DCT軟件中位置傳感器故障限值的制定

王宇征，張友皇，黃強，王維

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DCT軟件中位置傳感器故障限值的制定

王宇征，張友皇，黃強，王維

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

文章主要講述了如何制定濕式雙離合自動變速器中的位置傳感器的故障限值。首先通過理論分析得到對位置傳感器輸出的影響因素，然后通過理論計算得到正常輸出的限值，將此限值作為故障判定的初步限值，并根據后續工廠的下線統計數據和實際測試結果對其進行優化，最終得到合適的故障判定限值。

濕式雙離合自動變速器；位置傳感器；限值；故障診斷

引言

位置傳感器是濕式雙離合自動變速器（DCT）中關鍵零部件之一。位置傳感器通過檢測撥叉磁鐵位置，向變速箱控制單元（TCU）輸入撥叉的位置信息，為TCU的下一步動作提供依據。如果位置傳感器或者撥叉出現故障，TCU應能識別出位置傳感器的錯誤信息并采取措施。若變速箱未能及時識別出位置傳感器或撥叉的故障，將有可能導致檔位的錯誤結合、意外脫檔、甚至齒軸損壞等嚴重后果。因此，需要在TCU控制軟件中，制定位置傳感器的故障限值，當超出限值時，TCU判定位置傳感器或撥叉等零部件中出現故障，報出故障并采取故障措施，確保車輛的正常行駛。

1 限值制定的分析

無論是位置傳感器發生故障，還是撥叉發生故障，最終反饋給TCU的只有位置傳感器的輸出的異常。因此，需要明確位置傳感器正常的范圍，其邊界即是判定是否發生故障的限值。

對于位置傳感器來說，整個撥叉位置采集系統中的誤差均會對其輸出產生影響，不考慮實際操作的裝配誤差，主要分為以下兩類：

1.1 機械誤差

1.2 采集系統誤差

其中，機械誤差包括：

（1）撥叉的行程誤差；

（2）傳感器與磁鐵的尺寸鏈誤差；

采集系統誤差包括：

（1）供電誤差；

（2）磁鐵誤差；

（3）傳感器誤差；

（4）TCU采樣誤差。

其中，撥叉整個行程中只有在兩個在檔位置和中間位置是固定的，此時位置傳感器輸出固定；其余位置均運動通過，無法估計行程誤差，因此，撥叉的行程誤差只能針對這三個位置進行分析計算。

其余誤差我們可以通過設計時的尺寸鏈計算與傳感器和磁鐵的spec定義來計算出確定的結果，此結果即為位置傳感器的輸出限值。

2 限值制定的過程

以某款濕式DCT的1/3檔為例，根據以上的分析，計算位置傳感器的輸出限值。

2.1 機械誤差

（1）撥叉的行程誤差

對于1/3檔來說，撥叉確定的位置為1檔在檔位置、中間位置、3檔在檔位置。由于撥叉與各組件存在設計公差，因此對于每個位置來說，撥叉的行程均存在一定的誤差，具體誤差大小如下：

表1 1/3檔行程誤差

（2）傳感器與磁鐵的尺寸鏈誤差

由于位置傳感器與磁鐵本身尺寸有設計公差，裝配時基準也會變換，因此最終裝配好的撥叉與磁鐵之間存在尺寸鏈誤差，如下圖所示：

a0：撥叉磁鐵中心與位置傳感器中心距離 a1：傳感器中心距離到基準面距離 a2：磁鐵中心到撥叉定位面距離 a3：撥叉定位面到基準面距離

帶入實際的尺寸數據：

a0上公差=a2上公差+a3上公差-a1下公差=0.3+0.25-（-0.22）=0.77mm

a0下公差=a2下公差+a3下公差-a1上公差=-0.3-0.17- 0.14=-0.63mm

即位置傳感器與磁鐵的尺寸鏈上誤差為+0.77mm，下誤差為-0.63mm

對于這兩部分機械誤差來說，在最極限的情況下，兩部分上下誤差是完全疊加的。因此，計算出總的機械誤差為：

表2 1/3檔總機械誤差

2.2 采集系統誤差

位置傳感器為5V供電輸入，10%～90%百分比輸出，對應量程-15mm～15mm，即磁鐵位置在-15mm處時，位置傳感器輸出0.5V（10%）；磁鐵位置在15mm處時，位置傳感器輸出4.5V（90%），當位置超過±15mm時，傳感器輸出不會超出10%和90%。

（1）供電誤差

位置傳感器為供電電壓的百分比輸出，傳感器的供電電壓的變化會引起位置傳感器輸出的變化。此款DCT使用的TCU提供給傳感器的供電電壓為5±0.1V，即位置傳感器的VCC=5±0.1V。

（2）磁鐵誤差

磁鐵供應商以標準位置傳感器檢測磁鐵時的輸出誤差作為評價磁鐵的標準，根據磁鐵的spec定義，下線時磁鐵的合格標準為±1%VCC。

（3）傳感器誤差

傳感器供應商以檢測標準磁鐵的輸出誤差作為評價傳感器的標準，根據位置傳感器的spec定義，下線時傳感器的合格標準為±1%VCC。

（4）TCU采樣誤差

TCU采集位置傳感器輸出電壓時會存在一定的采樣誤差，該誤差是無法避免的。此款DCT使用的TCU采樣誤差為0.005V。

綜合以上的信息，系統的采集誤差為：

上誤差=（5+0.1）*（1%+1%）+0.005+0.1*輸出百分比=（0.107+0.1*輸出百分比）V；

下誤差=-（5+0.1）*（1%+1%）-0.005-0.1*輸出百分比=-（0.107+0.1*輸出百分比）V。

對應的行程為：

上誤差=（0.107+0.1*輸出百分比）/4*30=7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）mm；

下誤差=-（0.107+0.1*輸出百分比）/4*30=-7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）mm。

2.3 傳感器輸出限值

（1）1檔在檔位置：

行程上限值=-12.33+7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=-11.3991mm

行程下限值=-14.93-7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=-15.8089mm

對應位置傳感器輸出電壓值：

電壓上限值=0.98V

電壓下限值=0.49V（行程超出-15mm，輸出百分比固定為10%，供電電壓最小4.9V）

（2）中間位置：

行程上限值=2.07+7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=3.2889mm

行程下限值=-1.88-7.5*（0.107-0.1*輸出百分比）=-3.0199mm

對應位置傳感器輸出電壓值：

電壓上限值=2.94V

電壓下限值=2.10V

（3）3檔在檔位置

行程上限值=15.1+7.5*（0.107+0.1*輸出百分比）=16.5795mm

行程下限值=12.42-7.5*（0.107-0.1*輸出百分比）=10.9941mm

對應位置傳感器輸出電壓值：

電壓上限值=4.59V（行程超出15mm，輸出百分比固定為90%，供電電壓最大5.1V）

電壓下限值=3.97V

根據以上計算結果，得到理論上，撥叉行程和位置傳感器的輸出范圍為：

表3 1/3檔位置傳感器輸出范圍

所以，對于該DCT的1/3檔位置傳感器輸出電壓，在1檔位置時，故障限值為0.49V和0.98V；中間位置時，故障限值為2.10V和2.94V；3檔位置時，故障限值為3.97V和4.59V。如果位置傳感器輸出超出所在位置的限值，則認為“撥叉——磁鐵——傳感器——TCU”整個過程中，必定存在故障現象，需要TCU報出故障并采取措施。

3 限值的實際應用

通過計算得到的理論上位置傳感器的輸出限值，可以有以下應用：

（1）將其作為故障診斷限值，當有零部件出現故障時，TCU可以及時報出故障，并采取后續的故障措施。

（2）將計算的故障限值作為工廠下線的初期檢測標準，確保變速箱下線質量合格。

（3）待變速箱零部件生產和組裝穩定后，在下線檢測環節統計位置傳感器在在檔位置和中間位置的實際輸出數據，得到6σ分布圖，根據6σ分布圖，可以進一步收緊限值范圍，提高產品下線質量。

（4）將更新后的故障診斷限值進行整車試驗驗證，確認其效果，如會漏報故障，則重新擴大限值范圍，最終可優化到合適的故障診斷限值。

4 總結

本文通過分析和計算得到了理論上DCT中位置傳感器的輸出限值，并將其作為軟件故障診斷的限值和工廠的下線檢測限值，當位置傳感器輸出超過限值時，則可以確認變速箱中出現故障。同時講述了后續對故障診斷限值的優化手段，對軟件設置故障診斷條件提供了理論基礎。

[1] 熊詩波,黃長藝.機械工程測試技術基礎[M].北京:機械工業出版社, 2006.

Development of position sensor fault limits in DCT software

Wang Yuzheng, Zhang Youhuang, Huang Qiang, Wang Wei

( Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This article narrates the way to making a fault diagnosis limiting value of the position sensor of the Wet Dual Clutch Transmission. First obtain the reasons of influencing the output of the position sensor in theory. Then calculate the limiting value when the position sensor works normally, and regard the value as the preliminary fault diagnosis limiting value. Finally, optimize the limiting value by the statistical data of factories and test results, and get the best value.

Wet Dual Clutch Transmission; position sensor; Limiting value; Fault diagnosis

U463.212

B

1671-7988(2018)24-111-03

U463.212

B

1671-7988(2018)24-111-03

王宇征，男,（1995.2-），2016年畢業于大連理工大學，學士。現就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司，擔任助理工程師，主要從事DCT變速器傳感器開發。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.040