DHT變速箱KP自學習超時問題分析與處理

項宏鑫，董輝，劉鵬飛，鄭波，張林

寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，浙江寧波 315336

0 引言

DHT是專門針對發動機和電動機的功率和扭矩特性，重新開發的新型結構的混合動力變速箱[1]。混合動力變速箱與傳動動力變速箱相比擁有非常多的優點：①系統結構更加緊密有效率，在傳統自動變速箱不斷增加傳動裝置數量，以此推動驅動發展的同時，DHT變速箱則會減少傳動裝置。②DHT驅動系統使環保出行成為可能。因為在電氣驅動的支持下，內燃機能夠在功率范圍內更加精確地運行，以此實現降低能耗。③電氣驅動可以在額外功率的最佳狀態下運行，以提高動力，進而增強駕駛樂趣，這也是混合驅動汽車能贏得市場的重要優勢。目前隨著石油能源消耗的增加，同時對溫室氣體排放的限制，各國都在大力推進和發展新能源汽車[2]。許多整車企業都在追求多種混動技術路線，以便為未來做好準備。

混合動力變速箱在出廠前，都會進行EOL下線測試，測試項目主要包含性能測試、NVH、扭矩響應、KP等。本文將重點對變速箱工廠EOL測試項目之一的KP自學習過程中發生的超時報警問題進行解析與探討。

1 問題描述

1.1 KP定義

離合器的接合過程根據其力學特性可分為空行程、空滑、滑動和同步運行4個階段。空行程階段是指離合器尚未開始傳遞轉矩，變速箱的輸入軸尚未轉動，發動機做空載轉動；空滑階段是指離合器開始傳遞轉矩，但小于整車阻力矩，離合器開始滑動，變速箱輸入軸仍未開始轉動，車輛仍處靜止狀態；滑動階段是指離合器傳遞的轉矩逐漸增大至負載轉矩以上，變速箱輸入軸開始轉動，車輛開始運動；同步運行階段是指變速箱輸入軸的轉速達到和發動機完全相同，離合器主從動無相對滑動，實現完全接合[3]。

以上離合器接合過程的4個階段，其中滑動階段中離合器轉矩增大至克服整車的阻力矩，使車輛從靜止開始運動，是汽車起步過程中的重要轉折點，此時對應的離合器的位置被稱為離合器的半接合點，即KP。對于變速箱而言，為縮短換擋時間、提高換擋品質，在換擋前，會對離合器進行預結合，結合的控制點一般就是KP。每個變速箱因為硬件和制造公差的差異，每個離合器的KP是不相同的，所以在變速箱出廠前，為確保裝機后使用正常，需要將KP進行自學習并寫入到變速箱的控制系統中。

1.2 KP自學習邏輯介紹

每個變速箱廠家的KP學習邏輯不盡相同，但基本邏輯都是通過請求壓力或者電流來達到預訂的傳遞扭矩或轉速來進行確定KP范圍。圖1為某款國產變速箱KP自學習的邏輯簡圖，自學習流程主要分為3個階段。

圖1 某款國產變速箱KP自學習的邏輯簡圖

1.2.1 尋找離合器脫離點

離合器脫離點為離合器鋼片和摩擦片理論分離點，也是離合器傳遞轉速和扭矩的起點。脫離點的確定有助于確定KP自學習時的起點范圍，縮短KP自學習時間。系統從一固定值(遠大脫離點)開始按一定斜率往下請求壓力，離合器控制器會根據系統的pI曲線算出所需電流的值。隨著請求壓力越來越低，離合器漸漸脫離，當離合器脫離的瞬間，輸出扭矩為0，軟件會記錄瞬間的請求壓力，此時的請求壓力會決定KP自學習的起始壓力。

1.2.2 第一次KP學習

脫離點記錄后開始學習KP，KP的首次計算起點一般為脫離點壓力加一固定值Δ1，例如脫離點記錄壓力為0.1 MPa，固定值Δ1為0.5 MPa，那么第一次學習起點為0.15 MPa。此時軟件會直接從0.15 MPa開始請求壓力，并以一定的速度開始遞增，實際壓力和傳遞扭矩也會逐漸增大。當離合器輸出扭矩達到設定值時壓力請求結束，同時記錄請求壓力KP1，整個學習時間不能超過15 s，否則會輸出超時報警并停止自學習。

1.2.3 第二次KP學習

第一次學習完成后若時間不超過15 s，那么第二次自學習開始。第二次學習起點的請求壓力取自比KP1低一固定偏值Δ2，然后同樣以一定的速度開始遞增，此時實際壓力和傳遞扭矩也會逐漸增大。當離合器輸出扭矩達到設定值時壓力請求結束，同時記錄請求壓力KP2，整個學習時間不能超過15 s，否則會輸出超時報警。

最終KP值取自兩次學習KP1和KP2的平均值，即：

(1)

某變速箱在下線測試過程中，頻繁出現KP自學習超時報警問題，且主要集中在B1、B2離合器上，C0、C3離合器很少。

2 問題分析

要排查超時報警的原因，需要先了解此變速箱離合器的控制原理。此變速箱離合器的控制為液壓傳動控制，圖2為離合器控制的液壓原理，其中B1、B2、C0、C3為變速箱的離合器。圖中①液壓泵：作為系統動力源，為系統提高壓力油；②安全閥：保護系統壓力不超過最高設定壓力；③過濾器：過濾油液雜質，保護控制元件；④單向閥：對蓄能器起保壓作用；⑤開關閥：蓄能器壓力達到設定值時，讓系統卸荷[4]；⑥蓄能器：儲存壓力油；⑦壓力傳感器：記錄壓力并反饋至系統；⑧比例壓力控制閥：即控制閥出口壓力，簡稱比例閥或壓力控制閥。

圖2 離合器控制的液壓原理

通過故障描述和液壓原理，列出可能引起自學習超時的原因，并梳理出故障樹，如圖3所示。

圖3 自學習超時故障樹

2.1 自學習軟件影響分析

2.1.1 初始值補償偏低

由圖1以及自學習軟件學習的邏輯可以了解到，首次計算起點會在脫離點增加一個固定的補償值Δ1，如果補償值偏低，那么在請求壓力速率一定的情況下，就需要更長的時間才能學習到KP，就有可能會超時。

2.1.2 自學習時間設定過短

統計系統各離合器正常的學習時間發現B1和B2的自學習時間較長，與報警限值15 s很接近，裕度低，觸發報警的概率相對較大。自學習時間設計見表1。

表1 自學習時間設計 單位:s

2.1.3 無二次充油

KP首次學習時，離合器活塞在油液壓力的作用下首先會克服回位彈簧的彈簧力，推動離合器主摩擦片向從動摩擦片移動，消除離合器片間間隙，此過程便為充油[5]。充油的目的是為了在請示壓力時離合器可以快速響應，但是在第二次學習時，由于默認離合器腔體已經充滿油液，故未進行再次充油。第一次學習完畢后，比例壓力控制閥會失電，從圖2的液壓原理可知，比例閥失電后，離合器腔體的油液會返回油箱，這就導致第二次學習時，油液首先會對離合器腔體進行充油，而充油時間亦計算在學習時間內，導致第二次學習過長，造成超時報警，如圖4所示。由于B1、B2離合器腔體偏大，充油需要的時間會更長(t2>t1)，這也是導致B1、B2報錯多的主要原因。

圖4 B1離合器KP自學習

2.1.4 兩次學習起點不一致

此問題主要表現在C3離合器上，由圖5可知，當第二次學習起點偏低時，第二次請示壓力的時間遠比第一次長，導致第二次學習超時。此原因主要為C3離合器的靜摩擦力比較大，當第二次學習起點低時，會需要更長的時間來達到C3離合器的最低啟動壓力，導致學習時間超時。

圖5 C3離合器KP自學習

2.2 離合器影響分析

2.2.1 離合器卡滯

此原因可能性較低，因在測試KP前會進行拖曳扭矩的測試，如果離合器有卡滯，在測試拖曳扭矩時就應該會表現出來。

2.2.2 離合器密封泄漏

此原因可能性較低，且通過復測和主油路壓力可以將此問題排除，不排除后期出現的可能性，但現場報警的變速箱，主油壓的表現均正常。

2.2.3 離合器整體剛度低

當離合器剛度低時，需要更長的時間來克服內部的彈性力，則需要學習的時間更多，此問題可以根據調整不同離合器學習的時間限制來解決，保證裕度。

2.3 液壓系統影響分析

2.3.1 比例壓力控制閥黏滯

由于KP自學習過程一般是常溫，變速箱油液的黏度較大且油液清潔度較低時，電磁閥會出現黏滯現象，壓力響應慢，導致壓力會過請求，請求時間超時。

2.3.2 比例壓力控制閥卡滯

當有大顆粒物卡在比例壓力控制閥閥芯與閥套之間時，閥芯會產生卡滯現象。隨著請求壓力的變化，比例閥的輸出壓力會出現明顯的壓力不跟隨現象，如圖6所示，此時系統會持續請求壓力，導致自學習超時。

圖6 比例閥壓力不跟隨變化情況

2.3.3pI曲線的影響

KP自學習時的壓力由前端的比例壓力控制閥控制，隨著比例壓力閥控制電流I的變化，銜鐵所受電磁力、閥芯位移和出油口油壓p也隨之變化。根據電流、閥芯位移之間的對應關系，不斷調整電流大小，控制閥芯位移，進而達到控制出油口油壓的目的[6]。由于制造的差異，每個比例閥的p-I對應關系不同。所以在KP自學習前，比例閥的p-I關系需要在測試臺學習并寫入到變速箱控制器中。但是由于閥體測試和KP自學習工況的不同，比例壓力閥在測試臺上表現的pI與變速箱表現的pI會有差異，即pI曲線的斜率不同，如圖7所示，系統默認的pI曲線為A(由測試臺輸入)，但實際為B(在變速箱上的實際表現)，這就導致在自學習過程中按照A線的斜率進行請示，則實際的輸出壓力增速就會偏低，導致請示時間過長，發生超時報警。

圖7 實際pI和自學習pI對比

2.4 環境影響分析

2.4.1 溫度對離合器潤滑的影響

現場測試發現，同一個變速箱，第一次測試超時，當溫度升高時，再次測試學習時可能正常通過，因為溫度升高，油液的潤滑性會提高，離合器的靜摩擦力會降低，所以學習時間會縮短，且學習的KP偏低。

2.4.2 溫度對液壓系統pI的影響

不同溫度下pI最大差異統計結果見表2。

表2 不同溫度下pI最大差異統計結果 單位:MPa

根據供應商提供的5組相同控制電流不同溫度(30、60、90 ℃)下的油壓最大差異統計結果可以發現，溫度對油壓的影響很小，基本都在0.02 MPa以內，此值在比例閥的重復性范圍，所以排除溫度對pI的影響。

2.4.3 工況的影響

不同臺架輸出的pI會稍有差異，但實際經過統計發現，臺架的一致性在可接受范圍以內，此影響排除。

3 問題處理

針對各個影響點的分析結果，分別制定相應措施，并進行驗證，措施和驗證結果如下：

(1)對于自學習軟件影響的改進措施:①優化第一次學習起點的補償值，縮短學習時間；②自學習時間限值根據不同的離合器特性進行重新修正；③第二次自學習前增加充油策略，消除充油時間；④調整第二次學習起點與第一次一致，提高兩次學習的可對比性。

(2)對于離合器影響的改進措施:①提高離合器清潔度標準，并提高檢測抽樣頻率，降低離合器卡滯影響；②制作變速箱各離合器剛度極限件進行組裝并測試，對KP的測試限值和時間進行重新修正。

(3)對于液壓系統影響的改進措施：①提高油液清潔度標準；②提高KP自學習油液的溫度，降低黏滯影響；③在比例壓力閥使用前增加沖洗策略(高頻動作)，排除異物，降低卡滯；④對比臺架測試和整機測試pI差異，增加補償值進行修正，提高自學習pI精度。

(4)對于環境影響的改進措施：提高測試溫度和修正補償值，降低環境影響。

經過上述措施等一系列的優化改進后，KP自學習超時報錯問題得到明顯改善。圖8為改進前后KP學習對比，由圖可知，改進后的兩次學習壓力請示時間比較一致，且扭矩響應也比較一致，學習的精度也更高。不僅如此，改進后的軟件自學習時間也比之前的更短，當前B1、B2的學習時間集中在7～10 s(因圖幅關系未顯示)，測試節拍相比舊版邏輯降低4～14 s。經過最終測試驗證，新版軟件和改進措施滿足了工廠的各項指標要求。

圖8 改進前后的KP學習對比

4 結束語

為確保汽車零公里的正常行駛，KP作為變速箱離合器的重要參數在出廠必須通過學習或者標定的方式寫入到動力控制模塊(PCM)當中。初版KP自學習軟件雖然可以學習到KP值，但是效率不高，且容易發生誤報，如此一方面會影響整機下線的通過率，另一方面也影響工廠的生產節拍。為確保變速箱產能和下線質量，誤報的問題必須快速解決，且不能耽誤正常的生產，此時問題的科學分析與處理就顯得尤為重要。通過故障樹對報警產生原因進行逐個剖析，根據控制液壓原理圖，從軟件、硬件、環境進行分析，找出影響因素并制定改進方案，按照方案逐個摸底驗證，并對參數進行修正和優化，從多個維度同步進行解決，最終在節點前完成了各項優化的測試驗證并落實。工廠在使用新版程序和規范后，誤報率大大減少，下線通過率得到了大幅提升，產能亦得到了保證。