如何實現(xiàn)自動變速箱跛行模式

背 景

隨著自動變速箱的檔位數(shù)越來越多，采用的傳感器和執(zhí)行器也越來越多，自動變速箱在不同工況下出現(xiàn)的故障概率將會增加。傳統(tǒng)應(yīng)對故障的機械跛行只能以某個固定前進檔位行駛，換擋沖擊大，且在某些故障下還會造成變速箱本體二次損壞的危險。而新型的電子跛行控制策略能針對不同故障確定多個安全檔位，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)勢和能力儲備，以自動變速箱為對象，于2014 年開始了故障診斷和跛行處理的研究與開發(fā)。前后進行了大量的理論分析、BM 測試、需求定義、臺架測試、整車測試等，通過項目開發(fā)與應(yīng)用，從無到有，從局部到全面，刷寫了國內(nèi)相關(guān)研究和開發(fā)應(yīng)用的空白，形成了較為完整的液力機械式自動變速箱故障診斷與跛行處理系統(tǒng)，提升了公司在自動變速箱控制及功能安全領(lǐng)域的競爭力。

圖 1 AT自動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)備在檢測到系統(tǒng)或部件故障時，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點亮相關(guān)指示燈，并安全行駛至維修地點維修，避免故障車輛在行駛過程中可能導致的嚴重安全事故。

對于自動變速箱來說，其跛行模式是指車輛至少具有一個可用的前進檔、一個倒車檔行駛的模式。

圖 2 跛行回家功能的作用

對于沒有跛行模式的自動變速箱來說，在故障發(fā)生后若沒有相應(yīng)的檢測或處理措施，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 無跛行功能的危險

變速箱跛行模式的分類

自動變速箱的跛行模式是對變速箱動力總成發(fā)生不同故障的處理方式，廣義上來說，每一種故障類型都有其對應(yīng)的跛行模式。

對于不同類型的自動變速箱來說，相同故障可能造成不同嚴重程度的后果；對于同一類型的自動變速箱來說，不同故障也可能造成不同嚴重程度的后果。根據(jù)故障后自動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

液控跛行的控制實現(xiàn)

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

圖5 AT變速箱手動閥油路

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

傳統(tǒng)液控跛行方案完全是由液壓系統(tǒng)決定的，因此對液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求較高，此外這種機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。

電控跛行的控制實現(xiàn)

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

變速箱的故障按照故障等級可分為：

輕度故障：這類故障一般對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正常行駛有很高風險。

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、機械閥等；

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)故障等級和故障類型進行跛行模式?jīng)Q策，設(shè)計對應(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說明電控跛行方案的實現(xiàn)。

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

圖 7 手柄位置對換擋控制的影響

手柄位置故障的電控跛行方案為：

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

高速時，以安全行駛為優(yōu)先，由于手柄信號異?？赡軐е埋{駛員誤撥手柄，需要在高車速時進行D->R換擋保護，即在高速前進時，即使駕駛員誤撥手柄至R位置，也不能形成倒檔。因此當車速較高時，換入較高前進檔控制，該較高前進檔與倒檔沒有共同執(zhí)行器控制方式，這樣既能實現(xiàn)多個前進檔行駛，也能實現(xiàn)手柄故障后的D->R換擋保護。

總結(jié)

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

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

電控跛行方案的跛行檔位的前進檔不再只是一個，根據(jù)車速大小可實現(xiàn)兩個或多個檔位之間的切換，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；

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