DCT软件中位置传感器故障限值的制定

王宇征，张友皇，黄强，王维



DCT软件中位置传感器故障限值的制定

王宇征，张友皇，黄强，王维

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

文章主要讲述了如何制定湿式双离合自动变速器中的位置传感器的故障限值。首先通过理论分析得到对位置传感器输出的影响因素，然后通过理论计算得到正常输出的限值，将此限值作为故障判定的初步限值，并根据后续工厂的下线统计数据和实际测试结果对其进行优化，最终得到合适的故障判定限值。

湿式双离合自动变速器；位置传感器；限值；故障诊断

引言

位置传感器是湿式双离合自动变速器（DCT）中关键零部件之一。位置传感器通过检测拨叉磁铁位置，向变速箱控制单元（TCU）输入拨叉的位置信息，为TCU的下一步动作提供依据。如果位置传感器或者拨叉出现故障，TCU应能识别出位置传感器的错误信息并采取措施。若变速箱未能及时识别出位置传感器或拨叉的故障，将有可能导致档位的错误结合、意外脱档、甚至齿轴损坏等严重后果。因此，需要在TCU控制软件中，制定位置传感器的故障限值，当超出限值时，TCU判定位置传感器或拨叉等零部件中出现故障，报出故障并采取故障措施，确保车辆的正常行驶。

1 限值制定的分析

无论是位置传感器发生故障，还是拨叉发生故障，最终反馈给TCU的只有位置传感器的输出的异常。因此，需要明确位置传感器正常的范围，其边界即是判定是否发生故障的限值。

对于位置传感器来说，整个拨叉位置采集系统中的误差均会对其输出产生影响，不考虑实际操作的装配误差，主要分为以下两类：

1.1 机械误差

1.2 采集系统误差

其中，机械误差包括：

（1）拨叉的行程误差；

（2）传感器与磁铁的尺寸链误差；

采集系统误差包括：

（1）供电误差；

（2）磁铁误差；

（3）传感器误差；

（4）TCU采样误差。

其中，拨叉整个行程中只有在两个在档位置和中间位置是固定的，此时位置传感器输出固定；其余位置均运动通过，无法估计行程误差，因此，拨叉的行程误差只能针对这三个位置进行分析计算。

其余误差我们可以通过设计时的尺寸链计算与传感器和磁铁的spec定义来计算出确定的结果，此结果即为位置传感器的输出限值。

2 限值制定的过程

以某款湿式DCT的1/3档为例，根据以上的分析，计算位置传感器的输出限值。

2.1 机械误差

（1）拨叉的行程误差

对于1/3档来说，拨叉确定的位置为1档在档位置、中间位置、3档在档位置。由于拨叉与各组件存在设计公差，因此对于每个位置来说，拨叉的行程均存在一定的误差，具体误差大小如下：

表1 1/3档行程误差

（2）传感器与磁铁的尺寸链误差

由于位置传感器与磁铁本身尺寸有设计公差，装配时基准也会变换，因此最终装配好的拨叉与磁铁之间存在尺寸链误差，如下图所示：

a0：拨叉磁铁中心与位置传感器中心距离 a1：传感器中心距离到基准面距离 a2：磁铁中心到拨叉定位面距离 a3：拨叉定位面到基准面距离

带入实际的尺寸数据：

a0上公差=a2上公差+a3上公差-a1下公差=0.3+0.25-（-0.22）=0.77mm

a0下公差=a2下公差+a3下公差-a1上公差=-0.3-0.17- 0.14=-0.63mm

即位置传感器与磁铁的尺寸链上误差为+0.77mm，下误差为-0.63mm

对于这两部分机械误差来说，在最极限的情况下，两部分上下误差是完全叠加的。因此，计算出总的机械误差为：

表2 1/3档总机械误差

2.2 采集系统误差

位置传感器为5V供电输入，10%～90%百分比输出，对应量程-15mm～15mm，即磁铁位置在-15mm处时，位置传感器输出0.5V（10%）；磁铁位置在15mm处时，位置传感器输出4.5V（90%），当位置超过±15mm时，传感器输出不会超出10%和90%。

（1）供电误差

位置传感器为供电电压的百分比输出，传感器的供电电压的变化会引起位置传感器输出的变化。此款DCT使用的TCU提供给传感器的供电电压为5±0.1V，即位置传感器的VCC=5±0.1V。

（2）磁铁误差

磁铁供应商以标准位置传感器检测磁铁时的输出误差作为评价磁铁的标准，根据磁铁的spec定义，下线时磁铁的合格标准为±1%VCC。

（3）传感器误差

传感器供应商以检测标准磁铁的输出误差作为评价传感器的标准，根据位置传感器的spec定义，下线时传感器的合格标准为±1%VCC。

（4）TCU采样误差

TCU采集位置传感器输出电压时会存在一定的采样误差，该误差是无法避免的。此款DCT使用的TCU采样误差为0.005V。

综合以上的信息，系统的采集误差为：

上误差=（5+0.1）*（1%+1%）+0.005+0.1*输出百分比=（0.107+0.1*输出百分比）V；

下误差=-（5+0.1）*（1%+1%）-0.005-0.1*输出百分比=-（0.107+0.1*输出百分比）V。

对应的行程为：

上误差=（0.107+0.1*输出百分比）/4*30=7.5*（0.107+0.1*输出百分比）mm；

下误差=-（0.107+0.1*输出百分比）/4*30=-7.5*（0.107+0.1*输出百分比）mm。

2.3 传感器输出限值

（1）1档在档位置：

行程上限值=-12.33+7.5*（0.107+0.1*输出百分比）=-11.3991mm

行程下限值=-14.93-7.5*（0.107+0.1*输出百分比）=-15.8089mm

对应位置传感器输出电压值：

电压上限值=0.98V

电压下限值=0.49V（行程超出-15mm，输出百分比固定为10%，供电电压最小4.9V）

（2）中间位置：

行程上限值=2.07+7.5*（0.107+0.1*输出百分比）=3.2889mm

行程下限值=-1.88-7.5*（0.107-0.1*输出百分比）=-3.0199mm

对应位置传感器输出电压值：

电压上限值=2.94V

电压下限值=2.10V

（3）3档在档位置

行程上限值=15.1+7.5*（0.107+0.1*输出百分比）=16.5795mm

行程下限值=12.42-7.5*（0.107-0.1*输出百分比）=10.9941mm

对应位置传感器输出电压值：

电压上限值=4.59V（行程超出15mm，输出百分比固定为90%，供电电压最大5.1V）

电压下限值=3.97V

根据以上计算结果，得到理论上，拨叉行程和位置传感器的输出范围为：

表3 1/3档位置传感器输出范围

所以，对于该DCT的1/3档位置传感器输出电压，在1档位置时，故障限值为0.49V和0.98V；中间位置时，故障限值为2.10V和2.94V；3档位置时，故障限值为3.97V和4.59V。如果位置传感器输出超出所在位置的限值，则认为“拨叉——磁铁——传感器——TCU”整个过程中，必定存在故障现象，需要TCU报出故障并采取措施。

3 限值的实际应用

通过计算得到的理论上位置传感器的输出限值，可以有以下应用：

（1）将其作为故障诊断限值，当有零部件出现故障时，TCU可以及时报出故障，并采取后续的故障措施。

（2）将计算的故障限值作为工厂下线的初期检测标准，确保变速箱下线质量合格。

（3）待变速箱零部件生产和组装稳定后，在下线检测环节统计位置传感器在在档位置和中间位置的实际输出数据，得到6σ分布图，根据6σ分布图，可以进一步收紧限值范围，提高产品下线质量。

（4）将更新后的故障诊断限值进行整车试验验证，确认其效果，如会漏报故障，则重新扩大限值范围，最终可优化到合适的故障诊断限值。

4 总结

本文通过分析和计算得到了理论上DCT中位置传感器的输出限值，并将其作为软件故障诊断的限值和工厂的下线检测限值，当位置传感器输出超过限值时，则可以确认变速箱中出现故障。同时讲述了后续对故障诊断限值的优化手段，对软件设置故障诊断条件提供了理论基础。

[1] 熊诗波,黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京:机械工业出版社, 2006.

Development of position sensor fault limits in DCT software

Wang Yuzheng, Zhang Youhuang, Huang Qiang, Wang Wei

( Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

This article narrates the way to making a fault diagnosis limiting value of the position sensor of the Wet Dual Clutch Transmission. First obtain the reasons of influencing the output of the position sensor in theory. Then calculate the limiting value when the position sensor works normally, and regard the value as the preliminary fault diagnosis limiting value. Finally, optimize the limiting value by the statistical data of factories and test results, and get the best value.

Wet Dual Clutch Transmission; position sensor; Limiting value; Fault diagnosis

U463.212

B

1671-7988(2018)24-111-03

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王宇征，男,（1995.2-），2016年毕业于大连理工大学，学士。现就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，担任助理工程师，主要从事DCT变速器传感器开发。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.040