湿式双离合自动变速器转速传感器的诊断调试

2023-11-27李明

汽车工艺师 2023年11期

李明

西安双特智能传动有限公司陕西西安 710119

随着汽车的发展和控制技术的日新月异，用来监控和检测各个系统运动状态的传感器也日渐成熟，并在汽车上广泛应用。

湿式双离合变速器（简称DCT）作为市场主流的变速器产品，在变速器内部安装有油温传感器、位置传感器、压力传感器以及转速传感器。其中油温传感器、位置传感器、压力传感器为模拟传感器，转速传感器为脉冲传感器，使用这些传感器监控变速器中部件的运行。在变速器运行过程中，转速传感器具有重要作用。变速器控制器（简称TCU）可对转速传感器进行实时控制和诊断，保证变速器安全可靠的情况下运行。

朱倩等[1]介绍了霍尔传感器在变速器中的工作原理和工作方式以及测量方法，重点说明与TCU匹配处理信号的方式和与TCU硬件连接方式；马培义等[2]基于V形开发流程介绍离合器温度诊断和处理要求，分析了双离合器自动变速器离合器温度诊断和处理系统应该具备的功能，并设计了实现这些功能的控制策略，建立了离合器温度诊断和处理系统模型，并利用Targetlink工具生成的代码与底层接口函数进行集成、编译、刷写到TCU中，并用CANape进行调试测试满足要求；王祺明等[3]介绍节气门踏板信号诊断和处理要求，分析了双离合器自动变速器离合器节气门踏板信号诊断和处理系统应该具备的功能，并设计了实现这些功能的控制策略，使用HIL硬件在环测试验证该离合器诊断和处理程序功能正确；转速传感器是重要的部件，需要对转速传感器进行诊断。

变速器转速传感器故障也均有相应的诊断技术，有助于提高变速器转速传感器故障诊断准确率，提高故障处理效果，标定工程师整车上进行标定工作，使整车在性能上达到预期要求。DCT转速传感器的诊断方法及处理方法可以作为指导判断轴转速传感器故障的依据以及针对相应故障的处理措施，确保双离合器自动变速器的正常工作，提高安全性能。

本文的重点是DCT 转速传感器故障诊断和诊断策略验证，故文章在阐述汽车转速传感器的原理和诊断故障需求之后，对于变速器转速传感器故障及其诊断方法的控制策略进行了研究，并实际在整车中模拟复现故障，验证诊断的策略逻辑。

转速传感器在DCT中工作环境

转速传感器通过在变速器中采集输入轴的转速信号，测量变速器运行过程中相关部件的工作状态，并转为自动变速器控制单元（TCU) 可处理的电信号。转速传感器具有结构简单、体积小、无触点、可靠性高、温度性能好、寿命长及耐冲击等优点[4]，适用于运行环境多变的自动变速器中。轴转速信号对湿式DCT控制和安全性起着重要的作用。

DCT变速器包含电子控制模块和液压执行模块，双离合器根据软件的控制，在液压执行模块的驱动下进行结合和释放，完成变速器中转速流的传递：发动机飞轮→离合器→变速器输入轴→变速器输出轴→差速器→半轴→车轮。

在D C T中，发动机将输入转速从飞轮传到离合器，离合器连接输入轴1和输入轴2，再通过拨叉挂入响应挡位最终将转速传到车轮。转速传感器感应面对应在输入轴1和输入轴2固定连接的感应轮齿而固定在壳体上。变速器的工作极限温度为-40～150℃，转速传感器应具有在该温度下正常工作的特性。

转速传感器诊断需求分析

转速传感器诊断及处理需求分析见表1。

表1 转速传感器诊断及处理需求

根据上述需求，可以概括出转速传感器诊断及处理方法，如图1所示。

图1 转速传感器诊断及处理流程

1）转速传感器工作正常，采集数据值正常且合理，转速传感器无故障

2）当测量到转速传感器引出针脚信号线电压对供电线路电压等于8V，此时为对电短路故障。

3）当测量到转速传感器引出针脚信号线电压对GND电压等于0V，此时为对地短路故障。

4）当测量到转速传感器引出针脚信号线与供电线路的电压等于8V且引出针脚信号线电压对GND电压等于0V，此时测量针脚信号线与供电线路的电阻为很大值，为开路故障。

5）当传感器无硬件故障时，如果轴转速的变化梯度很大，为了保护轴而设定一个最大梯度值，为转速变化梯度过大故障。

6）当传感器无硬件故障时，如果轴转速很大，为了保护轴设定一个最大转速值，为转速超过最大值故障。

7）当传感器无硬件故障时，如果轴转速在测量过程中不符合设定的要求，此时为不匹配故障。

软件架构

根据以上描述的诊断需求，设计软件处理信号过程架构如图2所示。

图2 软件处理信号过程

其中：

1）信号输入：包含传感器采集的原始信号。

2）信号处理：将采集信号转换为TCU控制信号。

3）信号诊断：通过阈值判断来判断是否触发故障模式。

4）故障处理：根据诊断需求对故障做出处理，作出替代策略。

5）信号输出：对外输出信号，使变速器按照需求既定的状态运行。

传感器的信号经过输入→处理→诊断→输出的过程，完成对传感器的诊断过程，确保传感器可以正常工作。

故障诊断功能策略设计

本文主要对转速传感器的诊断和处理关键控制策略进行介绍。

当变速器突然有电气故障时，检测到的底层传感器信号与底层值对比报出相应的电气故障。当没有电气故障变速器正常工作时，检测转速传感器的转速信号在限定的时间内，检测转速传感器的故障，并根据检测到的转速传感器的故障将转速传感器的故障报出。

1）输入轴传感器对电短路故障诊断逻辑如图3所示。

图3 电短路故障诊断逻辑

采集传感器的信号输入控制单元，通过采集的信号值与控制器控制常量中对电短路故障的值相等时，就会报出对电短路的故障，输出诊断信号。当采集的信号值与底层中对电短路故障的值不相等时，即不存在对电短路故障。

2）输入轴传感器对地短路故障诊断逻辑如图4所示。

图4 对地短路故障诊断逻辑

采集传感器的信号输入控制单元，当采集的信号值与控制器控制常量中对地短路故障的值相等时，就会报出对地短路的故障，输出诊断信号。当采集的信号值与底层中对地短路故障的值不相等时，即不存在对地短路故障。

3）输入轴传感器开路故障诊断逻辑如图5所示。

图5 开路故障诊断逻辑

采集传感器的信号输入控制单元，当采集的信号值与控制器控制常量中开路故障的值相等时，就会报出开路的故障，输出诊断信号。当采集的信号值与底层中开路故障的值不相等时，即不存在开路故障。

4）输入轴传感器转速过大诊断逻辑如图6所示。

图6 转速过大诊断逻辑

采集信号输入控制单元，将信号转换为控制单元内部信号，信号的值的大小与输入轴最大轴速诊断的阈值进行比较，通常这个阈值可以标定。标定设置一个合理的数值，一方面可以保证硬件安全，另一方面可以正常满足驾驶需求。当采集信号值大于标定量所限制的最大值时，此时应该判断为输入轴转速过高的故障，将故障进行输出，报出故障。当轴速小于标定量时不触发此故障。

5）输入轴传感器转速变化梯度过大故障诊断逻辑如图7所示。

图7 转速变化梯度过大故障诊断逻辑

采集信号输入控制单元，将信号转换为控制单元内部信号，通过信号计算出输入轴转速变换梯度值后对这个变换梯度进行阈值诊断，通常这个阈值是可以标定的。当采集信号值大于标定量所限制的最大值时，且超过限定时间此时应该判断为输入轴转速变换梯度过大的故障，并将故障进行输出，报出故障。当轴速小于标定量时不触发此故障。

6）输入轴传感器转速不匹配故障诊断逻辑如图8所示。

图8 转速不匹配故障诊断逻辑

采集信号输入控制单元，将信号转换为控制单元内部信号，对于输入轴1的转速信号要与输入轴2的转速、输出轴转速以及车辆车速信号进行匹配。如果计算的数值之间存在偏差且不能够忽略（偏差值可以通过标定控制），超过诊断时间后就判断为输入轴转速不匹配故障，对故障进行处理后输出故障信号。如果一切正常，则不报故障。

根据软件架构和功能策略，使用M A T L A B和simulink完成模型设计，输出满足测试要求的仿真模型；使用targetlink工具将simulink模型转化生成代码完成a2l的文件，在编译环境下编译可执行的s19文件；利用刷写工具将s19刷入整车TCU后即可在整车进行调试和测试。

诊断过程实车验证

为了验证模型控制策略，利用Canape进行整车数据采集。在软件中集成上述的诊断需求的逻辑判断，生成控制软件以及标定数据刷入整车中进行验证。验证过程可以通过断路盒人为制造一些硬件故障，如对电短路、对地短路和开路，通过连接采集测试用开发型TCU控制器的信号来验证是否会报出对电短路，对地短路以及开路故障等故障。

具体操作方法为：将TCU控制器与整车之间加装断路盒，断路盒具备所有变速器内部电气元件的针脚，通过对照元件针脚定义表确定针脚的具体定义。测试时通过将针脚对电短接、对地短接和拔掉针脚，来制造对电短路、对地短路和开路的故障。对于转速过高、转速变化梯度过大和转速不匹配等故障可以通过人为更改标定阈值来更容易地制造故障，验证是否会依据逻辑报出故障。

使用测试的实车为某款试验车，动力匹配装备湿式6DCT变速器，使用开发型TCU控制器，可以实时采集TCU内部数据也可以实时进行调试。采集设备为CanapeVN1640A，在Canape软件中加入与刷入TCU的S19数据匹配的a2l即可开始采集和调试。通过诊断DCT变速器中输入轴1的转速传感器来验证诊断是否有效，并且报出故障作出措施。

1.诊断转速传感器对电短路实车测试采集

使用Canape 连接车辆TCU进行数据采集，车辆正常。对转速传感器的对电短路进行故障触发，需要将TCU断路盒的对应输入轴1转速传感器引脚端与供电端短接，短接后，采集信号可以看出，此时显示故障代码1937，即为对电短路故障。此时进入故障模式，故障表现为变速器故障灯亮，输入轴1失效，此时挡位只能处于偶数轴挡位上，通过人为制造对电短路故障验证传感器的诊断逻辑，按照逻辑策略报出故障码执行故障策略。

2.诊断转速传感器对地短路实车测试采集

对转速传感器的对地短路进行故障触发，需要将TCU断路盒的对应输入轴1转速传感器引脚端与GND端短接。短接后，采集信号可以看出，在将转速传感器的引线接到GND时，此时就会报出故障代码5911，即为对地短路故障，此时进入故障模式，故障表现为变速器故障灯亮，输入轴1失效，此时档位只能处于偶数轴挡位上，通过人为制造对地短路故障验证传感器的诊断逻辑，按照逻辑策略报出故障码执行故障策略。

3.诊断转速传感器开路实车测试采集

对转速传感器的开路故障进行故障触发，需要将TCU断路盒的对应输入轴1转速传感器引脚端拔掉，造成断点。采集信号可以看出，在将转速传感器的针脚拔掉，造成接点断路，此时就会报出故障代码5912，即为开路故障，此时进入故障模式，故障表现为变速器故障灯亮，输入轴1失效，此时挡位只能处于偶数轴挡位上，通过人为制造开路故障验证传感器的诊断逻辑，按照逻辑策略报出故障码执行故障策略。

4.输入轴传感器转速过大诊断逻辑实车测试采集

使用Canape采集信号中可以看出，在开始时修改诊断的阈值，将值调至2000使故障更容易触发，当输入轴转速随着发动机转速开始提升至2000r/min时，此时TCU检测到输入轴转高于诊断的设定值，报出故障代码6066，即为报出转速过高故障。此时进入故障模式，故障表现为变速器故障灯亮，输入轴1失效，此时挡位只能处于偶数轴挡位上。通过人为模拟故障条件验证诊断逻辑。

5.输入轴传感器转速变化梯度过大实车测试采集

使用Canape采集信号中可以看出，在开始时修改诊断的阈值，将值调至10使故障更容易触发。当输入轴转速随着驾驶开始变化时，当出现比设定阈值大的变化率时，此时TCU检测到输入轴转速变化率高于诊断的设定值，报出故障代码5914，即为转速变化率过高故障。此时进入故障模式，故障表现为变速器故障灯亮，输入轴1轴失效，此时挡位只能处于偶数轴挡位上。通过人为模拟故障条件验证诊断逻辑。

6.诊断输入轴传感器转速不匹配故障实车测试采集

使用Canape采集信号中可以看出，在开始时修改标定量，使触发故障条件更容易满足。当输入轴转速随着驾驶开始变化时，当TCU检测到输入轴1转速与输入轴 2转速和输入轴1转速与输出轴转速出现错误时报出故障代码1938，即为输入轴1转速传感器不匹配故障，进入故障模式。故障表现为变速器故障灯亮，输入轴1失效，此时挡位只能处于偶数轴挡位上。