移庫換擋故障分析研究

汪震隆，胡成帥，李順波

（吉利汽車研究院（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

對于汽車操縱而言，如果出現目標方向擋位和實際方向擋位不一致，是比較危險的情況，有可能造成不可挽回的經濟損失和生命安全威脅。這種情況主要出現在自動擋車型中，工程實踐中，偶有發生。本文就從某車型開發過程遇到的此類案例進行分析研究，提出一系列故障排查方法和解決措施，供相關從業人員參考。

1 問題描述

某試驗車偶發出現掛前進擋(D擋)車輛往后行駛問題，此時儀表顯示D擋，沒有故障提醒。故障出現后重新掛擋，發現掛D擋、R擋、N擋車輛都是往后行駛。通過長時間下電再上電，故障才恢復。

讀取車輛相關模塊故障碼，發現換擋執行器TACM報了“系統內部故障”故障碼（DTC）。

2 原因分析

2.1 換擋系統結構解析[1]

不同車型或不同變速器的換擋系統結構有所區別，要排查該問題原因，首先對其換擋系統結構進行解析。該車型換擋系統結構示意圖如圖1所示。

圖1 換擋系統結構示意圖

該變速器為液力自動變速器，通過電子換擋器EGSM進行換擋操縱。但變速器本身不帶自動換擋執行機構，需通過外置的換擋執行器TACM實現換擋。移庫換擋過程為：操縱EGSM，發出換擋動作信號給動力控制單元ECM，ECM經過信號處理發出PRND擋位請求信號給TACM，TACM通過電機及其蝸輪蝸桿機構帶動變速器上面換擋軸旋轉。

圖2所示為變速器內換擋系統結構。上述換擋軸旋轉，通過換擋棘爪板帶動手動換擋閥軸向移動，實現油路切換以實現PRND移庫換擋。

圖2 變速器內換擋系統

2.2 潛在原因分析[2-4]

在此例故障中，通過EGSM請求的是D擋，儀表顯示的也是D擋(擋位顯示信號來自ECM發的目標擋位)，說明ECM接收EGSM操縱信號沒問題，ECM處理后發出的D擋請求信號也沒問題。

AT變速器移庫換擋是由手動換擋閥位置決定的PRND擋位，車輛實際行駛方向為倒擋，即可判定變速器實際擋位為R擋，而實際讀取的TCM擋位信號也正是R擋。

通過上述分析，結合TACM報了系統內部故障DTC，故障原因鎖定在TACM范圍內，初步判定故障原因為TACM卡在R擋位置。

針對TACM系統內部故障DCT進行故障樹分析，如圖3所示。

圖3 TACM故障FTA分析

電路板故障排查

針對電路板故障，做如下檢測分析。

1）對TACM進行外觀檢測，結果正常。

2）對TACM換擋角度和換擋時間進行臺架測試，結果正常。

3）對電路板進行追溯，查驗電路板單體測試報告、TACM總成下線測試報告，報告顯示無異常。

4）對TACM進行電流測試，兩次電流都穩定在68mA/12V，滿足標準（70±2）mA/12V，結果正常。

5）對TACM進行臺架模擬掛擋測試，均能正常響應掛擋，結果正常。

6）對供電電路、電機H橋電路和霍爾傳感器電路進行X光檢測，如圖4所示，無異常。

圖4 X光檢測圖

通過以上分析，可以排除電路板故障。

TCAM軟件失效排查

TACM會進行擋位自學習，并存儲在NVM中，以消除裝配誤差。如果該自學值丟失或存儲錯誤，也可能導致掛擋錯誤。此外，NVM也會記憶鑰匙上電次數。根據這一特性，進行對應的DID診斷測試可判斷NVM是否失效。測試結果顯示，能讀取合理的自學習值及其狀態信息，可獲得與實際測試一樣的上電次數值及其狀態信息。由此判定軟件記憶存儲正常。

操作超時故障排查

1）機械卡滯檢測。如果因為TACM機械部件故障，導致卡滯在某個位置，長時間不能恢復，也會報系統內部故障。但通過功能測試，TACM可正常運轉，后續拆解也沒發現內部部件異常情況。

2）低壓測試。在臺架上對TACM供電電壓進行低壓設置，設為9V，電流限制在1A（此處模擬整車蓄電池虧電狀態）。測試發現從P到N擋過程中，會卡在PR之間，并報出系統內部故障代碼。

此前對故障車輛進行追溯時得知，該車長時間處于閑置狀態，當天啟動時出現過啟動困難，判斷車輛處于虧電狀態，這與臺架模擬測試結果吻合。

正向分析

參照圖2變速器內換擋系統，各擋掛擋力矩不同，基于功能安全考慮，P擋力矩最大。在車輛虧電時啟動后立即掛D擋，此時在從P切換到D擋的過程中，當到達R擋位置時，因TACM換擋消耗電量大（P擋最大電流可以達到10A，正常在2A左右），電壓值被大幅拉低，蓄電池供電不足，導致TACM換擋到R位置，嘗試繼續掛到N擋時，產生卡滯，超時出現DTC。此內部故障DTC有其特殊性，即需要通過斷KL15進入休眠后重新上電才能恢復功能。所以故障出現時，通過重新掛擋仍無法從R擋出來，必須長時間下電休眠后才能恢復掛擋。

到此排查出故障原因為低壓虧電引起TACM掛擋卡滯。

3 解決措施及驗證

針對低壓虧電導致的掛擋卡滯，解決措施分為兩方面：一方面優化TACM低壓性能；另一方面是完善后處理，降低故障風險。其中，TACM的低壓性能通過重新選型電機解決。本文主要針對后處理措施進行探討。

該試驗車出現擋位卡滯后，一是沒有儀表提醒信息傳遞給用戶，二是沒有相應安全監控機制，三是故障無法自行恢復。這三方面都需要后處理優化。

3.1 安全提醒

擋位提醒

ECM發給儀表顯示的是目標擋位，此案例中儀表顯示目標擋位D，但實際車輛往后行駛，所以需要故障發生時，將儀表擋位顯示切換到實際行駛方向擋位。ECM對擋位顯示信號進行優化，優化邏輯如圖5所示。

圖5 擋位顯示信號優化邏輯

文字警報提醒

要求TACM發生上述卡滯故障時，發出對應的錯誤狀態標志位給ECM，ECM根據該信號優化儀表提醒信號邏輯，即收到TACM卡滯錯誤狀態，發送文字提醒信號給儀表，儀表收到后彈出對應文字，如：換擋異常，并伴隨警報聲，以提醒用戶查看儀表信息。

3.2 安全監控

TCM安全監控

TCM通過判斷目標擋位和實際擋位不一致，打開擋位離合器進行跳空擋操作，即通過切斷動力傳遞規避風險發生。

ECM安全監控

ECM通過判斷目標擋位和實際擋位不一致，從扭矩和加速度兩個維度進行限扭控制，保證車輛在故障狀態踩油門踏板時降低風險。此為冗余設計方案。

3.3 故障恢復機制

TACM優化系統內部故障處理機制，要求出現此故障碼時，電壓恢復后，可自行恢復故障，以響應用戶重新掛擋需求。

3.4 試驗驗證

通過上述措施優化后，實車更新ECM、TCM、TACM和儀表軟件，進行測試。模擬復現故障，儀表擋位顯示在0.5s內從D變為R，隨后跳N擋，車輛動力切斷，儀表文字提醒“換擋故障”。

4 結論

本文針對某試驗車出現的掛擋故障，進行潛在原因分析，并結合試驗測試，最終確定故障主因。同時針對該故障的后處理進行優化，保證此類故障或其他原因導致的同類故障產生后，能有相應的保護機制，以最大化降低風險。通過本文的分析研究，對該類問題的優化設計和驗證提供一種思路，希望能有一定的實踐參考意義。