53自动变速器换挡杆电子控制器故障诊断算法研究
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53自动变速器换挡杆电子控制器故障诊断算法研究
自动变速器换挡杆电子控制器故障诊断算法研究；黄蒙，吴光强（同济大学汽车学院）；摘要：本文对自动变速器换档杆电控系统进行了研究，；Abstract:Inthispaperauto；关键词：自动变速器换档杆；控制器设计；故障诊断；然而，传统方法无法对换档杆的过渡位置进行检测；0序言；目前业内主流车用自动变速器主要使用液压系统驱动换；随着汽车电子技术的发展，更加先
自动变速器换挡杆电子控制器故障诊断算法研究黄 蒙，吴光强（同济大学汽车学院）摘要：本文对自动变速器换档杆电控系统进行了研究，提出了一种非接触式换档杆位置检测方案，设计并制作了样机。作者着重对控制器可能存在的故障进行了分析以及对出现故障之后如何检测、过滤和故障诊断的算法进行了研究。最后使用Labview软件平台和数据采集卡搭建了一套测试系统，验证了控制器功能的合理性和有效性。Abstract: In this paper auto-transmission shift lever electronic controls were studied. The author proposed a non-contact shift lever position detection method and designed the electronic controller hardware system. This paper mainly focused on the entire system possible failure modes analysis and presented the fault detection, filtration, diagnosis algorithms in the software. Tthe author made up a test system with LabVIEW8.6 and data acquisition device to verify that the algorithm was reasonable and effective.关键词：自动变速器换档杆；控制器设计；故障诊断然而，传统方法无法对换档杆的过渡位置进行检测。本文在其基础上进行了改进，通过增加一个霍尔传感器、改变传感器位置分布和触发磁铁的尺寸，改变了输出信号的编码规则，控制器除能检测换档杆固定位置之外还能检测其移动过程中的瞬态位置（例如P-R档的中间位置），从而更加迅速地得知驾驶员意图，为进一步提升换档速度和提高自动变速器控制精度提供了可能。改进方案如图1右图所示，系统依照P、R、N、D、2（强制2档）顺序设置了五个杆位[2]。0序言目前业内主流车用自动变速器主要使用液压系统驱动换档元件，换档杆通过一根钢索控制自动变速器的相关零件，在驾驶员和液压控制机构的换档滑阀之间建立了一种机械联系。除完成换档杆位置的实时监测外，换档杆控制器还同车身多个控制器相关联，参与完成了发动机启动电机控制、仪表盘杆位信息显示以及P档锁止等多项控制功能[1]。其可靠性直接关系到自动挡汽车的性能和行车安全。随着汽车电子技术的发展，更加先进的“shift-by-wire”线控换挡技术正逐渐得到应用，目前在高档豪华轿车领域已有逐步取代传统机械换挡拉索的趋势。因而对换档杆控制器检测原理和控制算法的研究就显得更为重要。1检测方案的提出换档杆控制器最主要的功能是检测换档杆位置并将信号发送至自动变速器电子控制单元（Transmission Control Unit，简称TCU）。目前常用的非接触式检测方法是在换档杆操纵机构对应位置装设霍尔传感器，在换档杆装设永磁铁。5个档位对应5个传感器，如图1左图所示。当换档杆在操纵机构内滑动时，磁铁磁场强度覆盖范围内的传感器会被触发，不同的杆位触发不同的传感器，产生不同的信号。?处理器读入传感器的6位2进制编码信号，以图1右图所示的D位置为例：传感器D、E被磁铁触发输出为0，其它输出为1，可得D杆位编码为111001（传感器A为编码左起位），同理可得其它位置的编码。控制器检测到对应的编码，即可识别对应的杆位。此外，处理器采集到6位传感器信号收稿日期： 编码之后将其转换为4位码，以减少与TCU端口连接线缆的数量。4位2进制码共可以表达16种状态信息，换档杆位置共有5个固定位、4个过渡位共9种情况，剩余7种情况用于系统的故障诊断信号，数量上可以满足功能要求。2系统可靠性分析本系统微处理器选用了美国飞思卡尔公司汽车级8位单片机MC9S08AC16。工作温度范围-40°C―+125°C，性能稳定可靠。传感器使用ALEEGRO公司3141 THRL型霍尔元件作为传感器。工作温度范围-40°C―+150°C，性能满足汽车级环境要求。然而，即使元件参数和电路设计符合工况要求，实际使用过程中，也不能排除控制器程序因为偶然的外界干扰而发生错误的可能，传感器也可能会随着时间的推移和环境的扰动发生失效。对于关系到行车安全的关键安全系统我们需要对元件可能的失效模式和效果进行分析[3]，控制设计阶段应考虑故障情况而设计相关的预案。当某一个传感器或者微处理器发生故障之后，系统首先应能保持稳定，其次应能分析故障产生的大致原因并存储相应的故障码，便于后续维修人员通过专业设备查找故障。从时间表现来看，元件失效可以描述为永久失效、瞬态失效、间歇失效等[4]。对于永久失效，又可分为输出信号开路和输出信号短路2种情况。例如本系统的霍尔传感器：输出开路，不论磁铁是否触发，传感器输出始终为高电平；输出短路，无论是否触发，传感器输出始终为低电平。下表仅以传感器A、B、C为代表进行了元件/系统失效模式和效果分析。3故障诊断研究3.1诊断系统功能设计通常来说，诊断分为在线诊断和离线诊断两种。离线诊断主要指在车身诊断接入点接入专用诊断设备对各种控制器的功能参数进行检测，或者对设备使用过程中产生的故障代码进行读取。在线诊断是指控制器工作的过程中，实时对系统的故障、误动作或者失效进行检测并给予相应的故障处理过程[5]。绝大多数情况下，在线诊断系统在分辨出系统故障种类之后还应记录对应的故障码到控制器内存的一个特定区域，这一区域是专门预留给故障代码的。本文主要研究换挡杆控制器故障在线诊断。 下图为汽车电子控制器（Electrical Control Unit，简称ECU）在线诊断系统典型的功能结构的定义[5]。其中故障诊断系统除对传感器、作动器等器件的检测外，还对开环/闭环控制系统的功能进行定时检测。车辆工作时，在线诊断系统检查ECU的各个I/O端口，还实时监测整个系统的异常和失效表现。 本文研究的换档杆控制器功能相对简单，主要涉及I/O信号检测和通讯，未涉及复杂的闭环控制，因而故障诊断系统也能相对简化。受条件所限，本文着重研究传感器的监测、故障鉴别以及故障码的通讯几个方面。3.2诊断系统软件设计控制器主程序软件架构如下图3所示，主程序中包含了数据采集处理、故障识别和故障诊断以及软件“看门狗”4大模块。循环过程中数据采集程序扫描与传感器连接的I/O状态，检测杆位信号并对数据进行处理和上传。故障识别和故障诊断程序的入口也位于主程序循环，一旦出现故障，程序首先对故障种类进行识别和筛选，如果满足进行故障诊断的条件，便进入故障诊断子程序。如此配置能满足故障处理程序的准确性和实时性。 为了过滤瞬态失效，准确识别永久失效，故障识别程序设置了用于记录故障发生次数的故障计数器，并设计算法对计数器进行管理，依据此计数器记录的数值，判定目前的失效类型。故障识别算法：当系统循环检测时，发现1次故障计数器加8。一旦故障持续的时间足够长，程序循环若干次均检测到故障，计数器累加超过阈值（初始设置为256），此时认为故障是永久性的，进入故障诊断程序；而瞬态故障发生一段时间之后大都会自动恢复，倘若故障经过1次（或若干次）循环时间之后恢复了正常，此后的每一次正常循环计数器均减去1，重复8次检测都未发现故障计数器便清0，系统恢复到正常状态[6]。使用这种带有“惩罚机制”的算法，既能快速发现永久性故障元件，又能可靠过滤偶然性故障。检测原理见下图4。 图4 故障识别子程序原理图当系统识别故障为永久故障后，接下来的工作是诊断故障的原因并发送故障码至TCU。 故障诊断算法：换档杆控制器有6个传感器，换档杆一共有9个位置，针对换档杆所处的每一个位置、每一个参与工作的传感器有开路和短路2种失效的可能。通过枚举可以罗列出换档杆处于某位置时6个传感器2种故障分别对应的I/O编码表。此处仅以D、E传感器失效为例，说明系统在不同杆位对应的I/O输出编码，见下表2。此外诊断程序中设置了2个寄存器用于记录故障发生时刻换档杆的位置和故障发生前换档杆曾经位于的杆位。通过这2个寄存器程序可以推断出故障发生时换档杆所处的位置，原理见图5。确定发生故障的杆位之后，查询该杆位对应的传感器错误编码表，找出与当前传感器故障情况相匹配的故障数据，也就能找到错误编码所产生的原因。下图5以当前所处档位为D档、D档对应的某一传感器（传感器D或E）发生故障为例，说明系统识别故障的原理。表2 传感器失效时不同杆位I/O编码 图5 故障识别子程序原理图系统分析出故障原因之后会发送相对应的4位故障编码至TCU，TCU将故障码存储于其MCU专用的内存区域，供维修人员参考。由于汽车维修过程主要以更换元件为主，因而不必要对传感器的故障做过于详细的界定，即故障码不体现传感器到底是失效还是短路这一故障细节，每一个传感器只分配一种故障代码，以节省系统的资源，故障码定义见下表3。换档杆控制器与TCU除4位数据I/O连接之外，还保留2位I/O连接用于管理通讯。上传故障码通讯由换档杆控制器触发，TCU端I/O触发中断程序相应，读取4位I/O故障码之后TCU触发另1路I/O换档杆控制器结束通讯，通讯过程原理见图64 硬件测试目前已经完成工程样机的硬件制作并基于C语言编写了诊断系统软件。为了检测系统功能和故障诊断的效果，我们使用Labview软件平台和配套的USB数据采集卡搭建了一套硬件在环检测系统。在Labview平台搭建模型模拟TCU关于档位信号的读取和故障码通讯部分的功能。换档杆控制器与数据采集卡连接，信号通过USB接口采集至上位机。试验一方面测试正常换挡过程换档杆位置的检测与显示功能，另一方面人为对某一个传感器进行短路和开路设置，检验控制器能否查找出对应的故障原因。检测到故障后软件界面的指示灯报警，并显示故障原因和故障代码。 图7 Labview 测试软件界面控制器样机与数据采集卡如下图8所示。图8 控制器样机和数据采集卡 经过一段时间的测试与调整目前电路硬件部分已定型，系统运行稳定各项功能均达到了设计要求。如有可能下一阶段加强人机工程设计，向产品化的方向继续努力。参
献[1] Audi A8 03 6-speed transmission 09E Self-Study Programme283[R]. 长春:一汽大众汽车有限公司.2004.[2] Part 571.102: Standard No. 102; Transmission shift positionsequence, starter interlock, and transmission braking effect[S].U.S:Department of Transportation Federal Motor Carrier Safety Administration.http://www.fmcsa.dot.gov.[3] Eldon G. Leaphart, Barbara J. Czerny, Joseph G. D’Ambrosio,Christopher L. Denlinger and Deron Littlejohn, Survey of Software Failsafe Techniques for Safety-Critical Automotive Applications[J].SAE#9,2005.[4] 吴光强,张署, 汽车数字化开发技术[M].北京:机械工业出版.2008.[5] J?rg Sch?uffele and Thomas Zurawka, “Automotive SoftwareEngineerimng:Principles, Processes, Methods and Tools” [M] Roger Carey. Trans.SAE International..[6] BOSCH CAN Specification Version 2.0[R].Robert BoschGmbH,1993.包含各类专业文献、专业论文、外语学习资料、中学教育、幼儿教育、小学教育、高等教育、53自动变速器换挡杆电子控制器故障诊断算法研究等内容。
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如何给自动变速箱的清洗换油？
据统计超过99%的自动变速箱失效都是由于过热和自动变速箱润滑油久未更换，出现杂质引起的。对于自动变速箱的保养，合理更换自动变速箱润滑油是关键。那应该如何给自动变速箱换油呢，多久换一次？ 自动变速箱相对手动档，自动挡的换油要勤快。2万公里就该换油
&&&&& 据统计超过99%的自动变速箱失效都是由于过热和自动变速箱润滑油久未更换，出现杂质引起的。对于自动变速箱的保养，合理更换自动变速箱润滑油是关键。那应该如何给自动变速箱换油呢，多久换一次？
&&&& 自动变速箱相对手动档，自动挡的换油要勤快。2万公里就该换油了。具体操作步骤如下
&&&&& 首先我们先针对车辆的具体情况是否考虑对汽车进行解体清洗阀体。主要取决于汽车摩擦片严重烧损、行星齿轮装置磨损、车辆行驶公里数偏1/4、ATF油严重脏污等因素。
　　1、将阀体从变速箱底部拆卸前，应先拆卸外部电磁阀扁平导线时，要格外小心。由于扁平线一侧的电磁阀接头为塑料制品，长期浸没在ATF油中，高温下很脆，应用自制的专用工具，完全插入电磁阀插头下边，并按这个方向拔下插头及线束，妥善安置好，取下外表易掉件，记住原来位置，将阀体放入煤油中浸泡多时，然后取出空净。
　　2、将阀体放置于干净的工作台上，拆掉上下阀体间的连接螺丝，将阀体上部和中间的隔板一同握紧拿稳，同时一起翻过来使中间隔板向上(此举可使单向钢球不会跌落)，然后拿起隔板进行下一步作业。拆下隔板后，在控制阀体的柱塞拆卸前，应利用油路隔板上的残油，用1张稍厚的白纸板复印下油路隔板图，并将油路隔板中所有零件逐一地在图上标明，以便装复时备查参考。
　　3、将阀体放入干净的煤油中，用化油器清洗剂清洗，可用小毛刷清理沉积在油道中的油污，必要时用尼龙布擦试，目测阀体上不应有裂纹和变形，各柱塞用小起子拔动应运转灵活，活塞表面应无裂纹，将空干的阀体平放在桌上，往各油孔和油道内注入少许的自动变速器油，同时从隔板上取下各小零件，取一件清洗一件，擦干后装入阀体中，同时检查各部件应完整良好。
　　4、检查柱塞是否卡滞，在控制阀体中除手控阀柱塞没有限位装置可直接拿出外，其余所有柱塞的外端都有限位装置，限位装置有圆柱、卡片和卡口销三种。圆柱形限位装置只需向内轻推柱塞，限位销便可脱落，卡片或开口销则需用工具进行拆卸，在拆卸过程中需用手指或旋具抵住柱塞，以防限位装置拆出的瞬间，柱塞在里面弹簧的作用下弹出。
　　若柱塞在阀孔中有卡滞不能自由落出，可采取用木锤或橡皮锤轻轻敲击阀体将其取出。卡滞的柱塞可用1200#砂纸沾上ATF油沿圆弧方向打磨，只能打磨柱塞，也可用牙膏研磨，不能打磨阀孔，打磨到立着的阀体上。柱塞在干净的前提下，仅依靠自身重量便可缓慢滑到另一侧位置。拆卸柱塞过程中，最好是检修完一组，重新装配后再拆另一组，以免彼此间装错位置。
　　检查弹簧的自由长度和直径，逐一对照维修手册上的资料，检查阀体内所有弹簧的自由长度和直径是否符合标准。新换弹簧也需要做这方面的检查，漏装单向球阀会造成相关档位出现严重换档冲击，同时节气门阀减振块装错位置也会造成换档冲击&阀体中部位置，样子象卡片&。一定要注意所有部件的前、后、左、右相邻位置，任何一点小小的失误将会导致阀体无法正常工作。
　　5、更换控制阀体上的密封圈，施力装置的工作油路是否密封主要取决于以下几方面：1.施力装置工作活塞上的密封圈;2.蓄压器上活塞密封圈;3.控制阀上的密封圈;4.离合器支承进油口两侧密封环的密封状况。大修时这4个方面的密封圈都必须彻底更换，蓄压器活塞是否有裂纹、活塞环是否磨损一定要认真检查，否则大修后自动变速器极易烧磨擦片，通常行驶3000km左右施力装置又会重新烧蚀，与以上四个方面均有直接关系。
　　6、将隔板洗净擦干，同时检查隔板不应有较大的变形，仔细观察各油孔处应圆滑不漏光(将单向球阀放置隔板相应孔中)用灯光照射，反面看有无漏光。注意阀体新旧密封垫和隔板必须紧贴在一起，检查纸垫上所有的孔径和油量走向是否与阀体上一致(此项很重要)。同时用ATF油浸泡要装的密封垫几分钟后，再按拆开时的步骤，应将阀体平放将部件逐一推入，而不要将阀体垂直竖立。然后将上下阀体、中间隔板扣在一起，均匀地交叉上紧连接螺丝(注意螺丝有长短，不要装错位置)。紧固力矩一般在5-10N&m之间。例如大众变速器控制阀体螺栓紧固力矩为5N&m不可过大过小，力矩的大小直接影响油压。至此阀体装配完毕。
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