2 駐車棘爪與棘輪相對(duì)位置圖

圖3 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

為提高系統(tǒng)魯棒性設(shè)計(jì)，上方引言也提到，通常會(huì)引用雙傳感器檢測(cè)，用于相互校驗(yàn)。

2.3 冗余位置傳感器設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，冗余位置傳感器潛在檢測(cè)點(diǎn)位置共3處，如圖4所示。

圖4 冗余傳感器潛在檢測(cè)位置點(diǎn)

檢測(cè)位置1：可直接檢測(cè)換擋指運(yùn)行角度，可規(guī)避故障B，但無(wú)法規(guī)避故障A。

檢測(cè)位置2：在駐車機(jī)構(gòu)上引出位置傳感器的檢測(cè)對(duì)象，可同時(shí)規(guī)避故障A和故障B。

檢測(cè)位置3：檢測(cè)駐車棘輪角度。但因車輛在執(zhí)行駐車時(shí)，不能保證每次駐車棘輪齒根處剛好對(duì)準(zhǔn)棘輪，通常在執(zhí)行駐車后，在棘輪少許轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受駐車機(jī)構(gòu)內(nèi)部彈簧力，駐車棘爪才會(huì)真正地駐進(jìn)棘輪。因此在檢測(cè)位置3會(huì)造成車輛一直無(wú)法完成駐車的假象，引起客戶抱怨。

從上面分析，檢測(cè)位置2最佳。

傳感器檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象通常為磁鐵或銷 （或其他非磁鐵原件）。

采用磁鐵為檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象優(yōu)缺點(diǎn)：位置傳感器信號(hào)精度好，但成本及空間需求大。

但往往受變速器內(nèi)部空間局限性，位置傳感器的檢測(cè)目標(biāo)無(wú)法做成磁鐵式。本文中7DCT采用的目標(biāo)對(duì)象為銷。

而由于受駐車機(jī)構(gòu)機(jī)械公差、殼體相關(guān)定位孔公差、傳感器機(jī)械公差，導(dǎo)致這套系統(tǒng)對(duì)傳感器氣隙要求范圍廣，以及disengaged／middle／engaged這幾個(gè)狀態(tài)的機(jī)械公差大，所以導(dǎo)致該冗余位置傳感器信號(hào)精度差，無(wú)法檢測(cè)出當(dāng)前的駐車狀態(tài)。如圖5信號(hào)曲線，在獲取一定的PWM值，所對(duì)應(yīng)的位置范圍太大。

圖5 位置傳感器信號(hào)曲線

因此新策略設(shè)計(jì)，需考慮如何根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足系統(tǒng)功能安全等級(jí)要求。

2.4 冗余位置傳感器新策略設(shè)計(jì)

從功能角度，執(zhí)行器內(nèi)部電機(jī)位置傳感器足夠探測(cè)當(dāng)前駐車位置，而考慮到功能安全要求需探測(cè)故障A和故障B的模式，避免執(zhí)行器內(nèi)部電機(jī)位置傳感器信號(hào)不可行。

若發(fā)生故障A時(shí)，駐車機(jī)構(gòu)無(wú)法正常移動(dòng)；若發(fā)生故障B時(shí)，動(dòng)力無(wú)法傳遞到駐車機(jī)構(gòu)，因此駐車機(jī)構(gòu)也無(wú)法移動(dòng)。

因此該冗余傳感器的策略可由檢測(cè)駐車位置改變?yōu)闄z測(cè)駐車機(jī)構(gòu)是否移動(dòng)。

從傳感器信號(hào)角度區(qū)分，可判斷傳感器PWM波是否有增減量，如設(shè)定增減量為10%，即可判斷駐車機(jī)構(gòu)是否移動(dòng)，及通過(guò)增量或者減量判斷駐車機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向。

且從功能安全角度考慮，由disengage變到engage這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生誤報(bào)，會(huì)涉及到駕駛員的人身安全，而engage到disengage的誤報(bào)不會(huì)產(chǎn)生人身安全。因此總結(jié)駐車系統(tǒng)策略如下。

1）控制器收到park engaged指令值。

2）控制器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)軟件會(huì)檢測(cè)電機(jī)位置傳感器，獲取電機(jī)運(yùn)行角度，計(jì)算駐車移動(dòng)距離是否到達(dá)要求。

3）駐車機(jī)構(gòu)受換擋指驅(qū)動(dòng)發(fā)生移動(dòng)，冗余位置傳感器探測(cè)到信號(hào)發(fā)生變化，當(dāng)信號(hào)PWM值增量大于10%時(shí)，判斷駐車機(jī)構(gòu)確實(shí)由disengaged位置往engaged位置方向移動(dòng)。

4）策略根據(jù)2）和3）的結(jié)果，判斷當(dāng)前系統(tǒng)是否確實(shí)在engaged狀態(tài)。

3 結(jié)論

本文基于汽車功能安全標(biāo)準(zhǔn)要求下，應(yīng)用雙駐車位置傳感器，通過(guò)信號(hào)的冗余相互驗(yàn)證，以提高系統(tǒng)的魯棒性。

而根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境、空間局限性及機(jī)械公差范圍大等情況，引入駐車位置傳感器新的策略，對(duì)本駐車系統(tǒng)的位置檢測(cè)策略開(kāi)發(fā)提供了一定的研究方法。