重型商用車AMT故障診斷技術(shù)研究

張　圓，孟俊煥

（德州學(xué)院，山東濟(jì)寧　253023）

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重型商用車AMT故障診斷技術(shù)研究

張圓，孟俊煥

（德州學(xué)院，山東濟(jì)寧253023）

摘要：AMT在幾種傳統(tǒng)的自動(dòng)變速器（AT、CVT、AMT）中AMT的性價(jià)比最高，是一種先進(jìn)的電控技術(shù)，廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)。AMT系統(tǒng)屬于車輛中最為重要和關(guān)鍵的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)開發(fā)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：重型商用車；AMT；故障診斷；電控技術(shù)

電控機(jī)械式自動(dòng)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)上加裝自動(dòng)換擋系統(tǒng)，采用變速器控制單元控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在幾種傳統(tǒng)的自動(dòng)變速器（AT、CVT、AMT）中AMT的性價(jià)比最高。它既具有液力自動(dòng)變速器自動(dòng)變速的優(yōu)點(diǎn)，又保留了原手動(dòng)變速器齒輪傳動(dòng)的效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造的長(zhǎng)處。尤其在城市大型公交車上，更適合中國(guó)國(guó)情，有著廣闊的市場(chǎng)和發(fā)展前景。AMT系統(tǒng)屬于車輛中最為重要和關(guān)鍵的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其進(jìn)行故障診斷系統(tǒng)開發(fā)具有重要意義。對(duì)AMT的開發(fā)已成為國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)。針對(duì)這一情況，本文結(jié)合某重型商用車，在對(duì)重型商用AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)自動(dòng)變速器（AMT）故障診斷技術(shù)進(jìn)行研究，以期對(duì)于AMT故障診斷技術(shù)的廣泛應(yīng)用起到一定的促進(jìn)作用。

1　重型商用車AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

AMT系統(tǒng)是結(jié)合變速器技術(shù)、電控技術(shù)、傳感器技術(shù)等于一體的技術(shù)，由于技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，而使得出現(xiàn)故障的可能性也比較大，存在一定的維修難度。重型商用車AMT故障診斷研究必須要先掌握AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

AMT也就是電控機(jī)械式自動(dòng)變速器，是基于機(jī)械手動(dòng)式變速器基本結(jié)構(gòu)不變的基礎(chǔ)上，利用增加相關(guān)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器的控制，從而完成變速器換擋，代替了人工操作，讓整個(gè)變速系統(tǒng)處于自動(dòng)化操作狀態(tài)。AMT功能可以大致用以下兩個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)，一方面是對(duì)車輛行駛中對(duì)車輛運(yùn)行情況、路況、駕駛員意圖等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；另一方面，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器的工作條件進(jìn)行協(xié)調(diào)，確保換擋時(shí)汽車性能指標(biāo)保持在最佳狀態(tài)。

圖1　AMT控制原理

AMT控制原理如圖1所示，具體是電控單元TCU按照駕駛員行駛意圖及汽車狀況，根據(jù)既定的規(guī)律，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，此過(guò)程中擺脫了駕駛?cè)说氖帜_操作，實(shí)現(xiàn)汽車換擋的自動(dòng)化。

具體而言，AMT控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括五個(gè)方面，分別是電控單元TCU、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器以及通信系統(tǒng)。其中最關(guān)鍵的部件是電控單元TCU，由各種傳感器把數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給TCU，對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，主控芯片MCU按照接收到的傳感器數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)既定規(guī)律條件的控制，控制信號(hào)傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。重型汽車AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　重型汽車AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2　AMT故障診斷技術(shù)概述

（1）故障診斷原則。①要對(duì)電控系統(tǒng)的電壓供給情況進(jìn)行檢查，如有問(wèn)題則會(huì)對(duì)AMT電控系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響，甚至導(dǎo)致一些功能無(wú)法執(zhí)行。②故障診斷程序是持續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)故障問(wèn)題，電控單元TCU會(huì)選擇對(duì)應(yīng)的解決措施。③AMT電控系統(tǒng)部件故障率較低，一般不會(huì)在一個(gè)診斷周期內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)元器件故障。假如TCU檢測(cè)到兩個(gè)及以上故障，則必須立即采取措施處理。

（2）故障診斷方法。①信號(hào)檢測(cè)診斷，利用TCU實(shí)時(shí)檢測(cè)的方法，對(duì)輸入信號(hào)的變化范圍、變化率等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而判斷故障所在。②解析冗余診斷，具體包括傳感器之間冗余和單個(gè)傳感器冗余。故障診斷過(guò)程中，要先對(duì)冗余關(guān)系部件進(jìn)行深入分析，這種方法快速有效，而且經(jīng)濟(jì)可靠。

3　重型商用車AMT故障診斷技術(shù)

重型商用車AMT故障類型大致可以歸類于以下三種，分別是TCU故障、傳感器故障、執(zhí)行器故障，三者之間保持一定的聯(lián)系，而且是分層次進(jìn)行。其中，TCU故障是最為嚴(yán)重的故障，如果TCU無(wú)法正常工作，那么傳感器故障和執(zhí)行器故障也無(wú)法診斷，AMT喪失自動(dòng)換擋的能力，如有必要?jiǎng)t要切換到人工干預(yù)控制方式；傳感器故障則會(huì)導(dǎo)致AMT無(wú)法根據(jù)靜定的控制策略運(yùn)行；TCU與傳感器均可以正常工作，才可以對(duì)執(zhí)行器故障進(jìn)行診斷。具體而言，AMT故障診斷流程圖如圖3所示。

圖3　AMT故障診斷流程

（1）TCU故障診斷及處理。TCU換擋過(guò)程中，動(dòng)力中斷，要盡可能快速換擋，要做好硬軟件與機(jī)械結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)。TCU信息來(lái)源于各個(gè)傳感器，具體包括數(shù)字式、模擬式、開關(guān)式傳感器等，由于TCU是AMT系統(tǒng)的關(guān)鍵，同時(shí)也是系統(tǒng)故障診斷的關(guān)鍵，假如TCU產(chǎn)生故障問(wèn)題，則會(huì)對(duì)AMT電控系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，無(wú)法正常開展故障診斷工作。換言之，TCU正常工作是AMT故障診斷工作的基礎(chǔ)，盡管其可靠性很高，但是一旦出現(xiàn)故障則會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

針對(duì)TCU故障問(wèn)題，為確保還能夠繼續(xù)運(yùn)行，要在控制系統(tǒng)中對(duì)后備應(yīng)急控制電路進(jìn)行設(shè)置，以代替故障電路。此時(shí)，車輛運(yùn)行狀況轉(zhuǎn)入到簡(jiǎn)單控制模式，以即定的控制信號(hào)，確保車輛能夠繼續(xù)前行。這種模式叫做“跛行”，故障情況下取代駕駛員輸入信號(hào)，使得油門開度不變，減小發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出，確保車輛能夠運(yùn)行到附近維修站。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷及處理。發(fā)動(dòng)機(jī)故障實(shí)際上分為ECU故障、傳感器故障、執(zhí)行器故障，首先要開展自診斷功能，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，以此判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀況，假如出現(xiàn)故障異常，故障燈亮起，查找故障碼即可以快速定位。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)診斷還可以利用向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令的方法進(jìn)行判斷，如果反饋結(jié)果和目標(biāo)情況不一致，則表示有異常情況。

針對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)故障，ECU發(fā)送相關(guān)故障碼，TCU接收故障碼，其中要區(qū)別可屏蔽故障碼和不可屏蔽故障碼，二者的區(qū)別在于是否需要立即處理，其中不可屏蔽故障必須要立即處理，運(yùn)行故障模式。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)通信故障，TCU應(yīng)當(dāng)保持在目前的檔位，CAN通信故障得以解決之前不能換擋。

（3）離合器系統(tǒng)故障診斷及處理。離合器系統(tǒng)故障診斷具體包括位置傳感器診斷、電磁閥驅(qū)動(dòng)診斷、分離過(guò)程診斷、接合過(guò)程診斷等。其中，位置傳感器診斷是按照離合器位置傳感器的輸出范圍及其特點(diǎn)，對(duì)離合器位置傳感器故障進(jìn)行診斷，具體是利用兩路輸出信號(hào)之和進(jìn)行診斷，具體流程比較復(fù)雜。電磁閥驅(qū)動(dòng)診斷是基于電流反饋功能，在其工作過(guò)程中對(duì)直流驅(qū)動(dòng)電磁閥開展故障診斷，以此判斷其有無(wú)故障問(wèn)題。

離合器系統(tǒng)故障問(wèn)題處理中，針對(duì)于位置傳感器診斷能夠通過(guò)主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速速差對(duì)其位置進(jìn)行計(jì)算，以及離合器使用開環(huán)控制的方式，在出現(xiàn)故障時(shí)，轉(zhuǎn)換到容錯(cuò)控制模式。電磁閥驅(qū)動(dòng)故障處理可以采取重新上電、容錯(cuò)控制等方式；離合器分離及結(jié)合故障，具體原因多種多樣，有可能是離合器長(zhǎng)時(shí)間工作，離合器相關(guān)部件磨損等原因。

（4）選換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)診斷及處理。重型商用車AMT選換擋機(jī)構(gòu)具體包括以下幾個(gè)部件，比如電機(jī)、傳感器、齒輪減速機(jī)構(gòu)等，AMT控制方面，待離合器分離，執(zhí)行機(jī)構(gòu)做出升降擋動(dòng)作，如果位置傳感器故障，則TCU無(wú)法故障定位，電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障問(wèn)題，則會(huì)直接造成無(wú)法換擋。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，有三種不同的情況：換擋傳感器、選檔傳感器其中一個(gè)有故障，或者是均有故障，具體情況具體分析。假如是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)異常而造成掛不上

檔，則可以將故障分為摘擋故障、選檔故障或者掛檔故障，任何一步出現(xiàn)故障問(wèn)題則向TCU發(fā)送報(bào)告。

4　結(jié)語(yǔ)

總而言之，AMT系統(tǒng)能夠解放駕駛員的左腳，讓汽車行駛過(guò)程變得更加輕松，而且確保車輛行駛中獲得動(dòng)力與燃油經(jīng)濟(jì)的平衡。然而，由于其系統(tǒng)復(fù)雜性而使得故障不斷，尤其是重型商用車AMT，更要對(duì)其AMT故障診斷技術(shù)開展相關(guān)研究工作。本文以AMT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理為基礎(chǔ)，對(duì)AMT系統(tǒng)有可能出現(xiàn)的故障問(wèn)題及診斷處理方法進(jìn)行研究，為重型商用車AMT相關(guān)研究水平起到一定的理論指導(dǎo)意義。

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Research on AMT Fault Diagnosis Technology of Heavy Commercial Vehicles

ZHANG Yuan，MENG Jun-huan
（Dezhou college，Jining，Shandong 253023，China）

Abstract:The AMT is an advanced electronic control technology among traditional automatic transmission such as AT，CVT and AMT.It is widely used in automobile industry.AMT system is the most important and critical driving system in automobile，thus the development of AMT fault diagnosis system has great significance.

Key words:heavy commercial vehicles；AMT；Fault diagnosis；Electric control technology

作者簡(jiǎn)介：張圓（1991-），男，山東濟(jì)南人，大學(xué)本科，主要研究方向:交通運(yùn)輸。

收稿日期：2016-01-16

中圖分類號(hào)：U472.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）02-0011-02