背 景

隨著自動(dòng)變速箱的檔位數(shù)越來(lái)越多，采用的傳感器和執(zhí)行器也越來(lái)越多，自動(dòng)變速箱在不同工況下出現(xiàn)的故障概率將會(huì)增加。傳統(tǒng)應(yīng)對(duì)故障的機(jī)械跛行只能以某個(gè)固定前進(jìn)檔位行駛，換擋沖擊大，且在某些故障下還會(huì)造成變速箱本體二次損壞的危險(xiǎn)。而新型的電子跛行控制策略能針對(duì)不同故障確定多個(gè)安全檔位，提高車輛的行駛能力，降低整車排放。

基于以上需求，結(jié)合自身在汽車電子控制領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和能力儲(chǔ)備，以自動(dòng)變速箱為對(duì)象，于2014 年開(kāi)始了故障診斷和跛行處理的研究與開(kāi)發(fā)。前后進(jìn)行了大量的理論分析、BM 測(cè)試、需求定義、臺(tái)架測(cè)試、整車測(cè)試等，通過(guò)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，從無(wú)到有，從局部到全面，刷寫了國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)應(yīng)用的空白，形成了較為完整的液力機(jī)械式自動(dòng)變速箱故障診斷與跛行處理系統(tǒng)，提升了公司在自動(dòng)變速箱控制及功能安全領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。

圖 1 AT自動(dòng)變速箱故障診斷與跛行處理系統(tǒng)

變速箱跛行模式的作用

跛行模式( LimpHome) :是指汽車的電子控制設(shè)備在檢測(cè)到系統(tǒng)或部件故障時(shí)，能保證車輛安全性，并具備基本的行駛能力。該模式保證汽車能自動(dòng)點(diǎn)亮相關(guān)指示燈，并安全行駛至維修地點(diǎn)維修，避免故障車輛在行駛過(guò)程中可能導(dǎo)致的嚴(yán)重安全事故。

對(duì)于自動(dòng)變速箱來(lái)說(shuō)，其跛行模式是指車輛至少具有一個(gè)可用的前進(jìn)檔、一個(gè)倒車檔行駛的模式。

圖 2 跛行回家功能的作用

對(duì)于沒(méi)有跛行模式的自動(dòng)變速箱來(lái)說(shuō)，在故障發(fā)生后若沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)或處理措施，則可能造成變速箱本體損壞、車輛緊急剎車而引發(fā)碰撞和翻車事故等。

圖3 無(wú)跛行功能的危險(xiǎn)

變速箱跛行模式的分類

自動(dòng)變速箱的跛行模式是對(duì)變速箱動(dòng)力總成發(fā)生不同故障的處理方式，廣義上來(lái)說(shuō)，每一種故障類型都有其對(duì)應(yīng)的跛行模式。

對(duì)于不同類型的自動(dòng)變速箱來(lái)說(shuō)，相同故障可能造成不同嚴(yán)重程度的后果；對(duì)于同一類型的自動(dòng)變速箱來(lái)說(shuō)，不同故障也可能造成不同嚴(yán)重程度的后果。根據(jù)故障后自動(dòng)變速箱可用的安全檔位數(shù)，可分為以下幾種跛行模式。

圖 4 變速箱跛行模式分類

液控跛行的控制實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的跛行模式采用高邊驅(qū)動(dòng)HSD全部關(guān)閉的方式，此時(shí)所有電磁閥不可控，由液壓回路的特點(diǎn)自動(dòng)形成某個(gè)故障檔位，這種跛行模式也叫液控跛行或機(jī)械跛行方案。液控跛行方案中，手柄位置決定了手動(dòng)閥的位置，而手動(dòng)閥的位置決定了主油路的切換方式，這樣根據(jù)駕駛員的實(shí)際檔位請(qǐng)求決定液壓回路的形成。如手柄分別在P、R、N、D四個(gè)位置時(shí)，主油路的切換方式如下圖所示：

圖5 AT變速箱手動(dòng)閥油路

在主油路打開(kāi)的前提下，液壓系統(tǒng)的電磁閥特性（常開(kāi)閥/常閉閥）決定了離合器的結(jié)合與分離，進(jìn)而決定了實(shí)際形成的檔位。

傳統(tǒng)液控跛行方案完全是由液壓系統(tǒng)決定的，因此對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較高，此外這種機(jī)械化跛行方案的單一性顯然不能滿足所有的故障類型，且駕駛舒適性差、安全性不高。

電控跛行的控制實(shí)現(xiàn)

隨著自動(dòng)變速箱的檔位數(shù)增加，采用的傳感器和執(zhí)行器也越來(lái)越多，自動(dòng)變速箱在不同工況下出現(xiàn)的故障概率將會(huì)增加。此外，隨著電控技術(shù)的發(fā)展，駕駛員對(duì)車輛行駛安全性和舒適性的提高，自動(dòng)變速箱發(fā)生故障后的處理措施也將越來(lái)越多樣化。

變速箱的故障按照故障等級(jí)可分為：

輕度故障：這類故障一般對(duì)變速箱的檔位形成影響不大；

中度故障：這類故障影響車輛在部分工況或部分檔位下的行駛能力；

嚴(yán)重故障：這類故障影響大部分工況的換擋能力，或?qū)囕v正常行駛有很高風(fēng)險(xiǎn)。

變速箱的故障按照故障類型可分為：

傳感器類故障：如轉(zhuǎn)速傳感器、油溫傳感器等；

執(zhí)行器類故障：如電磁閥、選換擋電機(jī)、機(jī)械閥等；

功能性類故障：如離合器壓力故障，換擋失敗故障等。

圖6跛行模式?jīng)Q策

根據(jù)故障等級(jí)和故障類型進(jìn)行跛行模式?jīng)Q策，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的跛行模式控制方案。下面以手柄位置故障的跛行控制策略來(lái)說(shuō)明電控跛行方案的實(shí)現(xiàn)。

手柄位置信號(hào)反應(yīng)了駕駛員的行駛意圖，也是自動(dòng)變速箱控制器（TCU）執(zhí)行換擋的重要命令。當(dāng)手柄位置信號(hào)故障時(shí)，TCU不再能識(shí)別到準(zhǔn)確的手柄位置信號(hào)，錯(cuò)誤控制可能使車輛無(wú)法行駛甚至發(fā)生事故危險(xiǎn)；此外故障的手柄位置信號(hào)可能在儀表面板和手柄位置燈錯(cuò)誤顯示，給駕駛員造成錯(cuò)誤的指示，這時(shí)駕駛員若在高速前進(jìn)時(shí)誤撥手柄入R檔，則會(huì)使變速箱輸出軸被強(qiáng)制反轉(zhuǎn)，造成箱體損壞，甚至造成車輛翻車等危險(xiǎn)。

圖 7 手柄位置對(duì)換擋控制的影響

手柄位置故障的電控跛行方案為：

低速時(shí)，以駕駛員意圖為優(yōu)先，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)檔、倒檔功能。選擇某個(gè)較低前進(jìn)檔與倒檔的共用執(zhí)行器控制方式，根據(jù)手柄的實(shí)際位置決定前進(jìn)檔和倒檔的形成；

高速時(shí)，以安全行駛為優(yōu)先，由于手柄信號(hào)異常可能導(dǎo)致駕駛員誤撥手柄，需要在高車速時(shí)進(jìn)行D->R換擋保護(hù)，即在高速前進(jìn)時(shí)，即使駕駛員誤撥手柄至R位置，也不能形成倒檔。因此當(dāng)車速較高時(shí)，換入較高前進(jìn)檔控制，該較高前進(jìn)檔與倒檔沒(méi)有共同執(zhí)行器控制方式，這樣既能實(shí)現(xiàn)多個(gè)前進(jìn)檔行駛，也能實(shí)現(xiàn)手柄故障后的D->R換擋保護(hù)。

總結(jié)

基于前面對(duì)電控跛行方案和傳統(tǒng)液控跛行方案的說(shuō)明與比較，可以看出新型的電控跛行方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

電控跛行方案的多樣化可靈活應(yīng)對(duì)不同類型和不同嚴(yán)重程度的變速箱故障；

電控跛行方案的跛行檔位的前進(jìn)檔不再只是一個(gè)，根據(jù)車速大小可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)檔位之間的切換，提高了車輛的行駛能力，也降低了在跛行模式下的尾氣排放；

考慮各個(gè)故障類型可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況，通過(guò)換擋控制進(jìn)入安全檔位，以電控方式應(yīng)對(duì)不同的行駛工況，提高車輛的行駛安全性。