（车辆工程专业论文）amt故障诊断与故障处理的研究.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 当今，汽车工业迅猛发展，许多新的技术新的手段运用到汽车领域里，电控 机械自动变速传动系统( a m t ) 即是在这种条件下的产物，并受到了世界范围的 关注。a m t 与普通的液力自动变速器相比有其自身的特点：传动效率高、制造成 本低、生产线改动小、投资相对少、性价比高，最主要的是能很好很快的适应我 国汽车工业的现状，具有很好的前景。 国内外对a m t 的研究都比较广泛，而且国外实现产品化多年，a m t 产品已 经比较成熟。国内大多数研究机构也在朝着a m t 智能化研究方向发展。随着研究 的发展，a m t 的故障诊断也越来越被重视起来，汽车的第一要求就是安全，所有 的技术都应该以汽车的安全性为核心进行。故障诊断技术提高了汽车的安全性并 增强了a m t 运行的稳定性。开发a m t 故障诊断系统，使a m t 汽车的安全性进 入一个新的阶段。 本研究以实现电控机械自动变速器故障诊断与故障处理为目标展开，采用 s i m u l i n k 仿真开发平台，建立相关的故障诊断策略，开发相应的故障诊断系统，并 对故障诊断系统进行仿真研究。 本文首先介绍了a m t 的具体结构及工作原理，系统阐述了电控机械式自动变 速器故障诊断及故障处理系统的开发方法；其次重点分析了a m t 各机构存在的相 互关系及其正常情况与故障出现时会产生的现象，制定出故障诊断与故障处理的 规则；故障诊断与处理的主要内容包括：通过分析a m t 各单元之间的关系，包括 与a m t 控制相关的发动机部分的逻辑关系；与离合器、变速器本身相关的各单元 的工作原理；与t c u 相关的各单元工作原理；经过诊断模块分析各种可能产生的 故障，并根据本文所分析的方法进行处理；最后根据所分析的规则建立故障检测 系统并对可能产生的故障进行仿真分析。 关键词：a m t ，故障诊断，仿真 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r y , t h en e w t e c h n o l o g ya n dm e t h o df o r a u t o m o b i l eh a v eb e c o m em o r ea n dm o r ee x i g e n t a u t o m a t e dm e c h a n i c a lt r a n s m i s s i o n ( a m t ) c a t c h e sr e s e a r c h e r sa t t e n t i o ni nt h ew o r l d 硒an e wp r o d u c t i o n t h ea m ti s m o r ee f f i c i e n ta n dh a sl o w e rc o s ta n dh a sh i i g hp e r f o r m a n c ea n dl o wp r i c et h a n a u t o m a t i ct r a n s m i s s i o n ( a d t h em o s ti m p o r t a n ti st h ea m tf i t st h er e a l i t yo f a u t o m o b i l ei n d l l s t r yi nc h i n aa n dh a sb r o a dp r o s p e c t s a g r e a td e a lo fs t u d yo na m th a sb e e nd o n e a m tp r o d u c t sh a v eb e e np u ti n t o m a r k e ti nf o r c i g nd e v e l o p m e n tm o r ey e a r s t h ea m t sp r o d u c t sa r em a t u r ei ne u r o a t d o m e s t i c ，m o r er e s e a r c hi n s t i t u t e sa r eh e a d i n gf o rt h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n t w i t h t h er e s e a r c hd e v e l o p i n g ，a m tf a u l td i a g n o s i si sm o r em a dm o r et a k e n t h es e c u r i t yi s t h ea u t o m o b i l ef i r s tr e q u e s t ，a l lt e c h n o l o g ys h o u l dc a r r yo nt a k et h ea u t o m o b i l es e c u r i t y 嬲t h ec o r e t h eg o a lo fd e v e l o p i n gt h ea m tf a u l td i a g n o s i ss y s t e mi sc a u s e st h ea m t a u t o m o b i l et h es e c u r i t yt oe n t e ran e w s t a g e t h ew o r ko f t h i sd i s s e r t a t i o ni st oi m p l e m e n ta na u t o m a t i cf a u l td i a g n o s i sa n df a u l t d i s p o s a l e s t a b l i s h e st h er e l a t e df a u l td i a g n o s i ss t r a t e g y , d e v e l o p st h ec o r r e s p o n d i n g f a u l td i a g n o s i ss y s t e m , a n dc o n d u c t st h es i m u l a t i o nr e s e a r c ht ot h ef a u l td i a g n o s i s s y s t e m t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ea m ts t r u c t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo fw o r ka n de l a b o r a t e d t h ea m tf a u l td i a g n o s i sa n df a u l td i s p o s a lp r i n c i p l ea n dt h em e t h o do fe x p l o i t a t i o n a n dt h e ne m p h a s i sh a sa n a l y z e dt h er e l a t i o no ft h i sl ( i n do fs t r u c t u r ea n dt h e p h e n o m e n o no fn o r m a lc o n d i t i o na n dt h ef a u l ta p p e a r i n g t h er u l ei se s t a b l i s h e df o r d i a g n o s i sa n dd i s p o s a l t h ef a u l td i a g n o s i sa n df a u l td i s p o s a lm a i nc o n t e n ti n c l u d e s ： t h r o u g ha n a l y z e st h er e l a t i o n so fa m t v a r i o u su n i t s ，i n c l u d i n gt h e1 0 9 i c a lr e l a t i o no f t h ee n 西n es e c t i o no fa m ta n dw i t hc l u t c h 、g e a r b o xi t s e l fc o r r e l a t i o nv a r i o u su n i t s p r i n c i p l eo f w o r ka n dt c u u n i tp f i n t p l eo f w o r k a tl a s t a n a l y z e st h ef a u l tt h r o u g ht h e d i a g n o s i sm o d u l e ，c a r r i e so nb yt h em e t h o dw h i c ha n a l y z e sa c c o r d i n gt ot h i sp a p e r f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h er u l e , t h i sp a p e re s t a b l i s h e daf a u l td e t e c t i o ns y s t e ma n dc m t l e s o nt h es i m u l a t i o na n a l y s i st ot h ep o s s i b l ef a u l t k e y w o r d s ：a m t , f a u l td i a g n o s i s ，s i m u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位沦文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 ，。j1，1 学位论文作者签名：膨尼诳嘣 签字日期： 妒年6 月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庆太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 沦文被查阅和借阅。本人授权重麽太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于， 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：犀枣嘲导师签名：之馥咚野 签字日期：w 咿7 年衫月7 日 签字日期：驷7 年月7 日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 l ，1 课题意义 目前，我国汽车年产量已达到7 2 8 万辆( 如图1 ) ，汽车保有量3 8 0 0 多万辆， 维修任务量相应加大；从另一方面来看，汽车结构日益复杂，例如，1 9 7 0 年美国 平均每辆小轿车电子装置价值2 5 美元；而1 9 8 5 年已迅速上升到9 0 0 美元；现在 小轿车电子装置价值己超过4 0 0 0 美元【l l o 图l 。1 我国汽车年产量趋势图 f i 9 1 1a u t o m o b i l ea n n u a lo u t p u to f c h i n a 随着汽车大量进入家庭，汽车的质量问题日益突出，其中汽车发动机、变速 器和制动系统的质量问题相对集中。据中国质量协会用户委员会汽车质量与服务 跟踪站公布，仅在半年的时间里，收到的6 2 1 8 汽车问题中，质量问题占到6 7 ， 服务质量问题占3 3 。自有汽车以来，全世界死于车祸的总人数已超过3 2 0 0 多万 人。近几年，因车辆事故每年大约死亡7 0 万人，伤1 0 0 0 1 5 0 0 万人。我国交通事 故每年死亡人数近1 0 万人，伤者更多，造成的经济损失十分惊人。特别值得重视 的新情况是，由于汽车质量问题而带来的交通事故比例为3 l - 2 】。 面对日益严峻的交通形势，采用正确的故障诊断及处理方法对车辆状况做出 准确的判断，发现问题及时处理或保证驶入维修点，是确保汽车行驶安全性的有 效措施【2 1 。 减少汽车事故是关系社会民生的大事。针对汽车质量等多发问题应该大力发 展汽车故障检测诊断技术。我国交通部在汽车运输业车辆技术管理技术管理规 定中指出：“车辆修理应贯彻视情维修的原则，即根据车辆检测诊断和鉴定的结 重庆大学硕士学位论文i 绪论 果视情按不同的作业范围和深度进行，既要防止拖延修理造成车况恶化。又要防 止提前修理造成的浪费。各地交通运输管理部门和运输单位应积极推广检测诊断 技术。” 早期的维修方式采用“事后维修”和定期强制保养，带来了一系列问题。事 后维修，不坏不修，维修只是在汽车出现了故障后进行的修理，这种方式隐含着 对人身安全的威胁和造成财产重大损失的危机。强制定期保养往往造成盲目修理 或失修现象。随着制造工艺改进，汽车寿命延长，事后维修的方式已不适应今天 的形势。目前，广泛采用了“视情维修”制度，它能最大限度地发挥零件的使用 潜力，减少了不必要的拆卸，大大提高了机器的可靠性和使用经济效益【2 1 口 在车辆技术保障中，资料统计，查找故障的时间为7 0 左右，而排除与维修 的时间占3 0 。车辆结构e t 益复杂，使故障诊断的地位越来越重要【2 1 。 可以这样说，在车辆技术保障中，离不开汽车诊断检测技术。没有检测诊断 技术，汽车技术保障系统中缺少一个重要的环节，没有检测诊断技术，车辆的技 术状况就不能迅速地恢复；没有检测诊断技术，车辆维修保障体制就只会停留在 事后维修和定期维修方式上。所以，汽车检测诊断技术在汽车技术保障中处于十 分关键的地位。 1 2 故障诊断技术及方法介绍 1 2 1 故障诊断技术 故障诊断技术主要包括故障诊断内容建立与诊断实施两部分。诊断实施包括 对信号的检测、故障特征的提取、状态识别和故障诊断最终决策几个部分。主要 涵盖了以下理论技术【3 吲： 检测技术：故障检测的方法决定了信息获取的有效性，也决定着故障诊断 的成败。检测的技术包括：检测对象、检测系统、测量方式、采样方法、测试内 容、信息记录和信息存储等内容。 信号处理技术：是故障诊断的核心。包括降低干扰、保留并增强有用信号、 放大故障特征信息等方面。分析汽车的状态信号即可从统计的观点出发，也可从 系统分析的观点出发，分别在时间域、幅值域、频率域、相位域和倒频域几个方 面弄清信号的波形、强度、分布特性、幅值、频率及传递特性等反映汽车不同状 态的信息特征。 信号识别理论：汽车故障诊断是典型的模式识别过程。进行故障分类、建 立样式模板、去除冗余信号、提取特征量或将待检测模式与已知样板模式进行对 比，按其相似程度和距离指标进行判别或分类，离不开识别理论的指导和高品质 的支持。常用的基本识别方法包括：主成份分析法、因子分析法、聚类分析法、 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 模式识别法和系统辨识法等。 预测技术：用于估计故障的传播、发展，对设备的劣化趋势、剩余寿命做 出预报，是事故预防与进行无破坏性检测的主要手段。经常使用的预测方法有： 斜率预报法、主观概率法、回归预测法、确定型时间序列预测法及随机型时间序 列预测法。 计算机技术：在故障诊断研究中，要想建立一个高度自动化、智能化的系 统，几乎大部分工作都得靠计算机完成。可以这样认为：没有计算机技术的支持 就不会有现代化的诊断技术。 1 2 2 故障诊断方法 故障诊断方法多种多样，其中基于规则的演绎推理是比较符合在线故障检测 及处理的一种方法。 演绎推理是从一般到个别的推理，即由一般性知识推出适合于某一具体情况 的结论。演绎推理是人工智能中的一种重要的推理方式，目前研制成功的专家系 统大多数采用演绎推理。在演绎推理中常采用正向推理，反向推理和正反混合推 理【2 】。 正向演绎推理 正向演绎推理的基本思想是：从已知的初始事实出发，在知识库中寻找当前 可用的知识，构成可用的知识集。然后按一定的策略选出一条知识进行推理，并 将推出的新事实加入到数据库中作为下一步推理的已知事实。此后再从知识库中 选取可用的知识进行推理。如此反复这一过程起到求出所要求的解或者知识库中 再无其它可用的知识为止。 在正向推理中，通常要解决三个问题：一、从知识库中选出规则的前提与数 据库中的事实进行匹配，要确定合适的匹配方法；二、在知识库中与规则的前提 进行匹配，应按最有效的路线查找知识库；三、在知识匹配的过程中，若出现几 条规则匹配成功，应将可能性最大的结论输出。 反向演绎推理 反向推理的基本思想是：首先选定一个假设目标，然后寻找支持假设的证据。 若所需要的证据找到，说明原假设成立。若反复查找不到所需的证据，说明原假 设不成立。此时需要做出新的假设。 反囱推理的目的性很强，能利用推理过程方便向用户提供解释。但初始目标 选取有盲目性，若不符合实际，需要多次提出假设，影响系统效率。 正反向混合演绎推理 正向推理在推理过程中可能出现许多与问题无关的子目标。反向推理中，若 提出的假设目标不符合实际，会降低效率。为了解决些问题，把正向推理与反向 3 重庆大学硕士学位论文1 绪论 推理结合起来，使其发挥自己各自的优势，取长补短。像这样即有正向又有反向 的推理叫混合推理。 若遇到下面情况通常要进行混合推理：一、当数据库中已知的事实不充分时， 可以运用正向推理先把其运用条件不能完全匹配的知识都找出来，并把这些知识 可导出的结论作为假设，然后分别对这些假设进行反向推理。有可能使推理继续 进行下去。二、当用正向推理时，虽然推出了结论，但可信度不高，达不到预定 的要求。此时，为了得到一个可信度符合要求的结论，可用这些结论作为假设进 行反向推理。三、如果在反向推理中，掌握了一些原来未曾掌握的信息。这些信 息不仅可以用于证实要证明的假设，同时还有可能推出一些其它的结论。因此在 用反向推理证实某个假设之后，可以用正向推理推出另外一些结论。 另外基于信息冗余的故障检测与诊断方法在汽车故障诊断中应用也比较广泛 9 1 0 e 这项技术要求充分利用系统的各种可观测信息，具有较强的综合性。目前信 息获取及处理的手段越来越先进，这一方法也得到了更快的发展。以系统模型为 基础的信息冗余故障检测诊断方法对模型的准确性依赖很大，对输入、输出的干 扰比较敏感，对经验知识及系统历史数据、环境因素无法利用。由于这些原因， 那些即能利用系统深层信息，又对模型依赖性小的信息处理方法，在故障诊断中 越来越受到重视。基于人工神经网络、人工智能和模糊逻辑的方法，能充分利用 系统结构深层信息，又能形成精确模型，对各种干扰有较好的鲁棒性，而且还能 充分利用系统历史数据和经验知识的解析建模的因素。 现在已有的一些检测与诊断方法，一般是通过检测信号的有无及信号的变化 范围和变化率，对系统中有关部件的短路和断路故障做出初步定性诊断。所采用 的方法是基于信号在一定条件下所应有的大小范围，一旦不满足正常要求，就认 为发生了故障，进行报警、显示并记录故障。这种方法可靠，易于实现，具有很 好的实用性。 1 3 气m t 故障诊断的研究现状 随着汽车工业的发展，可以将故障诊断简单的分为两种情况，一种是随车的 在线故障诊断，一种是车外的离线故障诊断。而最终的车辆故障排除则是二者结 合起来的综合处理。 国外研究现状 国外a m t 故障诊断的发展可分为3 个阶段【1 1 堋。前期主要是以车外故障诊断 为主，后期开始转型随车故障诊断，更加重视故障的在线诊断与处理，在随车诊 断的同时加入了随车处理，当然都是集成与整个诊断系统当中。如下是诊断系统 的具体发展情况： 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 第一阶段( 7 0 年代8 0 年代) ，由于当时电控系统结构简单，故障种类少， 故障码简单，所用的故障诊断仪也较为简单，除了可以读取故障码之外，就只做 监视汽车的运行状态、清除故障码和获取少量的诊断数据用。具有代表性的是美 国福特的s t a r ( s e l f - t e s t a u t o m a t i cr e a d e r ) ，它适用于1 9 7 8 年的e e c i ，1 9 7 9 年的e e c i i ，1 9 8 0 1 9 8 4 年e e c - - i i i 发动机控制单元和车身控制单元维修人员 通过它读取t c u 内记录的故障码。当时的“s c a n n e r ”故障诊断仪，可用于1 9 8 1 年通用公司的电控发动机模块e c m 和1 9 8 5 年的车身控制模块b c m 的故障诊断， 除了可以读取故障码外，它还可以显示少量的数据。 第二阶段( 8 0 年代初8 0 年代末) ，为故障诊断配了探头，可以检测汽车的 电子电路和电子器件，还可与t c u 的在板诊断系统进行交互式通讯，从而获取更 多的汽车或发动机的运行信息，并能通过信号处理反馈控制汽车和发动机部件的 工作，并设定其运行状态。如福特公司开发的故障诊断仪，可以诊断1 9 8 4 年的e e c 一发动机管理系统，该诊断配有一个监视器和一个8 通道的记录仪。公司的故障 诊断仪“t e c h l ”可以诊断1 9 8 6 年的g m 3 0 发动机管理系统和1 9 8 7 年的g m p 4 和e c m 。国上各子控制系统之间通过通信线连接在一起，故障诊断仪可以通过 数据连接线( a s s e m b l yl i n ed a t el i n k ) 与发动机管理系统通信，检测各系统的故 障。 第三阶段( 9 0 年代现在) ，这个阶段的发展特点是故障诊断向智能化和信息 化方向发展。故障诊断反馈可直接控制汽车和发动机的部件，这时才开始了真正 的故障在线自诊断处理，通过软件开发嵌入式汽车电子控制系统，将故障诊断后 的信息进行判断，根据内部存储的故障处理规则对整个系统先在线检修，存储故 障代码与执行故障处理同步进行。1 9 9 4 年，北美汽车协会就要求提出在线的故障 诊断方法，美国汽车工程师学会( s a e ) 提出的新一代随车诊断系统o b d i i ( o n b o a r dd i a g n o s i t i e s ) ，即第二代随车诊断系统。该系统成为今后汽车故障诊断的标 准，也为今后的故障诊断发展指定了一个方向。故障诊断的在线处理比重加强可 以从2 0 0 4 年j o h nc a r l o s0 f a r r i l l 介绍了一种a u t o m a t e df a u l td i a g n o s e st o o l s 的诊 断工具看出，文章介绍了一种新型故障诊断仪，解决了以前故障诊断仪存在的缺 少独立解决和报告内测故障码的缺点( 也就是故障诊断信号的在线处理的缺陷) ， 与是在这种新型检测仪上集成了一个控制包( 即故障自诊断处理包) ，从而对在线 的故障进行处理，也就一个故障自诊断模块，同对还集成了p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ( p c b ) 的模块，这大大加强了故障的在线诊断能力。 在故障诊断如火如荼发展中，汽车故障诊断标准也在9 0 年代逐渐形成。s a e 在第一代车载诊断标准的基础上，统一了故障代码和软硬件结构，制订了第二代 在线诊断标准o b 口一i i ，由于s a e 在世界汽车工业领域的权威地位，0 b d i i 标 重庆大学硕士学位论文1 绪论 准被世界各大汽车公司接受，成为世界汽车工业标准。其内容包括：s a e 标准， s a ej 1 1 3 一车辆元件的电磁敏感性测量程序；s a ej 1 8 5 0 - - b 类数据通讯网络 接口；s a ej 1 9 3 0 一电气电子系统诊断缩写、条目和定义；s a e 儿9 6 2 一诊断接 线器；j 1 9 7 9 一电气电子诊断模式及方法；s a ej 2 0 1 0 一故障诊断代码推荐格式 和信息；s a ej 2 0 0 1 - - o b d - - i i 检测工具通用接口；s a ej 2 2 0 5 - - 扩展诊断协议。 i s o 标准，i s 0 7 6 3 7 - - 道路车辆一环境与连接的电磁干扰；i s 0 9 1 4 1 - - 2 ：1 9 9 4 ( e ) 一道路车辆一诊断系统- - c a r b 内部数字信息交流要求。 汽车在线诊断技术是汽车电子技术的重要组成部分，国外经过3 0 年的发展， 已经达到了很高的水平，形成了较为完善的体系。 国内研究现状 吉工大的秦贵和等人的机械式自动变速器在线故障诊断系统【1 6 1 ，文中介绍了 一个用于a m t 控制系统的解析冗余故障诊断方法。在该方法中，利用存在于测量 数据与动力传动系统局部模型和结构逻辑关系间的冗余信息检测和诊断传感器、 执行机构以及a m t 部件的故障。 清华大学张俊智等人的机械式自动变速器( a m t ) 电控系统的诊断【1 7 1 ，文章以 自动选换挡机构为例，介绍了利用a m t 电控系统信号间的逻辑关系对a m t 电控 系统进行准确诊断的方法。 麻友良等的本田a c c o r d 轿车自动变速器电控系统故障检修”】，文章介绍了 m p x a 和m p o a 型自动变速器故障自诊断系统通过仪表板指示灯读取故障方法、 自动变速器电子控制系统电路及部件的故障检修方法，并提供了故障检修的检测 参数。 上海工程大学胡宁的电液控制系统故障的计算机诊断分析方法【1 9 1 ，文中对自 动变速器的电液自动控制系统提出以计算机仿真模拟的方法对它的故障进行分 析。 东北林业大学储江伟的汽车电控系统故障模式识别的研究【2 0 1 ，全面论述和系 统分析了汽车诊断设备在开发和诊断理论的研究成果及方向。提出汽车故障诊断 理论研究是汽车集成诊断系统建立的重要基础。其次，对某个车辆或车型的故障 与汽车群体的故障规律和性质之间的关系进行了研究，并在研究汽车群体基本特 征的基础上提出进行汽车故障诊断的策略及其评价方法。结合汽车故障的特点和 模式识别的要求，论述了汽车技术状态特征的选择和提取原理、汽车故障模式识 别的主要方法。以汽车电控系统的典型故障为例，对故障症兆的技术状态特征描 述、利用神经网络进行故障模式识别及其故障部位判断与故障原因分析等问题进 行了深入的研究。采用单故障样本组合的方式神经网络进行训练，以识别具体的 故障原因和部位。 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 西安交大林京的基于连续小波变换的信号检测技术与故障诊断2 ”，文章通过 分析指出连续小波变换具有很强的弱信号检测能力，非常适合故障诊断领域。从 参数离散到参数优化系统研究了连续小波变换的工程应用方法，建立了“小波熵” 的概念，并以此为基础小波参数的择优标准。 太原公共交通总公司的郭丽萍的o b d i i 型汽车自诊断系鲥捌，文中介绍了 汽车电脑控制系统的控制内容，0 b d i i 随车诊断系统的统一形式的诊断座、标 准故障代码及含义等。 长安大学的戴冠军等的电控汽车自诊断系统通信网络设计原理【2 3 1 ，介绍了电 控汽车自诊断系统通信网络的基本设计原理，o b d i i 与外部诊断计算机的连接。 南京理工的蔡卫峰的动态系统故障诊断技术研究进展与展望 2 4 1 ，文中阐述了 动态系统故障诊断技术的发展情况，对各种诊断方法进行详细的分类介绍及比较； 最后对故障诊断技术的发展趋势和有待解决的问题进行了分析与探讨。 张云龙等的电控汽车故障诊断技术的现状与发展趋势【2 卯，文章总结了国外电 控汽车故障诊断技术的发展过程，分析了汽车故障诊断技术的发展现状，介绍了 国际现行诊断技术标准，并对未来汽车故障诊断技术的发展趋势进行了展望。 在这些研究中可以看出虽然故障诊断的研究比较广泛，理论方面有故障模式 识别、连续小波变换在故障诊断中的应用，在实际应用中有对a m t 电控系统的研 究、电液控制系统的计算机诊断，同时还在故障诊断的发展做了很多展望，但在 在线故障诊断理论上的研究其实很少，主要有秦贵和的机械式自动变速器在线故 障诊断系统，但也没有真正具体针对专用的自诊断模块进行。但从这些研究中可 以看出一种趋势，a m t 的故障自诊断的在线诊断在未来的研究中的重要性越来越 突出，尤其是对在线故障和在线处理系统研究越来越被重视。 1 4 汽车故障诊断技术的发展趋势 汽车产业在飞速发展，尤其在我国的这一二十年里，汽车的各个系统也越来 越复杂，控制系统不断增多，功能也越来越强大。各种新技术新手段都在向汽车 方向应用，现代数学、信息科学、计算机技术、电子技术的渗透使汽车故障诊断 技术也沿着新的方向发展： 汽车局域网形式的应用 采用汽车局域网( 、硝n ，c a n ) 对各子系统模块进行管理的技术得到了大力推 广。由于各子系统模块的智能化程度越来越高，适应了局域网的发展。这种方式 具有相应的在线诊断功能由专用的诊断模块对各子系统进行监控，提供故障信息 和发生故障的部位。外部诊断设备可以通过汽车局域网直接对各子系统进行诊断 和测试。 7 重庆大学硕士学位论文1 绪论 逐渐增强在线诊断系统对汽车工作状态的监视 电子技术发展迅速，采用大容量的存储器变为现实。实时记录车辆运行状态， 即各种传感器和执行机构的工作状态，判断故障发生的前后情况，并有一定的故 障处理功能，强化汽车故障诊断能力。 在线故障诊断对突发故障处理能力大为提高 对突发故障有专门的预判能力，能够及时实旌相应措施进行处理。强制理发 控制逻辑或用代替法将出错的信号部分，尽量保持汽车进入维修点修理。 增强故障诊断信息资源 我国目前的维修站点、4 s 店等都有相当的规模，但却不能把拥有的资源集中 到一起进行分析研究，这确实是阻碍正常的汽车产业的发展。而增强故障诊断资 源却是汽车工业发展的一种趋势，它有利于汽车产业的发展。这样做即增强了维 修点的故障诊断能力，又可降低维修成本。 对诊断技术的运用能力将得到加强 对汽车故障诊断的前沿技术有待进一步应用于汽车故障诊断事业中。如，专 家系统的知识数据库，神经网络技术，扰动分析模式识别技术和动态模型技术等 等。这些前沿技术的应用必将增强故障诊断系统的功能，提高故障诊断能力，也 是故障诊断的一种趋势。 1 5 本文研究内容 a m t 的故障诊断与故障处理，能够对传感器、电子控制系统本身、执行机构 等故障原因进行准确判断，确定对应的故障检测目标，同时提出相应的在线处理 方法。具体内容如下： 为了使a m t 工作更加可靠安全，非常有必要进行a m t 故障诊断的研究。 而a m t 的结构是研究a m t 故障的基础，通过分析其结构组成，认识并掌握它的 工作原理。并对其中的各种传感器以及执行机构的工作原理所存在的数学逻辑关 系进行全面的分析，研究a m t 可能产生的故障，并对这些故障进行分类，作为进 一步故障诊断的研究基础； 为了对故障进行处理，运用演绎推理的方法对a m t 的故障进行分析处理， 从假设的基础上得出其内存的逻辑关系，用这些逻辑关系对产生的故障进行判断。 对a m t 的结构所可能产生的故障进行详细剖析，从中归纳产生这些故障的原因， 并针对各不同故障总结故障特征，能够对产生的故障准确判断并找出相应的方法 对其进行适当处理，作为故障分析的理论基础； 为了使上述故障诊断及处理方法得以实现，建立了a m t 的故障诊断模型。 以故障产生的理论基础为依据，分别对各类故障进行s i m u l i n k 仿真建模。以汽车 8 重庆大学硕士学位论文i 绪论 的a m t 自动控制规律为导向，在a m t 控制软件基础上在程序中实现对可能产生 的故障的准确判断及在线处理，并讨论各种故障判断的具体实现过程； 为了验证故障诊断模型的正确性，进行了a m t 的故障诊断及处理的仿真。 根据故障诊断模型，对各种故障分别进行仿真，验证模型功能，并对仿真结果进 行比较分析。 9 重庆大学硕士学位论文 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 2 1 a m t 基本结构 a m t 是在手动变速器的基础上，将手动操纵改为液动、电液或直接电动形式 操纵。由于本身的齿轮传动没有改变，所以a m t 仍保持了手动变速器的效率高的 特点【3 l 【2 6 1 。但在实现自动控制的过程中，保证其运行过程中各部分工作的可靠性是 改造过程的一个难点。须将驾驶员的很多意图封装在自动控制中，能够解决大多 数行驶过程中遇到的状况。所以有自动控制程序，控制规则，正是由于这些程序 规则的存在，使a m t 不仅存在手动变速器本身具有故障，还带来了许多改装后的 自动装置可能产生的故障。所以在分析这些故障之前，有必要对整个变速器的结 构，尤其是改装的部分进行全面深入了解。 a m t 的结构如图2 1 所示叨：主要有变速箱体、离合器总成、t c u 控制单元、 离合器操纵机构、选换挡执行机构【2 2 1 。 图2 1 a m t 实物图 f i 9 2 1a m ts t r u c t u r e 2 1 1 离合器 离合器是a m t 结构中活动最频繁的部件之一，在整个a m t 的工作当中起着 1 0 重庆大学硕士学位论文 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 非常重要的作用，它决定着发动机与变速器之间的动力切断和传递。在离合器的 自动控制设计中，利用电磁阀控制换向阀通断进而控制油缸活塞运动分离离合器 【3 3 1 。其结构简图如图2 2 所示【蚓： 1 发动机；2 一发动机飞轮；3 一离合器从动片；4 - - 摩擦片；5 一离合器压盘 6 一膜片弹簧；7 一分离轴承；8 一回位弹簧；9 一液压缸；l o 一高速开关阀 s l 一发动机转速；s 2 一离合器从动轴转速：s 3 一挡位信号 s 4 一制动信号；s 5 一液压缸行程；s 6 一油门开度 图2 2 离合器组成结构及工作原理图 f i 9 2 2c l u t c hs t r u c t u r ea n dc l u t c hw o r k i n gp r i n c i p l e 由离合器的组成结构可以将其工作分为两个过程：首先是t c u 和高速开关阀 通信的控制过程，在这个过程中，要经过t c u 采集各传感器信息，并将它们进行 综合分析判断进而得出离合器的结合速度和结合量，将得到的控制值再经优化后 转换为p w m 占空比来控制离合器动作，在这里关键的是信息输入与信息输出的准 确性和及时性，这将决定离合器能否顺利完成这一操作过程；其次是高速开关阀、 液压缸和杠杆机构之间的执行过程，假设硬件本身不出现问题，在这个过程中只 关心高速开关阀执行过程的精确性，液压缸运动的平稳性和杠杆机构工作的准确 性。由于离合器工作环境比较恶劣，所以在这两个过程中可能存在的问题也比较 多。 离合器简单工作原理如下：离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘 传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振 器盘转动。从动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。 因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中 重庆大学硕士学位论文 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 的扭转振动会使从动盘毂相对于从动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间 的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来【”】。 离合器的控制是a m t 能否正常工作的前提，无论是换挡、驻车、停车都有分 离或接合离合器的要求。在频繁的接合与分离过程中，离合器控制单元不仅要对 汽车目前的状态进行准确判断，而且要对各种工况下怎样结合进行精确的控制， 保证离合器的正常工作是变速器、差速器等后续步骤正常工作的前提。要保证离 合器正常工作，首先要保证工作执行元件的基本条件得到满足，如：驱动电路的 控制电压要满足驱动最大电压、工作液压缸的液压力要能够使离合器彻底分离等 等。这也是在故障诊断部分需要监测的项目。只有满足了这些基本条件，才可以 将工作进行到下一步，变速器部分。 2 1 2 变速器 为实现自动控制，a m t 选换挡执行机构用电液或纯电动驱动方式p 6 1 ，控制是 由自身的参数一车速和油门开度，以及实际工作环境决定。将压力信号或电信号 传到控制单元处理，根据逻辑判断，将运算后的控制信号输出给电液、纯电动控 制单元执行。具体变速器包括齿轮组、选换挡控制元件、选换挡执行元件。如图 2 3 所裂3 7 】： 图2 3a m t 变速器在整车中的工作示意图 f i 9 2 3w o r k i n gs k e t c hd i a g r a mo f 怂仃o f w h o l ev e h i c l e 1 2 重庆大学硕士学位论文 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 在整车中变速器保证了汽车行驶在适当的车速下，而自动变速器判断这种车 速需要的是驾驶员在油门或制动踏板上所传递出的信号。正确的信号是合理控制 的前提，所以a m t 怎样得到准确的信号，并将信号进行适当的处理，包括容错处 理和故障分析，将是a m t 控制的重点。正确的信号来自变速器自身的需要，在 a m t 的换挡控制中，液压控制方式所用的压力是控制中的一个信号，电控方式的 电压也是变速器控制的信号之一，所以随时检测这些信号并对这些信号进行监控 是故障诊断的重要内容【3 8 “】。 图2 4 为电液式选换挡机构工作原理图： 图2 4 电控液压驱动换挡控制 f i g2 4a m ts y s t e ms h i f tb ye l e c t r o h y d r a u l i cs e r v o m e c h a n i s m 对电液选换挡机构，挡位是由液压缸所处的位置进行判断。如上图所示，选 挡油缸与换挡油缸均有三个停靠位置。分别将选挡缸和换挡缸定义为v _ l 和v _ 2 ， 将它们各自具有三个位置由图2 4 所示字母表示。 由v1 、v2 两个活塞缸的工作可以实现下图 所示的六个挡位 4 5 】。在选、换挡缸上分别布置三个 挡位开关传感器，六个传感器可反应实际行车中的 变速器所处的挡位。而v1 、v2 是由t c u 控制l 、 2 、3 、4 四个电磁阀来换向。图2 5 给出了挡位示意 图【蛔，表2 1 给出各挡位下电磁阀及液压缸的位置 关系。 区= 二习 _ _ - + 图2 5 挡位示意图 f i 9 2 5s h i f tg e a rs k e t c hm a p 重庆大学硕士学位论文 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 表2 1 电磁阀与换挡开关的位置关系 电磁阀通( 1 ) 断( o ) 挡位开关通( 1 ) 断( o ) 挡位 l23 4 a bcdef lollol o 0 loo 2 io10l 0 o 00l 30l00olol 0o 4 l0 o 00 l o o0l 5 01 0 10 0 ll 00 rl0 0 io 0 lo o l n lo000looo l0 空 n 2 0o 0 0 ol0oto 挡 n 3 0o o oo 0 10 l0 表中，将判断a m t 挡位的六个挡位开关传感器的电平信号先做了初步处理， 设信号高电平时为“1 ”，低电平时为“0 ”。而在实际中这电平信号对应的是电路 上的电压值，高电平即“l ”代表的电压值的范围在3 v 左右，低电平代表o 一0 4 v 。 图2 6 为纯电动选换挡机构工作原理图： 图2 6 纯电控动选换挡控制 f i 9 2 6s h i rb yd cm o t o r 纯电动的选换挡过程是由选换挡电动机完成的。由于a m t 选挡机构需要的转 矩为7 8 n m ，而换挡力要1 5 0 n 左右，为不增加a m t 结构负担，不亦选用型号 太大的电动机，而相匹配的电动机能够提供的力矩要远远小于选换挡需要的力， 为增加电动机提供的力矩，在电动机上必需加装减速齿轮【4 7 】。这种机构的优点是： 简化了液压机构，减小了a m t 的安装空间，使控制变的相对简单，适用范围也比 液压机构广，并且加快了选换挡时间，还具有良好的性价比。 1 4 重庆大学硕士学位论文 2a m t 的结构及可能产生的故障分析 纯电动的选换挡执行是靠电动机的正反转动 来实现。这里电动机的正反转运动是根据选换挡 需要反应到t c u ，再将t c u 的信号经过电动机控 d 3 制电路处理，最后由电动机控制电路输出改变直 流电机的输入极性驱动电动机正转或反转。纯电 动选换挡工作原理如图2 7 所示，1 表示电动机正 转，1 表示电动机反转，0 表意电动机停止转动， d l a 卧 d 2 叵= = 习 _ _ l 图2 7 选换挡工作示意图 d l 、d 2 、d 3 、d 4 代表的是挡位传感器，挡位是由 h 9 2 78 “i r w o r k i n gs k e t c h m a p 挡位传感器信号来得到。电动机转动，触动相应挡位传感器开关，传感器将信号 反馈给t c u 使电动机停止，完成换挡，电机转向与传感器值关系如表2 2 所示。 表2 2 电机与挡位传感器的位置关系 电机 挡位传感器通( 1 ) 断( 0 ) 挡位 转向 d l d 2d 3 d 4 1llool 2一l10oo 3 1 olol 41ol00 5l0oll r lo0l0 nooo00 2 1 3t c u 结构功能 t c u 是a m t 的控制单 元，它包括四个部分：一是输 入接口，将传感器感应信号转 换后传递到t c u 的处理单元； 二是输出接口，将处理单元计 算后的控制信号再传递到执行 元件；三是电子计算机，t c u 的处理单元，对输入的信号进 行逻辑判断或计算分析，得出 处理结果；四是连接这三个部分的通信线，由于电控系统越来越繁杂，传输的信 号种类越来越多，目前比较普遍采用的是c a n 通信总线【1 4 】【4 8 - 4 9 。 图2 8 为t c u 工作原理图： 模拟信号 - 1 惴抉器l _ - 存 传 输 入 储 感 霉 端 嚣 数字信