無級變速器轉速傳感器溫漂故障分析與排除

廖振偉 梁存通

摘 要：無級變速器（簡稱CVT）是指可以連續獲得變速范圍內任何傳動比的變速器，具備良好的駕駛平順性及燃油經濟性，為傳統燃油車動力優選組合。然而CVT獨特的傳動結構及轉速傳感器安裝方式，在冬季用車暖機時間較長時容易出現轉速傳感失效故障，本文將闡述該失效故障的根本原因及推薦的解決方案，謹供參考。

關鍵詞：無級變速器 轉速傳感器 溫漂 故障排除

1 CVT傳動結構及轉速傳感器介紹

如圖1所示來自發動機的動力輸入經液力變矩器（簡稱TC）渦輪軸傳遞至DNR離合器，而后根據換擋手柄選擇對應的離合器片將動力傳送至主動帶輪，主動帶輪與從動帶輪間通過金屬鋼帶進行動力傳遞，最終動力經由從動帶輪、輸出軸傳遞至整車的驅動輪。在此期間CVT通過調節主動帶輪與從動帶輪的半徑比值從而改變總傳動速比。

CVT內部安裝有渦輪轉速傳感器、主動輪轉速傳感器、從動輪轉速傳感器，它們分別安裝在TC渦輪軸信號輪、主動帶輪以及從動帶輪的信號輪上。當發動機運行時會帶動TC渦輪軸轉動，此時用戶未掛擋讓DNR離合器結合，主動帶輪和從動帶輪仍處于靜止狀態。

2 CVT轉速傳感器工作原理

CVT轉速傳感器為電流型霍爾式傳感器。如圖2所示，傳感器內部帶有永磁鐵和檢測磁場強度的霍爾芯片，當轉速傳感器正對信號輪的凸齒時，傳感器內部的永磁鐵與外部凸齒形成強磁場回路，傳感器感應到的磁場強度最大;反之當傳感器正對信號輪的凹齒時，傳感器內部的永磁鐵與外部凹齒形成弱磁場回路，傳感器感應到的磁場強度最小。隨著信號輪的轉動，轉速傳感器內部對信號進行調理后最終輸出與信號輪轉速相對應的頻率信號。

3 CVT轉速傳感器的自學習原理

轉速傳感器根據磁場強度變化來判斷信號輪的旋轉，但是不同種類的信號輪材質、尺寸、工作的環境溫度及信號輪到傳感器頭部的氣間隙都會影響磁場的強度，因此轉速傳感器不能根據固定的閾值來判斷信號輪旋轉是否旋轉。當前市場上的轉速傳感器均采用上電后自學習的方式獲取判斷信號輪旋轉帶來的磁場強度變化閾值。

隨著信號輪的轉動，轉速傳感器將獲取到最大磁場強度與最小的磁場強度，其平均值就是判斷磁場強度的閾值。當傳感器檢測到磁場強度大于閾值時則認為是信號輪的凸齒經過，反之則認為是信號輪的凹齒經過。強度的閾值是可根據磁場強度進行動態調整，但是調整的前提是磁場強度變化值要覆蓋原閾值。如圖3藍色線所示，雖然磁場強度在逐漸減弱，但閾值也在不斷更新，轉速傳感器同樣能夠檢測到信號輪的轉動。

4 溫度漂移引起的故障分析

我國北方冬季溫度較低，用戶會進行原地停車暖機操作，車輛停止時CVT主動帶輪會處于靜止狀態，如圖3紅色線所示，若此時轉速傳感器頭部恰好對著信號輪凸齒，傳感器獲取到了最大的磁場強度值，而后隨著暖機時間的增加傳感器環境溫度不斷地升高，傳感器內部永磁鐵的磁場強度會隨著溫度上升而急劇減弱，轉速傳感器的檢測到的磁場強度也隨之降低，但此時強度閾值仍停留在較高的位置。當車輛起步行駛時，轉速傳感器雖然檢測到磁場強弱變化，但是變化的幅度遠遠小于閾值，傳感器并不認為是信號輪轉動引起的磁場變化，造成即使信號輪不停地轉動，但是轉速傳感器卻無法檢測到轉速，造成整車CVT系統無法正常工作，嚴重的影響用戶車輛的使用。

5 解決方案分析效果驗證

根據上述情況，可知轉速傳感器失效根本原因是車輛起動后處于靜止狀態，轉速傳感器上電后無法獲取信號輪轉動時的磁場強度變化閾值，而后較長的暖機時間，造成轉速傳感器溫度會引起傳感器磁場的強度減弱。當磁場減弱超過一定程度，引起自學習閾值遠遠偏離信號輪轉動產生的磁場變化強度時，則轉速傳感器將被帶入自學習死區，轉速傳感器無法檢測轉速值，更嚴重的是進入死區后只能通過重新上電清除自學習閾值解決問題。

基于上述問題現象，制定了TCU軟件中增加轉速傳感器溫度變化監控功能的解決方案。首先軟件對CVT轉速傳感器溫度進行監測，當溫度變化接近導致溫漂失效的閾值時，TCU軟件將對處于靜止狀態的轉速傳感器供電進行復位操作，若當前轉速傳感器已讀取到轉速值，則無需對該轉速傳感器進行復位操作。如圖4所示，當監測到溫度變化Δt >x時，傳感器供電進行復位操作，當車輛行駛且轉速傳感器讀取到轉速值時，則復位功能將被抑制，保證行車過程中轉速傳感器工作不受復位操作影響。

對轉速傳感器供電進行復位操作，清除轉速傳感器內部的自學習閾值，保證溫度變化不會影響自學習閾值，從而避免轉速傳感器溫漂失效的故障。

6 結束語

本文中闡述的TCU軟件增加轉速傳感器溫度變化監控功能已在某型號的CVT變速器中廣泛應用，搭載該功能的CVT及整車經過了完整的整車道路耐久試驗、以及冬季與夏季惡劣環境試驗，充分證明了該方案能夠從源頭上解決了由溫度變化引起的轉速傳感器失效問題。不僅如此，針對由油溫變化引起的傳感器失效故障，本文中闡述的方案提供了寶貴的經驗借鑒。

參考文獻：

[1]林占江、林放 電子測量技術（第四版）電子工業出版社2019.

[2]Infineon-TLE4955C E2-DS-v01_01-EN，英飛凌TLE4955C芯片手冊.