濕式雙離合變速器臺架試驗自動監(jiān)控技術開發(fā)

蔣 巍，張 偉，柯 意，高佰慶

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

0 引言

濕式雙離合變速器臺架試驗作為變速器開發(fā)流程中重要環(huán)節(jié)，需在產(chǎn)品開發(fā)初期電控邏輯及產(chǎn)品工藝未成熟定型情況下開展樣機臺架試驗及標定工作，試驗變速器采用大量快速成型件，樣機成本高昂、數(shù)量有限但驗證測試項目密集，各標定及采集參數(shù)的異常可導致研發(fā)初期嚴重的變速器損壞，延緩項目開發(fā)進度。基于標定界面采取人工監(jiān)控和修改標定量的臺架試驗方式，難以保證測試全天持續(xù)運行，試驗條件控制的一致性難以保證，浪費可貴的項目開發(fā)時間[1]。汽車控制器標定開發(fā)環(huán)境INCA在汽車控制開發(fā)過程中占有重要席位，本文開發(fā)一套基于被控變速器結(jié)構(gòu)集成INCA ASAP3接口的變速器臺架試驗監(jiān)控系統(tǒng)，具有安全、可靠、可顯著提高研發(fā)測試效率等諸多優(yōu)點。

1 通訊原理

標定軟件INCA和變速器試驗臺架之間可通過ASAP3標準函數(shù)庫傳輸數(shù)據(jù)和命令，實現(xiàn)標定、測量和診斷自動化控制，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示[2]。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖

ASAP3報文有基本報文和通訊控制報文，基本報文分為試驗臺架發(fā)送給測量標定系統(tǒng)和測量標定系統(tǒng)反饋給試驗臺架兩類報文[3]。通訊控制報文分為試驗臺架到測量標定系統(tǒng)請求幀、測量標定系統(tǒng)到試驗臺架的確認幀和請求幀。表1所示為報文基本結(jié)構(gòu)，報文結(jié)構(gòu)由長度域、命令域、狀態(tài)域、數(shù)據(jù)域、校驗域組成；表中n、m代表字符串個數(shù)，$AAAA表示發(fā)送成功，$EEEE標識為請求重發(fā)。

表1 報文基本結(jié)構(gòu)

在具體報文代碼編程實施過程中應按照以下規(guī)則進行：

（1）報文編輯按照ASCII碼表，數(shù)字轉(zhuǎn)成字節(jié)后，順序是從高到低，高位無數(shù)據(jù)位用空格補齊；

（2）數(shù)據(jù)中有多組字符串時，報文格式上需按照字“符串實際長度+字符串內(nèi)容”發(fā)送，字符串實際長度是奇數(shù)，則后面補一個空格；

（3）校驗是把除校驗位之外之前的所有要發(fā)送的內(nèi)容每2個字節(jié)求和出一個整數(shù)（高位在前，低位在后），再把所有整數(shù)相加去除溢出高位得到。

服務器端配置流程：在INCA中打開“ASAM MCD-3MC Server”，選擇通訊網(wǎng)卡，配置與變速器臺架上位機連接的IP地址及端口。在臺架端發(fā)送十六進制初始化INIT指令“0002 0008 0000”，如果應答指令為“$AAAA”，則表示通訊網(wǎng)絡連接成功。

調(diào)用RS232串口發(fā)送函數(shù)端口在虛擬串口上運行，初始化簡化C語言示例代碼如下：

senddata[0]=0x00;

隨著微創(chuàng)技術的發(fā)展，不斷追求更小的創(chuàng)傷、更好更快的康復及更滿意的美容效果是外科醫(yī)生與患者共同的目標。經(jīng)臍單孔腹腔鏡技術比傳統(tǒng)腹腔鏡技術更加微創(chuàng)，是腹腔鏡技術不斷向微創(chuàng)方向發(fā)展的大勢所趨。改良式經(jīng)臍單孔腹腔鏡技術乃是通過臍部這一天然入路進行手術操作，因臍部皮膚原有的皺褶可以遮蓋切口，實現(xiàn)“無瘢痕手術”的目的，故而具有更好的美容效果［2］。

senddata[1]=0x06;//長度定義 senddata[2]=0x00;

senddata[3]=0x02;//命令號CheckSum(senddata,outputarray,(int)senddata[1]);

//求和校驗

senddata[4]=outputarray[0];

senddata[5]=outputarray[1];//校驗碼

ComWrt(comport,senddata,6);//發(fā)送命令

2 變速器基本結(jié)構(gòu)

一款濕式雙離合對標變速器擋位布置如圖2所示，該變速器為7個前進擋和1個倒擋組成，該變速器換擋撥叉和離合器控制由電控液壓系統(tǒng)完成[4]。

電控系統(tǒng)如圖3所示，變速器臺架試驗涉及的變速器控制相關電磁閥有：系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)整個液壓系統(tǒng)基礎壓力；換擋壓力控制電磁閥VBS2控制撥叉換擋力；1-5檔換擋控制電磁閥A、2-4檔換擋控制電磁閥B、3-7檔換擋控制電磁閥C以及6-R檔換擋控制電磁閥D配合換擋壓力控制閥完成各擋位撥叉選擇到位；駐車棘爪轉(zhuǎn)換電磁閥用于控制變速器駐車操作；奇數(shù)離合器直驅(qū)電磁閥VFS1控制奇數(shù)離合器壓力，偶數(shù)離合器直驅(qū)電磁閥VFS2控制偶數(shù)離合器壓力。

圖2 變速器檔位布置示意圖

圖3 變速器控制器電磁閥及傳感器

臺架對標試驗各擋位電磁閥控制電流按表2所示進行給定，其中撥叉控制電磁閥電流給定低于350 mA和高于850 mA均會增加換擋液壓力。

變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器為霍爾電流輸出式，通過電阻上拉方式輸出脈沖電壓信號，變速器輸入轉(zhuǎn)速傳感器安裝在機械泵上的靶輪旁，靶輪是個金屬板件，該板件上有一層橡膠-金屬，沿橡膠-金屬層圓周分布有多個南北極小磁鐵，磁鐵之間均有間隙。靶輪每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為32個。轉(zhuǎn)速信號用于和離合器1及離合器2轉(zhuǎn)速比較計算多片式離合器的滑摩率，電控單元根據(jù)打滑量精確控制離合器的結(jié)合與分離。

表2 各電磁閥進檔電流mA

離合器1、2轉(zhuǎn)速信號輸出為7 mA/14 mA的電流信號，通過電阻下拉每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為72個，控制單元及試驗臺架可利用其識別是否打滑，該信號還可用于控制所切換的擋位，判斷是否已經(jīng)正確掛入擋。

雙離合器溫度傳感器為NTC熱敏電阻，熱敏特性如圖4所示，其B=3 270，常溫25℃阻值5 kΩ，用于檢測雙離合器的溫度，當離合器油溫超過一定溫度時[5]，開啟大流量冷卻，避免電子裝置過熱引起油液變質(zhì)，超過上限值時，采取降低發(fā)動機扭矩措施，離合器處于分離狀態(tài)。

圖4 溫度傳感器阻值與溫度關系

1-5撥叉位置、2-4撥叉位置、3-7撥叉位置、6-R撥叉位置傳感器均為線性霍爾電流輸出型傳感器，此類傳感器與換擋撥叉上的磁鐵一起產(chǎn)生PWM信號，控制單元根據(jù)該信號判定擋位調(diào)節(jié)器的位置，與換擋壓力控制電磁閥閉環(huán)達成換擋功能與換擋品質(zhì)要求[6]。撥叉位置在上拉電阻輸出后如表3所示，中間空擋位置為2.5 V電壓輸出。

表3 變速器擋位采集判斷值指標V

變速器控制單元識別離合器1壓力和離合器2壓力傳感器為應變電橋式電壓輸出，其信號判斷作用于每個膜片式離合器的液壓壓力。

將上述對標變速器電控和傳感器信號集成入變速器電控單元中，系統(tǒng)架構(gòu)采用由自動化及測量系統(tǒng)標準協(xié)會（ASAM）制定的ASAM-MCD標準，基于XCP標定協(xié)議的通用性ECU標定系統(tǒng)，開發(fā)各擋位基礎控制邏輯到標定界面INCA中。

3 監(jiān)控邏輯設計

濕式雙離合變速器試驗用三電機臺架如圖5所示，由臺架計算機進行變速器扭矩、轉(zhuǎn)速、振動、溫度等物理量閉環(huán)控制。在臺架在試驗及標定開發(fā)過程中，標定測量計算機與變速器臺架計算機之間需建立圖中所示的實時的通訊連接，讓變速器控制與臺架控制同步，避免損壞變速器，監(jiān)控變速器整個耐久過程中鎖定在固定擋位，各變速器傳感器采集量在控制目標范圍內(nèi)。

圖5 變速器試驗臺架示意圖

本文設計的臺架通訊邏輯流程如圖6所示。基于濕式雙離合器自動變速器臺架的測量標定系統(tǒng)監(jiān)控技術按照以下邏輯圖開發(fā)，按流程變速器內(nèi)部標定量及時反饋到臺架計算機并完成變速器臺架對變速器控制器的控制，此流程指令循環(huán)刷新速率設置為10 Hz，在臺架計算機連續(xù)3次監(jiān)測到通訊中斷時，激活通訊中斷報警。

圖6 監(jiān)控程序報文收發(fā)流程

變速器臺架參數(shù)監(jiān)控分為靜態(tài)參數(shù)監(jiān)控和動態(tài)參數(shù)監(jiān)控，如圖7所示。監(jiān)控物理量有變速器油溫及油位控制系統(tǒng)流量，變速器輸入轉(zhuǎn)速和扭矩、變速器半軸轉(zhuǎn)速和扭矩，速比、變速器振動量等。靜態(tài)報警值為變速器各物理量運行過程中不應超過的上下限。動態(tài)報警根據(jù)試驗工況動態(tài)設定轉(zhuǎn)速報警值、動態(tài)扭矩報警值、換擋沖擊扭矩報警值、振動加速度報警值、怠速扭矩報警等。

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

監(jiān)控流程設置按照以下步驟完成。

（1）啟動驅(qū)動電機。檢查駐車位置傳感器處于解除狀態(tài)，在試驗變速器油溫到達熱機目標值后，變速器臺架驅(qū)動端怠速，檢查怠速扭矩無異常。主油壓電磁閥給定200 mA，檢查主油壓是否異常。檢測撥叉位置是否都處于空擋位置2.5±0.1 V。

（2）發(fā)送目標擋位。切換電機控制模式，輸出端按目標擋位速比調(diào)至目標轉(zhuǎn)速,檢查撥叉位置是否到位，不到位則調(diào)節(jié)換擋電磁閥電流增加換擋力；擋位撥叉到位后，結(jié)合離合器，結(jié)合過程由臺架監(jiān)控輸入端扭矩，如果出現(xiàn)扭矩峰值超過100 N·m應停機。進入目標擋位后確認離合器壓力值，不夠需補償離合器控制電流。

（3）進入目標工況。首先調(diào)速變速器輸入端轉(zhuǎn)速到目標值，加載試驗扭矩，監(jiān)測過程動態(tài)轉(zhuǎn)速值及扭矩值。

（4）試驗工況監(jiān)控。監(jiān)控離合器壓力和輸入轉(zhuǎn)速與在擋離合器速差，若離合器壓力不足導致離合器速差大于15 r/min以上應及時卸載扭矩并停機，防止離合器燒蝕。撥叉位置應在當前在擋位置±5%范圍內(nèi)，超出則提示位置偏離有脫擋風險，卸載扭矩并中止測試。離合器油溫以變速器油溫為參考目標值控制在該油溫±10℃范圍，超過140℃應停機。

（5）退擋過程。卸載扭矩，輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到怠速、卸載離合器電磁閥電流、控制調(diào)節(jié)摘撥叉電流直至撥叉位置到中位，輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)到0。

（6）異常打斷。當監(jiān)測到速比校驗、離合器油溫超溫時，發(fā)送空擋指令至標定軟件中切斷離合器。

圖8 通訊軟件手動界面

4 試驗結(jié)果

在上位機試驗臺架控制軟件中集成變速器通訊手動調(diào)試接口如圖8所示，在試驗臺架上運行耐久試驗工況，變速器輸入軸和輸出軸轉(zhuǎn)速如圖9所示，臺架控制實現(xiàn)變速器自動換擋和工況運行過程監(jiān)控。

圖9 試驗結(jié)果

5 結(jié)束語

本文開發(fā)一套基于被控變速器結(jié)構(gòu)集成INCA ASAP3接口的變速器臺架試驗監(jiān)控系統(tǒng)。試驗證明本監(jiān)控系統(tǒng)可以滿足變速器早期開發(fā)臺架耐久性能及耐久試驗測試需求，能有效避免因監(jiān)測不到位引起的離合器燒蝕及軸齒異常斷裂。基于軟件控制邏輯集成方式，完成了上述濕式雙離合變速器對標開發(fā)測試。