汪震隆，胡成帥，李順波

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

對(duì)于汽車操縱而言，如果出現(xiàn)目標(biāo)方向擋位和實(shí)際方向擋位不一致，是比較危險(xiǎn)的情況，有可能造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失和生命安全威脅。這種情況主要出現(xiàn)在自動(dòng)擋車型中，工程實(shí)踐中，偶有發(fā)生。本文就從某車型開發(fā)過程遇到的此類案例進(jìn)行分析研究，提出一系列故障排查方法和解決措施，供相關(guān)從業(yè)人員參考。

1 問題描述

某試驗(yàn)車偶發(fā)出現(xiàn)掛前進(jìn)擋(D擋)車輛往后行駛問題，此時(shí)儀表顯示D擋，沒有故障提醒。故障出現(xiàn)后重新掛擋，發(fā)現(xiàn)掛D擋、R擋、N擋車輛都是往后行駛。通過長時(shí)間下電再上電，故障才恢復(fù)。

讀取車輛相關(guān)模塊故障碼，發(fā)現(xiàn)換擋執(zhí)行器TACM報(bào)了“系統(tǒng)內(nèi)部故障”故障碼（DTC）。

2 原因分析

2.1 換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)解析[1]

不同車型或不同變速器的換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，要排查該問題原因，首先對(duì)其換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。該車型換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

該變速器為液力自動(dòng)變速器，通過電子換擋器EGSM進(jìn)行換擋操縱。但變速器本身不帶自動(dòng)換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)，需通過外置的換擋執(zhí)行器TACM實(shí)現(xiàn)換擋。移庫換擋過程為：操縱EGSM，發(fā)出換擋動(dòng)作信號(hào)給動(dòng)力控制單元ECM，ECM經(jīng)過信號(hào)處理發(fā)出PRND擋位請(qǐng)求信號(hào)給TACM，TACM通過電機(jī)及其蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)變速器上面換擋軸旋轉(zhuǎn)。

圖2所示為變速器內(nèi)換擋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。上述換擋軸旋轉(zhuǎn)，通過換擋棘爪板帶動(dòng)手動(dòng)換擋閥軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油路切換以實(shí)現(xiàn)PRND移庫換擋。

圖2 變速器內(nèi)換擋系統(tǒng)

2.2 潛在原因分析[2-4]

在此例故障中，通過EGSM請(qǐng)求的是D擋，儀表顯示的也是D擋(擋位顯示信號(hào)來自ECM發(fā)的目標(biāo)擋位)，說明ECM接收EGSM操縱信號(hào)沒問題，ECM處理后發(fā)出的D擋請(qǐng)求信號(hào)也沒問題。

AT變速器移庫換擋是由手動(dòng)換擋閥位置決定的PRND擋位，車輛實(shí)際行駛方向?yàn)榈箵?，即可判定變速器?shí)際擋位為R擋，而實(shí)際讀取的TCM擋位信號(hào)也正是R擋。

通過上述分析，結(jié)合TACM報(bào)了系統(tǒng)內(nèi)部故障DTC，故障原因鎖定在TACM范圍內(nèi)，初步判定故障原因?yàn)門ACM卡在R擋位置。

針對(duì)TACM系統(tǒng)內(nèi)部故障DCT進(jìn)行故障樹分析，如圖3所示。

圖3 TACM故障FTA分析

電路板故障排查

針對(duì)電路板故障，做如下檢測分析。

1）對(duì)TACM進(jìn)行外觀檢測，結(jié)果正常。

2）對(duì)TACM換擋角度和換擋時(shí)間進(jìn)行臺(tái)架測試，結(jié)果正常。

3）對(duì)電路板進(jìn)行追溯，查驗(yàn)電路板單體測試報(bào)告、TACM總成下線測試報(bào)告，報(bào)告顯示無異常。

4）對(duì)TACM進(jìn)行電流測試，兩次電流都穩(wěn)定在68mA/12V，滿足標(biāo)準(zhǔn)（70±2）mA/12V，結(jié)果正常。

5）對(duì)TACM進(jìn)行臺(tái)架模擬掛擋測試，均能正常響應(yīng)掛擋，結(jié)果正常。

6）對(duì)供電電路、電機(jī)H橋電路和霍爾傳感器電路進(jìn)行X光檢測，如圖4所示，無異常。

圖4 X光檢測圖

通過以上分析，可以排除電路板故障。

TCAM軟件失效排查

TACM會(huì)進(jìn)行擋位自學(xué)習(xí)，并存儲(chǔ)在NVM中，以消除裝配誤差。如果該自學(xué)值丟失或存儲(chǔ)錯(cuò)誤，也可能導(dǎo)致掛擋錯(cuò)誤。此外，NVM也會(huì)記憶鑰匙上電次數(shù)。根據(jù)這一特性，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的DID診斷測試可判斷NVM是否失效。測試結(jié)果顯示，能讀取合理的自學(xué)習(xí)值及其狀態(tài)信息，可獲得與實(shí)際測試一樣的上電次數(shù)值及其狀態(tài)信息。由此判定軟件記憶存儲(chǔ)正常。

操作超時(shí)故障排查

1）機(jī)械卡滯檢測。如果因?yàn)門ACM機(jī)械部件故障，導(dǎo)致卡滯在某個(gè)位置，長時(shí)間不能恢復(fù)，也會(huì)報(bào)系統(tǒng)內(nèi)部故障。但通過功能測試，TACM可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，后續(xù)拆解也沒發(fā)現(xiàn)內(nèi)部部件異常情況。

2）低壓測試。在臺(tái)架上對(duì)TACM供電電壓進(jìn)行低壓設(shè)置，設(shè)為9V，電流限制在1A（此處模擬整車蓄電池虧電狀態(tài)）。測試發(fā)現(xiàn)從P到N擋過程中，會(huì)卡在PR之間，并報(bào)出系統(tǒng)內(nèi)部故障代碼。

此前對(duì)故障車輛進(jìn)行追溯時(shí)得知，該車長時(shí)間處于閑置狀態(tài)，當(dāng)天啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過啟動(dòng)困難，判斷車輛處于虧電狀態(tài)，這與臺(tái)架模擬測試結(jié)果吻合。

正向分析

參照?qǐng)D2變速器內(nèi)換擋系統(tǒng)，各擋掛擋力矩不同，基于功能安全考慮，P擋力矩最大。在車輛虧電時(shí)啟動(dòng)后立即掛D擋，此時(shí)在從P切換到D擋的過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)R擋位置時(shí)，因TACM換擋消耗電量大（P擋最大電流可以達(dá)到10A，正常在2A左右），電壓值被大幅拉低，蓄電池供電不足，導(dǎo)致TACM換擋到R位置，嘗試?yán)^續(xù)掛到N擋時(shí)，產(chǎn)生卡滯，超時(shí)出現(xiàn)DTC。此內(nèi)部故障DTC有其特殊性，即需要通過斷KL15進(jìn)入休眠后重新上電才能恢復(fù)功能。所以故障出現(xiàn)時(shí)，通過重新掛擋仍無法從R擋出來，必須長時(shí)間下電休眠后才能恢復(fù)掛擋。

到此排查出故障原因?yàn)榈蛪禾濍娨餞ACM掛擋卡滯。

3 解決措施及驗(yàn)證

針對(duì)低壓虧電導(dǎo)致的掛擋卡滯，解決措施分為兩方面：一方面優(yōu)化TACM低壓性能；另一方面是完善后處理，降低故障風(fēng)險(xiǎn)。其中，TACM的低壓性能通過重新選型電機(jī)解決。本文主要針對(duì)后處理措施進(jìn)行探討。

該試驗(yàn)車出現(xiàn)擋位卡滯后，一是沒有儀表提醒信息傳遞給用戶，二是沒有相應(yīng)安全監(jiān)控機(jī)制，三是故障無法自行恢復(fù)。這三方面都需要后處理優(yōu)化。

3.1 安全提醒

擋位提醒

ECM發(fā)給儀表顯示的是目標(biāo)擋位，此案例中儀表顯示目標(biāo)擋位D，但實(shí)際車輛往后行駛，所以需要故障發(fā)生時(shí)，將儀表擋位顯示切換到實(shí)際行駛方向擋位。ECM對(duì)擋位顯示信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化邏輯如圖5所示。

圖5 擋位顯示信號(hào)優(yōu)化邏輯

文字警報(bào)提醒

要求TACM發(fā)生上述卡滯故障時(shí)，發(fā)出對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤狀態(tài)標(biāo)志位給ECM，ECM根據(jù)該信號(hào)優(yōu)化儀表提醒信號(hào)邏輯，即收到TACM卡滯錯(cuò)誤狀態(tài)，發(fā)送文字提醒信號(hào)給儀表，儀表收到后彈出對(duì)應(yīng)文字，如：換擋異常，并伴隨警報(bào)聲，以提醒用戶查看儀表信息。

3.2 安全監(jiān)控

TCM安全監(jiān)控

TCM通過判斷目標(biāo)擋位和實(shí)際擋位不一致，打開擋位離合器進(jìn)行跳空擋操作，即通過切斷動(dòng)力傳遞規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生。

ECM安全監(jiān)控

ECM通過判斷目標(biāo)擋位和實(shí)際擋位不一致，從扭矩和加速度兩個(gè)維度進(jìn)行限扭控制，保證車輛在故障狀態(tài)踩油門踏板時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)。此為冗余設(shè)計(jì)方案。

3.3 故障恢復(fù)機(jī)制

TACM優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)部故障處理機(jī)制，要求出現(xiàn)此故障碼時(shí)，電壓恢復(fù)后，可自行恢復(fù)故障，以響應(yīng)用戶重新掛擋需求。

3.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過上述措施優(yōu)化后，實(shí)車更新ECM、TCM、TACM和儀表軟件，進(jìn)行測試。模擬復(fù)現(xiàn)故障，儀表擋位顯示在0.5s內(nèi)從D變?yōu)镽，隨后跳N擋，車輛動(dòng)力切斷，儀表文字提醒“換擋故障”。

4 結(jié)論

本文針對(duì)某試驗(yàn)車出現(xiàn)的掛擋故障，進(jìn)行潛在原因分析，并結(jié)合試驗(yàn)測試，最終確定故障主因。同時(shí)針對(duì)該故障的后處理進(jìn)行優(yōu)化，保證此類故障或其他原因?qū)е碌耐惞收袭a(chǎn)生后，能有相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，以最大化降低風(fēng)險(xiǎn)。通過本文的分析研究，對(duì)該類問題的優(yōu)化設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供一種思路，希望能有一定的實(shí)踐參考意義。