一種重型汽車(chē)自動(dòng)變速器取力器的控制方法

趙玉超，郭 鵬，劉子輝，張文斌，吳立香

（中國(guó)重汽集團(tuán)技術(shù)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南 250103）

一種重型汽車(chē)自動(dòng)變速器取力器的控制方法

趙玉超，郭 鵬，劉子輝，張文斌，吳立香

（中國(guó)重汽集團(tuán)技術(shù)發(fā)展中心，山東 濟(jì)南 250103）

提出一種重型汽車(chē)AMT自動(dòng)變速器的取力器的控制方法，詳細(xì)闡述其控制過(guò)程中的字節(jié)定義，翹板開(kāi)關(guān)、車(chē)身控制單元、變速器控制單元等控制過(guò)程。

中國(guó)重汽；自動(dòng)變速器；取力器

現(xiàn)有市場(chǎng)上很多重型車(chē)輛都裝配了帶有取力器裝置的變速器。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力，可以通過(guò)取力器裝置輸送給上裝系統(tǒng)，來(lái)滿(mǎn)足其動(dòng)力要求。傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器車(chē)型，駕駛員通過(guò)踩下離合器踏板使副軸轉(zhuǎn)速降低，再操作取力器開(kāi)關(guān)來(lái)掛入取力器。但是電控機(jī)械式自動(dòng)變速器車(chē)輛 （AMT車(chē)輛）沒(méi)有離合器踏板，因此不能用傳統(tǒng)的操作方法使離合器分離，如果離合器一直處于結(jié)合狀態(tài)，強(qiáng)行掛入取力器的話(huà)會(huì)造成齒輪磨損，需要先把離合器分開(kāi)，待變速器輸入軸轉(zhuǎn)速降低后，才能掛入取力器。摘下取力器時(shí)同樣也需要先分離離合器。但是自動(dòng)擋車(chē)輛沒(méi)有裝配離合器踏板，如何斷開(kāi)傳動(dòng)鏈來(lái)掛入取力器就成為了一個(gè)難題。

本文介紹一種遠(yuǎn)程控制離合器的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)鏈的斷開(kāi)和結(jié)合，然后就可以順利掛入和退出取力器裝置了。

1 車(chē)輛電氣系統(tǒng)架構(gòu)

整車(chē)電氣系統(tǒng)包括車(chē)身控制單元 （BCU）、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元 （ECU）、變速器控制單元 （TCU）等幾個(gè)部分。車(chē)身控制單元負(fù)責(zé)車(chē)身信號(hào)處理和儀表顯示功能，同時(shí)兼顧取力器 （PTO）控制功能。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元負(fù)責(zé)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴射管理外，還具有遠(yuǎn)程油門(mén)控制模式。在這種模式下，駕駛員可以遠(yuǎn)程操作PTO旋鈕開(kāi)關(guān)，來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，省去反復(fù)進(jìn)出駕駛室來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

變速器控制單元負(fù)責(zé)變速器擋位切換和離合器控制功能，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速、載重等情況，合理地選擇進(jìn)行擋位切換，來(lái)保證車(chē)輛加速性和燃油經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)變速器控制單元還能響應(yīng)遠(yuǎn)程 （變速器控制1）TC1報(bào)文，根據(jù)遠(yuǎn)程請(qǐng)求命令來(lái)控制離合器分離結(jié)合和擋位切換。

作為開(kāi)啟取力器功能的取力器翹板開(kāi)關(guān)，同時(shí)連接到車(chē)身控制單元和發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)，取力器輸入信號(hào)同時(shí)送給車(chē)身控制單元和發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元。兩個(gè)控制單元接收到輸入信號(hào)后，會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的控制流程。

2 控制流程

取力器控制流程如圖1所示。

車(chē)身控制單元一直讀取取力器翹板開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)控車(chē)速信號(hào)、擋位信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。當(dāng)翹板開(kāi)關(guān)按下時(shí)，車(chē)身控制單元判斷此時(shí)車(chē)輛是否處于靜止?fàn)顟B(tài)條件，同時(shí)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和變速器擋位是否在空擋，如果有一個(gè)條件不滿(mǎn)足，將在儀表面板顯示取力器操作無(wú)效。

當(dāng)車(chē)身控制單元判斷車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和當(dāng)前擋位信號(hào)3個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)，車(chē)身BCU將發(fā)送CAN報(bào)文來(lái)遠(yuǎn)程控制離合器分離，降低輸入軸轉(zhuǎn)速，從而減小同步轉(zhuǎn)速差避免掛入打齒和噪聲。

圖1 取力器控制流程圖

車(chē)身控制單元發(fā)送的遠(yuǎn)程CAN信息，是SAE J1939協(xié)議中的Transmission Control 1（變速器控制單元）的報(bào)文，具體見(jiàn)表1。

表1 變速器控制單元報(bào)文

2.1 遠(yuǎn)程控制第2字節(jié)定義

在遠(yuǎn)程控制離合器中，用到了第2字節(jié)Requested Percent Clutch Slip（請(qǐng)求離合器滑移率百分比），意思是請(qǐng)求離合器分離。在SAE J1939中是這樣定義該字節(jié)的：Parameter which represents the percent clutch slip requested by a device.（該參數(shù)可以通過(guò)其他設(shè)備來(lái)遠(yuǎn)程請(qǐng)求離合器滑移率百分比）；Data Length（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）：1 byte（1字節(jié)）；Resolution（分辨率）：0.4%／bit（位），0 offset（補(bǔ)償）；Data Range（數(shù)據(jù)范圍）：0 to 100%；Operational Range（運(yùn)行范圍）：same as data range（與數(shù)據(jù)范圍一致）；PGN （參數(shù)組標(biāo)號(hào)）：256。

當(dāng)車(chē)身控制單元請(qǐng)求離合器滑移率100%的時(shí)候，變速器控制單元就會(huì)打開(kāi)離合器，來(lái)斷開(kāi)傳動(dòng)鏈；當(dāng)請(qǐng)求離合器滑移率0%的時(shí)候，變速器控制單元就會(huì)結(jié)合離合器，來(lái)閉合傳動(dòng)鏈。

2.2 遠(yuǎn)程控制第3字節(jié)定義

第3字節(jié)Transmission Requested Gear（請(qǐng)求變速器擋位），在SAEJ1939標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義該字節(jié)的：Gearrequested by the operator， ABS， orengine（ABS或者發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元可能會(huì)請(qǐng)求擋位控制）；Negative values are reverse gears，positive values are forward gears，zero is neutral，and parameter specific indicators are listed below （請(qǐng)求負(fù)值表示掛倒擋，正值表示掛前進(jìn)擋，零表示掛空擋，還有一些其他特殊定義如下）：0xFD（253 dec）=Hold current gear（保持當(dāng)前擋位）；0xFC（252 dec）=Forward Drive Position（前進(jìn)擋方向）；0xFB （251 dec）=‘Park’position（駐車(chē)制動(dòng)）； 0xFA （250 dec） =Forward‘Low’ position（前進(jìn)擋低擋區(qū)）；0xF9（249 dec）= Upshift 1 gear from current position（升1擋）；0xF8（248 dec）=Upshift 2 gears from current position（升2擋 ）； 0xF7（247 dec） =Downshift1 gearfrom currentposition （降 1擋 ）； 0xF6（246 dec） = Downshift 2 gears from current position（降2擋）。

在取力器控制環(huán)節(jié)中用到了該字節(jié)的0xFD保持當(dāng)前擋位的信號(hào)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)激活時(shí)會(huì)限制變速器擋位，來(lái)保證可以安全地控制離合器結(jié)合和分離。

2.3 遠(yuǎn)程控制第6字節(jié)定義

第6字節(jié)Transmission Mode 1（變速器模式1），該字節(jié)在SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)中是如下定義的：Indicates whether transmission mode 1 is enabled.Modes are manufacturer specific and are not necessarily mutually exclusive（該字節(jié)表示變速器1模式是否處于激活狀態(tài)，大都是主機(jī)廠自定義來(lái)應(yīng)用該字節(jié)的）；00 Disable（關(guān)閉）；01 Enable（激活）；10 Reserved（預(yù)留）；11 Take no action （無(wú)動(dòng)作）；Data Length（數(shù)據(jù)長(zhǎng)度）： 2 bits（位）； Resolution（分辨率）： 4 states／2 bit，0 offset；Data Range（數(shù)據(jù)范圍）：0 to 3；PGN 256（參數(shù)組編號(hào)）。

該字節(jié)是PTO控制的總開(kāi)關(guān)，當(dāng)值為1時(shí)，表示開(kāi)啟PTO控制模式，變速器控制單元會(huì)響應(yīng)擋位請(qǐng)求和離合器控制請(qǐng)求；當(dāng)此值為0時(shí)，表示關(guān)閉PTO控制模式，變速器控制單元不再響應(yīng)擋位請(qǐng)求和離合器控制請(qǐng)求。

3 控制過(guò)程

3.1 翹板開(kāi)關(guān)控制

當(dāng)取力器翹板開(kāi)關(guān)按下，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和車(chē)身控制單元會(huì)判斷以下3個(gè)條件是否滿(mǎn)足：①發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；②車(chē)輛靜止；③變速器處于空擋。當(dāng)3個(gè)條件都滿(mǎn)足時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元會(huì)進(jìn)入遠(yuǎn)程油門(mén)控制模式，在這種模式下，遠(yuǎn)程PTO旋鈕接管了油門(mén)踏板，可以通過(guò)室外PTO旋鈕來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)車(chē)身控制單元檢測(cè)到上述3個(gè)條件滿(mǎn)足時(shí)，就會(huì)發(fā)送控制離合器分離的命令，具體CAN報(bào)文內(nèi)容如下。

TC1（變速器控制1）報(bào)文：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear=FD，保持當(dāng)前擋位；Requested Percent Clutch Slip=FA，請(qǐng)求離合器分離。

3.2 車(chē)身控制單元控制

當(dāng)變速器控制單元接收到上述命令后，將不再響應(yīng)手柄的換擋請(qǐng)求，變速器擋位將保持空擋，不能切換到其他擋位，離合器會(huì)從結(jié)合位置慢慢分離。 車(chē)身控制單元會(huì)一直讀取離合器的狀態(tài)，離合器的狀態(tài)可以通過(guò)變速器控制發(fā)送的ETC1報(bào)文來(lái)獲得，此CAN報(bào)文的第4字節(jié)percentcluthslip（離合器滑移率）代表離合器的位置狀態(tài)。此值是通過(guò)計(jì)算得出的，具體計(jì)算方法是：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與變速器輸入軸轉(zhuǎn)速的差值，再除以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)此值為0%時(shí)，表示輸入軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速完全同步，沒(méi)有轉(zhuǎn)速差，也就意味著離合器此時(shí)處于完全結(jié)合的狀態(tài)；當(dāng)此值為100%時(shí)，意味著輸入軸已停止運(yùn)轉(zhuǎn)，離合器處于完全分離的狀態(tài)。車(chē)身控制單元監(jiān)控離合器滑移率，如果在限定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有達(dá)到指定的滑移率，也就意味著輸入軸轉(zhuǎn)速太高，滑套的同步轉(zhuǎn)速差太大，在這種情況下強(qiáng)行掛入取力器話(huà)，就會(huì)造成很大的嚙合打齒聲，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)機(jī)械齒輪造成損傷。為了保障取力器的使用壽命，車(chē)身控制單元 （BCU）會(huì)選擇終止對(duì)離合器的控制，具體控制的CAN報(bào)文如下。

TC1（變速器控制1）：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear= FF，取消擋位請(qǐng)求；Requested Percent Clutch Slip= FF，取消離合器限制。

3.3 變速器控制單元控制

當(dāng)變速器控制單元接收到上述命令后，就會(huì)取消接收遠(yuǎn)程控制，離合器會(huì)從分離位置慢慢恢復(fù)到結(jié)合狀態(tài)，同時(shí)換擋手柄可以進(jìn)行擋位切換控制。在發(fā)送上述控制命令的同時(shí)，儀表屏幕上將顯示取力器嚙合無(wú)效的提示信息。

如果在限定時(shí)間內(nèi)離合器可以達(dá)到請(qǐng)求的滑移率，車(chē)身控制單元就會(huì)驅(qū)動(dòng)取力器電磁閥動(dòng)作，來(lái)促動(dòng)取力器機(jī)構(gòu)動(dòng)作。同時(shí)解除換擋限制和離合器控制，并請(qǐng)求變速器只能在低擋區(qū)換擋，具體的控制信號(hào)如下。

TC1（變速器控制1）：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear= FA， 低擋區(qū)換擋限制；Requested Percent Clutch Slip=FF，取消離合器限制。

當(dāng)變速器控制器收到以上報(bào)文時(shí)，就會(huì)限定只能在低擋區(qū)換擋，同時(shí)收回離合器控制權(quán)。操作換擋手柄后變速器控制器只允許掛入低擋區(qū)的擋位，從而達(dá)到保護(hù)取力器機(jī)構(gòu)的目的。車(chē)身控制單元驅(qū)動(dòng)電磁閥后，會(huì)一直監(jiān)控取力器到位信號(hào)開(kāi)關(guān)，如果在設(shè)定時(shí)間內(nèi)取力器嚙合到位，車(chē)身控制單元將停止驅(qū)動(dòng)取力器電磁閥，并在儀表屏幕上顯示取力器正在工作的提示信息；如果取力器沒(méi)有在設(shè)定時(shí)間內(nèi)收到到位信號(hào)，車(chē)身控制單元將停止驅(qū)動(dòng)取力器電磁閥，同時(shí)儀表屏幕上顯示取力器嚙合失敗的提示信息。

當(dāng)車(chē)身控制單元檢測(cè)到翹板開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，將發(fā)送停止控制離合器的CAN報(bào)文，具體如下。

TC1（變速器控制1）：Transmission Mode 1（變速器控制模式1）=00；Transmission Requested Gear= FF，取消換擋限制請(qǐng)求；Requested Percent Clutch Slip=FF，取消離合器控制。

當(dāng)變速器控制器接收到上述報(bào)文后，將收回離合器控制器權(quán)并解除擋位限制，恢復(fù)到正常行駛模式。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元監(jiān)控到PTO翹板開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，將退出遠(yuǎn)程油門(mén)模式，遠(yuǎn)程PTO旋鈕將不再起作用，只能通過(guò)油門(mén)踏板來(lái)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。完成這輪PTO控制巡航后，車(chē)身控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器將持續(xù)監(jiān)控取力器翹板開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，等待下一輪的操作請(qǐng)求。

4 總結(jié)

通過(guò)上述的控制方法，解決了在自動(dòng)擋車(chē)輛沒(méi)有離合器踏板的情況下，無(wú)法掛入取力器的難題。這種控制方法的好處在于不增加原有車(chē)輛成本，也不改變?cè)熊?chē)輛結(jié)構(gòu)，通過(guò)遠(yuǎn)程CAN通信來(lái)控制離合器來(lái)掛入取力器，而且在控制環(huán)節(jié)中加入了車(chē)輛安全條件判定，安全、穩(wěn)定、可靠，具有實(shí)際推廣意義。

（編輯 心 翔）

PTO Control Method of an Automatic Gearbox

ZHAO Yu-chao，GUO Peng，LIU Zi-hui，ZHANG Wen-bin；WU Li-xiang
（Research and Development center，China National Heavy Duty Truck Group Co.，Ltd.，Jinan 250103 China）

The author puts forward a PTO control method on an automatic gearbox，and demonstrates its control processes like byte definition，rocker switch，vehicle control unit and gear control unit.

CNHTC；automatic gearbox；PTO

U463.212.34

A

1003－8639（2016）10－0022－03

2016-03-25；

2016-03-31

趙玉超 （1982-），男，工程師，主要從事手自一體電控系統(tǒng)的研發(fā)工作；郭鵬 （1983-），男，工程師，主要從事車(chē)輛控制器的研發(fā)工作；劉子輝 （1982-），男，工程師，主要從事車(chē)輛控制器的研發(fā)工作；張文斌 （1970-），男，高級(jí)工程師，主要從事整車(chē)電控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作；吳立香 （1979-），女，工程師，主要從事手自一體電控系統(tǒng)的研發(fā)工作。