濕式雙離合自動(dòng)變速器轉(zhuǎn)速傳感器的診斷調(diào)試

李明

西安雙特智能傳動(dòng)有限公司 陜西西安 710119

隨著汽車的發(fā)展和控制技術(shù)的日新月異，用來監(jiān)控和檢測各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的傳感器也日漸成熟，并在汽車上廣泛應(yīng)用。

濕式雙離合變速器（簡稱DCT）作為市場主流的變速器產(chǎn)品，在變速器內(nèi)部安裝有油溫傳感器、位置傳感器、壓力傳感器以及轉(zhuǎn)速傳感器。其中油溫傳感器、位置傳感器、壓力傳感器為模擬傳感器，轉(zhuǎn)速傳感器為脈沖傳感器，使用這些傳感器監(jiān)控變速器中部件的運(yùn)行。在變速器運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速傳感器具有重要作用。變速器控制器（簡稱TCU）可對轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和診斷，保證變速器安全可靠的情況下運(yùn)行。

朱倩等[1]介紹了霍爾傳感器在變速器中的工作原理和工作方式以及測量方法，重點(diǎn)說明與TCU匹配處理信號(hào)的方式和與TCU硬件連接方式；馬培義等[2]基于V形開發(fā)流程介紹離合器溫度診斷和處理要求，分析了雙離合器自動(dòng)變速器離合器溫度診斷和處理系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能，并設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)這些功能的控制策略，建立了離合器溫度診斷和處理系統(tǒng)模型，并利用Targetlink工具生成的代碼與底層接口函數(shù)進(jìn)行集成、編譯、刷寫到TCU中，并用CANape進(jìn)行調(diào)試測試滿足要求；王祺明等[3]介紹節(jié)氣門踏板信號(hào)診斷和處理要求，分析了雙離合器自動(dòng)變速器離合器節(jié)氣門踏板信號(hào)診斷和處理系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能，并設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)這些功能的控制策略，使用HIL硬件在環(huán)測試驗(yàn)證該離合器診斷和處理程序功能正確；轉(zhuǎn)速傳感器是重要的部件，需要對轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行診斷。

變速器轉(zhuǎn)速傳感器故障也均有相應(yīng)的診斷技術(shù)，有助于提高變速器轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷準(zhǔn)確率，提高故障處理效果，標(biāo)定工程師整車上進(jìn)行標(biāo)定工作，使整車在性能上達(dá)到預(yù)期要求。DCT轉(zhuǎn)速傳感器的診斷方法及處理方法可以作為指導(dǎo)判斷軸轉(zhuǎn)速傳感器故障的依據(jù)以及針對相應(yīng)故障的處理措施，確保雙離合器自動(dòng)變速器的正常工作，提高安全性能。

本文的重點(diǎn)是DCT 轉(zhuǎn)速傳感器故障診斷和診斷策略驗(yàn)證，故文章在闡述汽車轉(zhuǎn)速傳感器的原理和診斷故障需求之后，對于變速器轉(zhuǎn)速傳感器故障及其診斷方法的控制策略進(jìn)行了研究，并實(shí)際在整車中模擬復(fù)現(xiàn)故障，驗(yàn)證診斷的策略邏輯。

轉(zhuǎn)速傳感器在DCT中工作環(huán)境

轉(zhuǎn)速傳感器通過在變速器中采集輸入軸的轉(zhuǎn)速信號(hào)，測量變速器運(yùn)行過程中相關(guān)部件的工作狀態(tài)，并轉(zhuǎn)為自動(dòng)變速器控制單元（TCU) 可處理的電信號(hào)。轉(zhuǎn)速傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、無觸點(diǎn)、可靠性高、溫度性能好、壽命長及耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)[4]，適用于運(yùn)行環(huán)境多變的自動(dòng)變速器中。軸轉(zhuǎn)速信號(hào)對濕式DCT控制和安全性起著重要的作用。

DCT變速器包含電子控制模塊和液壓執(zhí)行模塊，雙離合器根據(jù)軟件的控制，在液壓執(zhí)行模塊的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行結(jié)合和釋放，完成變速器中轉(zhuǎn)速流的傳遞：發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪→離合器→變速器輸入軸→變速器輸出軸→差速器→半軸→車輪。

在D C T中，發(fā)動(dòng)機(jī)將輸入轉(zhuǎn)速從飛輪傳到離合器，離合器連接輸入軸1和輸入軸2，再通過撥叉掛入響應(yīng)擋位最終將轉(zhuǎn)速傳到車輪。轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)面對應(yīng)在輸入軸1和輸入軸2固定連接的感應(yīng)輪齒而固定在殼體上。變速器的工作極限溫度為-40～150℃，轉(zhuǎn)速傳感器應(yīng)具有在該溫度下正常工作的特性。

轉(zhuǎn)速傳感器診斷需求分析

轉(zhuǎn)速傳感器診斷及處理需求分析見表1。

表1 轉(zhuǎn)速傳感器診斷及處理需求

根據(jù)上述需求，可以概括出轉(zhuǎn)速傳感器診斷及處理方法，如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)速傳感器診斷及處理流程

1）轉(zhuǎn)速傳感器工作正常，采集數(shù)據(jù)值正常且合理，轉(zhuǎn)速傳感器無故障

2）當(dāng)測量到轉(zhuǎn)速傳感器引出針腳信號(hào)線電壓對供電線路電壓等于8V，此時(shí)為對電短路故障。

3）當(dāng)測量到轉(zhuǎn)速傳感器引出針腳信號(hào)線電壓對GND電壓等于0V，此時(shí)為對地短路故障。

4）當(dāng)測量到轉(zhuǎn)速傳感器引出針腳信號(hào)線與供電線路的電壓等于8V且引出針腳信號(hào)線電壓對GND電壓等于0V，此時(shí)測量針腳信號(hào)線與供電線路的電阻為很大值，為開路故障。

5）當(dāng)傳感器無硬件故障時(shí)，如果軸轉(zhuǎn)速的變化梯度很大，為了保護(hù)軸而設(shè)定一個(gè)最大梯度值，為轉(zhuǎn)速變化梯度過大故障。

6）當(dāng)傳感器無硬件故障時(shí)，如果軸轉(zhuǎn)速很大，為了保護(hù)軸設(shè)定一個(gè)最大轉(zhuǎn)速值，為轉(zhuǎn)速超過最大值故障。

7）當(dāng)傳感器無硬件故障時(shí)，如果軸轉(zhuǎn)速在測量過程中不符合設(shè)定的要求，此時(shí)為不匹配故障。

軟件架構(gòu)

根據(jù)以上描述的診斷需求，設(shè)計(jì)軟件處理信號(hào)過程架構(gòu)如圖2所示。

圖2 軟件處理信號(hào)過程

其中：

1）信號(hào)輸入：包含傳感器采集的原始信號(hào)。

2）信號(hào)處理：將采集信號(hào)轉(zhuǎn)換為TCU控制信號(hào)。

3）信號(hào)診斷：通過閾值判斷來判斷是否觸發(fā)故障模式。

4）故障處理：根據(jù)診斷需求對故障做出處理，作出替代策略。

5）信號(hào)輸出：對外輸出信號(hào)，使變速器按照需求既定的狀態(tài)運(yùn)行。

傳感器的信號(hào)經(jīng)過輸入→處理→診斷→輸出的過程，完成對傳感器的診斷過程，確保傳感器可以正常工作。

故障診斷功能策略設(shè)計(jì)

本文主要對轉(zhuǎn)速傳感器的診斷和處理關(guān)鍵控制策略進(jìn)行介紹。

當(dāng)變速器突然有電氣故障時(shí)，檢測到的底層傳感器信號(hào)與底層值對比報(bào)出相應(yīng)的電氣故障。當(dāng)沒有電氣故障變速器正常工作時(shí)，檢測轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)在限定的時(shí)間內(nèi)，檢測轉(zhuǎn)速傳感器的故障，并根據(jù)檢測到的轉(zhuǎn)速傳感器的故障將轉(zhuǎn)速傳感器的故障報(bào)出。

1）輸入軸傳感器對電短路故障診斷邏輯如圖3所示。

圖3 電短路故障診斷邏輯

采集傳感器的信號(hào)輸入控制單元，通過采集的信號(hào)值與控制器控制常量中對電短路故障的值相等時(shí)，就會(huì)報(bào)出對電短路的故障，輸出診斷信號(hào)。當(dāng)采集的信號(hào)值與底層中對電短路故障的值不相等時(shí)，即不存在對電短路故障。

2）輸入軸傳感器對地短路故障診斷邏輯如圖4所示。

圖4 對地短路故障診斷邏輯

采集傳感器的信號(hào)輸入控制單元，當(dāng)采集的信號(hào)值與控制器控制常量中對地短路故障的值相等時(shí)，就會(huì)報(bào)出對地短路的故障，輸出診斷信號(hào)。當(dāng)采集的信號(hào)值與底層中對地短路故障的值不相等時(shí)，即不存在對地短路故障。

3）輸入軸傳感器開路故障診斷邏輯如圖5所示。

圖5 開路故障診斷邏輯

采集傳感器的信號(hào)輸入控制單元，當(dāng)采集的信號(hào)值與控制器控制常量中開路故障的值相等時(shí)，就會(huì)報(bào)出開路的故障，輸出診斷信號(hào)。當(dāng)采集的信號(hào)值與底層中開路故障的值不相等時(shí)，即不存在開路故障。

4）輸入軸傳感器轉(zhuǎn)速過大診斷邏輯如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)速過大診斷邏輯

采集信號(hào)輸入控制單元，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制單元內(nèi)部信號(hào)，信號(hào)的值的大小與輸入軸最大軸速診斷的閾值進(jìn)行比較，通常這個(gè)閾值可以標(biāo)定。標(biāo)定設(shè)置一個(gè)合理的數(shù)值，一方面可以保證硬件安全，另一方面可以正常滿足駕駛需求。當(dāng)采集信號(hào)值大于標(biāo)定量所限制的最大值時(shí)，此時(shí)應(yīng)該判斷為輸入軸轉(zhuǎn)速過高的故障，將故障進(jìn)行輸出，報(bào)出故障。當(dāng)軸速小于標(biāo)定量時(shí)不觸發(fā)此故障。

5）輸入軸傳感器轉(zhuǎn)速變化梯度過大故障診斷邏輯如圖7所示。

圖7 轉(zhuǎn)速變化梯度過大故障診斷邏輯

采集信號(hào)輸入控制單元，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制單元內(nèi)部信號(hào)，通過信號(hào)計(jì)算出輸入軸轉(zhuǎn)速變換梯度值后對這個(gè)變換梯度進(jìn)行閾值診斷，通常這個(gè)閾值是可以標(biāo)定的。當(dāng)采集信號(hào)值大于標(biāo)定量所限制的最大值時(shí)，且超過限定時(shí)間此時(shí)應(yīng)該判斷為輸入軸轉(zhuǎn)速變換梯度過大的故障，并將故障進(jìn)行輸出，報(bào)出故障。當(dāng)軸速小于標(biāo)定量時(shí)不觸發(fā)此故障。

6）輸入軸傳感器轉(zhuǎn)速不匹配故障診斷邏輯如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)速不匹配故障診斷邏輯

采集信號(hào)輸入控制單元，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制單元內(nèi)部信號(hào)，對于輸入軸1的轉(zhuǎn)速信號(hào)要與輸入軸2的轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速以及車輛車速信號(hào)進(jìn)行匹配。如果計(jì)算的數(shù)值之間存在偏差且不能夠忽略（偏差值可以通過標(biāo)定控制），超過診斷時(shí)間后就判斷為輸入軸轉(zhuǎn)速不匹配故障，對故障進(jìn)行處理后輸出故障信號(hào)。如果一切正常，則不報(bào)故障。

根據(jù)軟件架構(gòu)和功能策略，使用M A T L A B和simulink完成模型設(shè)計(jì)，輸出滿足測試要求的仿真模型；使用targetlink工具將simulink模型轉(zhuǎn)化生成代碼完成a2l的文件，在編譯環(huán)境下編譯可執(zhí)行的s19文件；利用刷寫工具將s19刷入整車TCU后即可在整車進(jìn)行調(diào)試和測試。

診斷過程實(shí)車驗(yàn)證

為了驗(yàn)證模型控制策略，利用Canape進(jìn)行整車數(shù)據(jù)采集。在軟件中集成上述的診斷需求的邏輯判斷，生成控制軟件以及標(biāo)定數(shù)據(jù)刷入整車中進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證過程可以通過斷路盒人為制造一些硬件故障，如對電短路、對地短路和開路，通過連接采集測試用開發(fā)型TCU控制器的信號(hào)來驗(yàn)證是否會(huì)報(bào)出對電短路，對地短路以及開路故障等故障。

具體操作方法為：將TCU控制器與整車之間加裝斷路盒，斷路盒具備所有變速器內(nèi)部電氣元件的針腳，通過對照元件針腳定義表確定針腳的具體定義。測試時(shí)通過將針腳對電短接、對地短接和拔掉針腳，來制造對電短路、對地短路和開路的故障。對于轉(zhuǎn)速過高、轉(zhuǎn)速變化梯度過大和轉(zhuǎn)速不匹配等故障可以通過人為更改標(biāo)定閾值來更容易地制造故障，驗(yàn)證是否會(huì)依據(jù)邏輯報(bào)出故障。

使用測試的實(shí)車為某款試驗(yàn)車，動(dòng)力匹配裝備濕式6DCT變速器，使用開發(fā)型TCU控制器，可以實(shí)時(shí)采集TCU內(nèi)部數(shù)據(jù)也可以實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)試。采集設(shè)備為CanapeVN1640A，在Canape軟件中加入與刷入TCU的S19數(shù)據(jù)匹配的a2l即可開始采集和調(diào)試。通過診斷DCT變速器中輸入軸1的轉(zhuǎn)速傳感器來驗(yàn)證診斷是否有效，并且報(bào)出故障作出措施。

1.診斷轉(zhuǎn)速傳感器對電短路實(shí)車測試采集

使用Canape 連接車輛TCU進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，車輛正常。對轉(zhuǎn)速傳感器的對電短路進(jìn)行故障觸發(fā)，需要將TCU斷路盒的對應(yīng)輸入軸1轉(zhuǎn)速傳感器引腳端與供電端短接，短接后，采集信號(hào)可以看出，此時(shí)顯示故障代碼1937，即為對電短路故障。此時(shí)進(jìn)入故障模式，故障表現(xiàn)為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時(shí)擋位只能處于偶數(shù)軸擋位上，通過人為制造對電短路故障驗(yàn)證傳感器的診斷邏輯，按照邏輯策略報(bào)出故障碼執(zhí)行故障策略。

2.診斷轉(zhuǎn)速傳感器對地短路實(shí)車測試采集

對轉(zhuǎn)速傳感器的對地短路進(jìn)行故障觸發(fā)，需要將TCU斷路盒的對應(yīng)輸入軸1轉(zhuǎn)速傳感器引腳端與GND端短接。短接后，采集信號(hào)可以看出，在將轉(zhuǎn)速傳感器的引線接到GND時(shí)，此時(shí)就會(huì)報(bào)出故障代碼5911，即為對地短路故障，此時(shí)進(jìn)入故障模式，故障表現(xiàn)為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時(shí)檔位只能處于偶數(shù)軸擋位上，通過人為制造對地短路故障驗(yàn)證傳感器的診斷邏輯，按照邏輯策略報(bào)出故障碼執(zhí)行故障策略。

3.診斷轉(zhuǎn)速傳感器開路實(shí)車測試采集

對轉(zhuǎn)速傳感器的開路故障進(jìn)行故障觸發(fā)，需要將TCU斷路盒的對應(yīng)輸入軸1轉(zhuǎn)速傳感器引腳端拔掉，造成斷點(diǎn)。采集信號(hào)可以看出，在將轉(zhuǎn)速傳感器的針腳拔掉，造成接點(diǎn)斷路，此時(shí)就會(huì)報(bào)出故障代碼5912，即為開路故障，此時(shí)進(jìn)入故障模式，故障表現(xiàn)為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時(shí)擋位只能處于偶數(shù)軸擋位上，通過人為制造開路故障驗(yàn)證傳感器的診斷邏輯，按照邏輯策略報(bào)出故障碼執(zhí)行故障策略。

4.輸入軸傳感器轉(zhuǎn)速過大診斷邏輯實(shí)車測試采集

使用Canape采集信號(hào)中可以看出，在開始時(shí)修改診斷的閾值，將值調(diào)至2000使故障更容易觸發(fā)，當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開始提升至2000r/min時(shí)，此時(shí)TCU檢測到輸入軸轉(zhuǎn)高于診斷的設(shè)定值，報(bào)出故障代碼6066，即為報(bào)出轉(zhuǎn)速過高故障。此時(shí)進(jìn)入故障模式，故障表現(xiàn)為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時(shí)擋位只能處于偶數(shù)軸擋位上。通過人為模擬故障條件驗(yàn)證診斷邏輯。

5.輸入軸傳感器轉(zhuǎn)速變化梯度過大實(shí)車測試采集

使用Canape采集信號(hào)中可以看出，在開始時(shí)修改診斷的閾值，將值調(diào)至10使故障更容易觸發(fā)。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速隨著駕駛開始變化時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)比設(shè)定閾值大的變化率時(shí)，此時(shí)TCU檢測到輸入軸轉(zhuǎn)速變化率高于診斷的設(shè)定值，報(bào)出故障代碼5914，即為轉(zhuǎn)速變化率過高故障。此時(shí)進(jìn)入故障模式，故障表現(xiàn)為變速器故障燈亮，輸入軸1軸失效，此時(shí)擋位只能處于偶數(shù)軸擋位上。通過人為模擬故障條件驗(yàn)證診斷邏輯。

6.診斷輸入軸傳感器轉(zhuǎn)速不匹配故障實(shí)車測試采集

使用Canape采集信號(hào)中可以看出，在開始時(shí)修改標(biāo)定量，使觸發(fā)故障條件更容易滿足。當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速隨著駕駛開始變化時(shí)，當(dāng)TCU檢測到輸入軸1轉(zhuǎn)速與輸入軸 2轉(zhuǎn)速和輸入軸1轉(zhuǎn)速與輸出軸轉(zhuǎn)速出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)報(bào)出故障代碼1938，即為輸入軸1轉(zhuǎn)速傳感器不匹配故障，進(jìn)入故障模式。故障表現(xiàn)為變速器故障燈亮，輸入軸1失效，此時(shí)擋位只能處于偶數(shù)軸擋位上。

結(jié)語

本文通過對轉(zhuǎn)速傳感器診斷的需求，分析滿足該要求控制程序需要滿足的功能，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制策略，依據(jù)此功能策略軟件刷寫到TCU中。同時(shí)開放標(biāo)定參數(shù)，用Canape 標(biāo)定工具對控制程序進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行故障模擬采集，經(jīng)對測試結(jié)果的分析，驗(yàn)證該轉(zhuǎn)速傳感器的診斷和處理程序功能正確，能夠應(yīng)用到整車軟件功能中。