某自動擋車型制動前竄故障分析與改進

李儒龍 張春嬌 沈 波 丁濟凡 陳衛(wèi)方

（東風汽車公司技術(shù)中心）

1 前言

發(fā)動機與自動變速器之間的扭矩匹配是否良好，是影響自動擋車型駕駛是否平順以及變速器壽命大小的關鍵因素之一。

某自主品牌自動擋車型自上市后，約有10%的客戶反映在等紅綠燈時會出現(xiàn)“制動前竄”的現(xiàn)象，甚至會由此引發(fā)追尾等交通事故。公司質(zhì)量部門針對該問題更換過發(fā)動機、ECU、自動變速器總成、TCU、發(fā)動機線束、機艙線束等所有可能相關的零部件，也清洗過節(jié)氣門、進氣歧管，但均無法消除故障，因此排除該故障是由零部件質(zhì)量問題造成的可能性。

為徹底解決上述質(zhì)量問題，本文從發(fā)動機與自動變速器的扭矩匹配入手，通過CAN網(wǎng)關、ECU參數(shù)標定等技術(shù)手段對故障根本原因進行分析。

2 制動前竄故障分析

為了摸清故障現(xiàn)象，使用INCA采集發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器渦輪轉(zhuǎn)速、換擋信號和制動等信號，如圖1所示。

由圖1可以看出，在駕駛員進行制動后，發(fā)動機轉(zhuǎn)速和渦輪轉(zhuǎn)速逐漸降低，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速降至1300r/min時變速器出現(xiàn)換擋（由1擋升至2擋），轉(zhuǎn)速迅速被拉低至600 r/min后又迅速沖高至1200 r/min，而發(fā)動機目標怠速為820 r/min。雖然整個過程中渦輪轉(zhuǎn)速（即車速）并沒有明顯上升的現(xiàn)象，但發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降到上升的時間只有不到1s，而且上升的幅度較大，讓駕駛員有突然加速的感覺。以上即為制動前竄的故障現(xiàn)象。

2.1 TCU換擋策略分析

由于故障過程中存在換擋（特別是升擋），有可能造成整車將發(fā)動機轉(zhuǎn)速拉低，因此先對自動變速器的換擋策略進行分析。其換擋曲線如圖2所示，可以看出換擋規(guī)律與其他自動擋車型較為類似[1，2]，無異常之處。嘗試適當提高1擋切換2擋的車速，最終也沒有解決問題，故換擋規(guī)律并非制動前竄故障的根本原因，需要對ECU控制策略進行進一步分析。

2.2 ECU與TCU的匹配分析

對故障過程的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、扭矩、節(jié)氣門開度等參數(shù)進行記錄，發(fā)現(xiàn)在發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然下跌的過程中伴隨有節(jié)氣門開度明顯關小的現(xiàn)象，與此同時ECU扭矩干涉標志位B_mdein置1，如圖3所示。B_mdein置1標志著發(fā)動機與變速器出現(xiàn)扭矩干涉，即發(fā)動機當前扭矩超出了變速器最大扭矩限值的要求。通過對ECU控制策略的分析，發(fā)現(xiàn)一旦出現(xiàn)扭矩干涉，ECU將不會進行發(fā)動機怠速PID控制，即不會對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速下降采取任何補救措施，因此導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速急劇降低。

通過對ECU和TCU的控制策略進行分析，發(fā)現(xiàn)導致ECU判定扭矩干涉的過程如下:

a. 按照TCU現(xiàn)有的控制策略，ECU將發(fā)動機指示扭矩Ti減去發(fā)動機阻力矩Tf后得到發(fā)動機有效扭矩Te，然后通過CAN總線發(fā)送給TCU；

b.TCU接收到Te后直接賦值給變量Te_max（變速器最大有效扭矩限值）和Te_des(變速器需求有效扭矩)，通過CAN返回給ECU；

c.ECU在收到TCU發(fā)回的Te_max和Te_des之后，在此基礎上加上發(fā)動機阻力矩Tf，得到Ti_max（變速器最大指示扭矩限值）和Ti_des（變速器需求指示扭矩）。

經(jīng)過上述過程后，理論上3個變量Ti、Ti_max、Ti_des等值，但是由于CAN網(wǎng)絡定義時變量Te、Te_max和Te_des的精度為最大扭矩的0.5%，遠低于ECU內(nèi)部變量Ti的精度，而小于0.5%的部分被清零，從而導致經(jīng)過上述過程后變速器最大指示扭矩限值Ti_max實際上比發(fā)動機當前指示扭矩Ti小，由此ECU認為發(fā)動機發(fā)出的扭矩超出了變速器的最大限制扭矩，從而進入扭矩干涉模式，不對轉(zhuǎn)速下跌進行補償。

可見，TCU在與ECU進行匹配的過程中沒有考慮到CAN信號精度的影響，這可能是造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然下降的原因。為了證實該假設，需要對相關控制策略進行更改。

由于在沒有足夠證據(jù)的情況下無法得到TCU供應商的支持，無法對TCU軟件進行更改，因此采用了一種替代方案，即使用CANoe和CANcase搭建一個CAN網(wǎng)關，按照需要使用CAPL語言對TCU發(fā)送給ECU的數(shù)據(jù)進行更改[3]。具體方案為在制動、低轉(zhuǎn)速、換擋等3個條件同時成立時分別將Te_max和Te_des增大5%和1.5%。該方案主要針對制動前竄故障出現(xiàn)的工況，對其他運行工況無直接影響。

采用上述方案后，扭矩干涉現(xiàn)象消除。對整車進行測試并記錄數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖4所示。實施前轉(zhuǎn)速最低下降到550 r/min，實施后最低只下降到650 r/min，即發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然下降現(xiàn)象有了一定程度的緩解，可見上述設想成立，但是發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然上升的現(xiàn)象并沒有得到解決。

為了找出造成發(fā)動機轉(zhuǎn)速突然上升的原因，對測量數(shù)據(jù)進行進一步分析，發(fā)現(xiàn)在ECU扭矩控制中的液力變矩器阻力補償扭矩Tc可能是造成轉(zhuǎn)速突然上升的主要原因，如圖5所示，其計算方法為:

式中，nt為渦輪轉(zhuǎn)速；ns為發(fā)動機目標怠速轉(zhuǎn)速；toil為變速器油溫；f_TurbDec_MAP為隨著渦輪轉(zhuǎn)速變化的阻力扭矩計算MAP；f_OilCon_MAP為隨著變速器油溫變化的阻力扭矩計算MAP。

此計算方法為博世公司的控制系統(tǒng)經(jīng)驗，通過對f_TurbDec_MAP和f_OilCon_MAP的標定來實現(xiàn)對不同變速器的匹配。

由圖5可以看出，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升的過程中，Tc也從0上升到最大（發(fā)動機最大扭矩的5%）。ECU在進行怠速PID的同時，由于Tc的增大造成發(fā)動機負荷快速增加，可能會導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速上升。

為了驗證上述設想，通過INCA標定設備將參數(shù)f_TurbDec_MAP全部設成0，即不對液力變矩器的阻力進行開環(huán)補償。采用該方案后結(jié)果如圖6所示，可見更改Tc后發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升幅度降低，方案有效。但是從圖6也可以看出發(fā)動機轉(zhuǎn)速有輕微波動，并未隨目標怠速轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，會給駕駛員一種不舒適的感覺。

2.3 ECU怠速控制分析和改進

為了進一步提升駕駛舒適性，對ECU的怠速控制策略進行分析，包括節(jié)氣門和點火角的PID控制。通過對節(jié)氣門和點火角的控制參數(shù)進行重新標定，使點火角和節(jié)氣門的響應更加迅速，最終使發(fā)動機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)下降，制動前竄故障得到徹底解決。

3 制動前竄故障的最終解決方案

由于故障原因經(jīng)過充分的分析和驗證被證實，TCU及ECU供應商均同意進行配合，即對TCU進行軟件更改，對ECU進行標定參數(shù)更改，形成了最終的解決方案:

a.更改ECU標定參數(shù):更改變速器扭矩匹配參數(shù)，即將變速器阻力扭矩計算MAP（f_Turb-Dec_MAP）設為0；同時更改節(jié)氣門、點火角PID控制參數(shù)。

b. 更改TCU軟件 （更改CAN信號輸出）:制動、低轉(zhuǎn)速、換擋時，變速器需求有效扭矩Te_des增加1.5%，變速器最大有效扭矩限值Te_max增加5%。

為了避免采取上述解決方案之后車輛在市場上出現(xiàn)新問題，安排5輛試驗車按照正常駕駛習慣在武漢市區(qū)（低海拔）進行為期半年的實車驗證試驗，期間沒有出現(xiàn)制動前竄故障，同時也沒有出現(xiàn)其他異常，說明該解決方案在低海拔地區(qū)可行。

另外，由于將液力變矩器補償扭矩Tc設為0，導致在高原地區(qū)有熄火的風險，因此安排車輛在高原地區(qū)（最高至昆侖山口，海拔4767m）進行實車試驗，試驗結(jié)果表明采用本方案后制動前竄現(xiàn)象亦有明顯改善，且未見異常熄火等不良現(xiàn)象，說明上述解決方案在高海拔地區(qū)也可行，且無其他副作用。

4 結(jié)束語

本文所面對的制動前竄故障為發(fā)動機與變速器的扭矩匹配問題，其與ECU及TCU兩者都相關，單純改進任何一方均不能解決問題。以CAN網(wǎng)關技術(shù)作為突破口，避免了對TCU供應商的技術(shù)依賴，同時通過對ECU相關參數(shù)的重新標定匹配，找出了制動前竄故障的主要原因，并制定了最終的解決方案，使故障得到徹底消除。

1 趙仁杰,時勝杰.賽歐轎車AF13-4型自動變速器電控原理與換擋曲線分析.內(nèi)蒙古公路與運輸.2003,78（1）:41～43.

2 程道然.景逸汽車自動變速器建模及換擋規(guī)律研究.北京汽車,2008,（3）:39～44.

3 王闖,張鳳登.基于CAPL的車載CAN網(wǎng)絡設計與仿真.自動化與儀器儀表,2010,（4）:48～51.