自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)故障診斷研究

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)故障診斷研究，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)械自動(dòng)化的進(jìn)步，在我國的各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中開始廣泛應(yīng)用智能控制系統(tǒng)。隨著科技的飛速發(fā)展，自動(dòng)變速箱在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。其可靠性和穩(wěn)定性在很大程度上決定了整車的質(zhì)量和安全性。因此，研究基于自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)診斷的自動(dòng)化測試，有助于分析自動(dòng)變速箱故障，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1CAN總線技術(shù)及測量原理

1.1CAN總線技術(shù)

控制器局域網(wǎng)總線(ControllerAreaNet-work，CAN)是串行總線，其是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制，屬于現(xiàn)場總線范疇。ISO已經(jīng)將CAN確立為國際標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，CAN是一種多主總線，可以通過同軸電纜或是雙絞線來進(jìn)行信號(hào)傳輸。CAN總線是RobertBosch在20世紀(jì)80年代開發(fā)的串行通信協(xié)議，其通信速度最高可以達(dá)到1Mbps。因?yàn)榫哂斜姸鄡?yōu)勢，所以在高速網(wǎng)絡(luò)和多線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用，包括實(shí)時(shí)性好、通信可靠、可以檢測任何錯(cuò)誤、設(shè)計(jì)成本低等[2]。

1.2CAN總線結(jié)構(gòu)

CAN總線參考模型中，包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層等層次結(jié)構(gòu)。物理層則分為3種模式，分別是位編碼、位時(shí)間和同步；而數(shù)據(jù)鏈路層則可以分為邏輯鏈路控制子層、MAC媒體訪問控制子層。

1.3CAN總線技術(shù)及測量原理

通過CAN總線對(duì)于自動(dòng)變速箱測量、故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集工作，采用2個(gè)信號(hào)采集傳感器網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，然后將采集到的信號(hào)傳送給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、顯示、狀態(tài)指示、聲光報(bào)警等功能。主機(jī)主要是通過ISA訪問控制器傳輸數(shù)據(jù)。如圖2所示為CAN總線的測量原理圖。如圖3所示為CAN總線與傳感器網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換圖。

2變速箱故障類型

2.1變速箱類型簡要分析

變速箱是一種改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的機(jī)構(gòu)。變速箱可以固定或分擋改變輸出軸和輸入軸的傳動(dòng)比。變速箱由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)組成，一些變速箱還具有功率接收機(jī)制。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般都是普通齒輪傳動(dòng)，也有一些是用的行星齒輪傳動(dòng)。而變速箱的類型包括AT變速箱、CVT變速箱（為機(jī)械無級(jí)自動(dòng)變速器）、AMT變速箱（為電控機(jī)械式自動(dòng)變速箱）、雙離合器變速箱（變速箱中有2個(gè)離合器[3]）。工程機(jī)械變速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可分為機(jī)械子系統(tǒng)和液壓子系統(tǒng)。因?yàn)樽詣?dòng)變速箱的內(nèi)部零件多，工作環(huán)境差，連續(xù)工作時(shí)間長，出現(xiàn)故障的可能性也大大增加。另外而自動(dòng)變速箱內(nèi)部零件之間具有緊密的關(guān)聯(lián)，任意一個(gè)部件出現(xiàn)問題，都會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)變速箱無法繼續(xù)運(yùn)行，其他部件的性能也會(huì)受到這些部件故障的影響。傳動(dòng)軸運(yùn)行不正常會(huì)導(dǎo)致軸環(huán)、軸承以及齒輪等部件受到不同程度的損傷；而齒輪運(yùn)行出現(xiàn)問題，也會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)軸出現(xiàn)故障，受到不正常沖擊。龔洪浪在《基于CAN總線的拖拉機(jī)無級(jí)變速箱故障診斷系統(tǒng)研究》[4]中提出工程機(jī)械自動(dòng)變速箱的零部件故障發(fā)生的比率如表1所示。在檢測工程機(jī)械自動(dòng)變速箱的故障時(shí)，其檢測重點(diǎn)需要放在傳動(dòng)軸承和齒輪、油壓傳感器、控制器端口、轉(zhuǎn)速傳感器等故障。自動(dòng)變速箱的齒輪工藝結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，經(jīng)過高速、長期運(yùn)行之后，發(fā)生故障的概率非常高，所以是自動(dòng)變速箱中最容易出現(xiàn)故障的零部件。自動(dòng)變速箱齒輪故障常見的包括磨損、點(diǎn)蝕、膠合、斷齒和加工裝配故障等。自動(dòng)變速箱的傳動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)比較簡單，但是其承擔(dān)著非常重要的作用，能夠有效降低傳動(dòng)摩擦因數(shù)和固定傳動(dòng)軸。傳動(dòng)軸承故障會(huì)影響自動(dòng)變速箱的工作穩(wěn)定性。傳動(dòng)軸承故障包括磨損、膠合、疲勞剝落、變形、腐蝕和加工裝配故障等。轉(zhuǎn)速傳感器故障主要表現(xiàn)為無法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。如果超出規(guī)定阻值范圍，則意味著傳感器損壞，需要更換。控制器端口常見故障主要包括靜態(tài)流異常、限流電阻發(fā)熱等，通常情況下可以根據(jù)指示燈來判斷是否存在控制器端口故障。油壓傳感器故障非常常見，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油儲(chǔ)存量多少、機(jī)油臟或粘稠、機(jī)油稀等均會(huì)導(dǎo)致油壓傳感器故障。

2.2自動(dòng)變速箱常見故障

自動(dòng)變速箱是當(dāng)前工程機(jī)械的關(guān)鍵設(shè)備之一，但是因?yàn)樽詣?dòng)變速箱結(jié)構(gòu)精密、動(dòng)作頻繁，且工作環(huán)境差，導(dǎo)致自動(dòng)變速箱的故障成了一個(gè)常見問題。

2.2.1換擋時(shí)系統(tǒng)沖擊偏大

在工程機(jī)械啟動(dòng)和行駛過程中，工程機(jī)械在自動(dòng)變速箱調(diào)擋或自動(dòng)換擋過程中發(fā)生劇烈振動(dòng)或振動(dòng)幅度偏大，或是在行駛期間，自動(dòng)變速箱在換擋時(shí)，車身因?yàn)閾Q擋而突然震動(dòng)，從而導(dǎo)致駕駛?cè)藛T的生命安全帶來嚴(yán)重威脅，并且留下嚴(yán)重的心理陰影。此故障的主要原因是怠速和發(fā)動(dòng)機(jī)溫度偏高等存在問題，也可能是因?yàn)樾顗合涞幕钊ㄗ　⒐こ虣C(jī)械重要元件損壞丟失等原因。

2.2.2客觀原因造成工程機(jī)械無法正常行駛

當(dāng)換擋控制手柄處于前進(jìn)擋和后退擋時(shí)，由于以下原因?qū)?huì)導(dǎo)致工程機(jī)械不工作：①手柄故障或與控制器連接異常等故障；②自動(dòng)變速器油底殼溫度傳感器損壞；③主油路部件損壞；④進(jìn)油濾網(wǎng)堵塞。

2.2.3出現(xiàn)打滑，車輛行駛異常

變速箱打滑很容易導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)無力。當(dāng)踩下油門，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加后，速度不會(huì)增加。工程機(jī)械爬坡時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)加速很快，但爬坡能力仍然很弱。故障的主要原因是：①液壓油的油位和液壓油質(zhì)量不符合要求；②由于主油路路由或者其他的因素導(dǎo)致油壓偏低。

2.2.4換擋問題

自動(dòng)變速器換擋出現(xiàn)沒有后退擋、無法升擋等，無法實(shí)現(xiàn)較高的換擋。而此故障的主要原因是工程機(jī)械的換擋電磁閥鎖定可能損壞[5]。

2.2.5聲響出現(xiàn)異常

行駛過程中的自動(dòng)變速箱產(chǎn)生異響，但是在空擋狀態(tài)下，則無異常現(xiàn)象。而造成異響的原因主要有兩方面：①油泵嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致油面偏高或偏低；②換擋執(zhí)行元件存在異響。

3改善故障系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法

如圖4所示為CAN總線驅(qū)動(dòng)模塊流程圖。變速箱故障診斷系統(tǒng)通過編程實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)硬件平臺(tái)的預(yù)定功能，包括控制模塊信息采集與處理、人機(jī)交互、總線信息傳輸?shù)缺姸喙δ堋６浖O(shè)計(jì)包括顯示模塊、信息采集模塊、總線驅(qū)動(dòng)模塊等。在總線驅(qū)動(dòng)程序中，需要發(fā)動(dòng)緩沖區(qū)、初始化、定義接收和指針，定義指向CAN節(jié)點(diǎn)的指針，設(shè)置波特率和節(jié)點(diǎn)過濾箱，以便可以中斷CAN和接收數(shù)據(jù)[6]。

3.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自動(dòng)化應(yīng)用分析

基于CAN總線的無級(jí)變速箱故障診斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖5所示。基于CAN總線的工程機(jī)械自動(dòng)變速箱的故障診斷系統(tǒng)中，設(shè)置數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)接收、故障診斷報(bào)警等軟硬件控制設(shè)備。通過CNA總線與傳感箱網(wǎng)絡(luò)相連，將車速信號(hào)、車身振動(dòng)信號(hào)等信息傳送給變速箱控制器TCU控制器，由控制器來分析信號(hào)，對(duì)故障信息進(jìn)行解釋和傳輸，最后在人機(jī)車載顯示器上顯示并報(bào)警可能導(dǎo)致事故的故障信息[7]。此外，在SD卡存儲(chǔ)器對(duì)于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行維修。在需要的情況下，通過GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將信息傳遞給云平臺(tái)，由其發(fā)送給遠(yuǎn)程服務(wù)器，方便查詢。同時(shí)，嵌入式控制器能夠處理信息，方便遠(yuǎn)程監(jiān)測工程機(jī)械。

3.2故障診斷程序

在軟件定時(shí)中斷程序中添加信號(hào)極值的診斷程序，每200ms執(zhí)行一次。分別將工程機(jī)械的離合器分離行程傳感器、換擋位置傳感器、選擋位置傳感器、變速器輸入軸速傳感器等各自的最大值和最小值進(jìn)行比較。如果結(jié)果超出正常范圍，意味著傳感器存在故障。工程機(jī)械每10ms發(fā)送一組行車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，每200ms執(zhí)行一次傳感器診斷檢測程序。如果出現(xiàn)傳感器故障，則先診斷出的故障會(huì)被后續(xù)新的故障覆蓋，故障診斷會(huì)顯示最新的故障。但是，為了避免故障被新的故障掩蓋，實(shí)施分批診斷的方式，每次只執(zhí)行一種傳感器的檢測，這樣即便幾個(gè)傳感器同時(shí)發(fā)生故障，也可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

4實(shí)驗(yàn)測試

為了檢查自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)的故障診斷效果，本文對(duì)工程機(jī)械自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)故障處理效果進(jìn)行分析，驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和有效性，該系統(tǒng)應(yīng)安裝工程機(jī)械上開展了實(shí)際測試。工程機(jī)械掛4擋時(shí)，傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速約為1000r/min左右，通過對(duì)系統(tǒng)采集的速度信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分別在30和60時(shí)間段出現(xiàn)波峰，意味著自動(dòng)變速箱4擋位置故障。分析后發(fā)現(xiàn)齒輪磨損情況比較嚴(yán)重，并且點(diǎn)蝕現(xiàn)象也非常嚴(yán)重，存在部分?jǐn)帻X現(xiàn)象，導(dǎo)致自動(dòng)變速箱在車輛運(yùn)行期間出現(xiàn)大幅振動(dòng)。測試結(jié)果符合工程機(jī)械自動(dòng)變速箱的實(shí)際故障，證實(shí)了自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)對(duì)于故障診斷效果顯著。如圖6和圖7所示。

5結(jié)語

近年來，工程機(jī)械發(fā)展迅速，但是復(fù)雜程度也隨之提升。因此，工程機(jī)械的故障診斷技術(shù)已成為一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)。基于CAN總線的自動(dòng)變速箱故障診斷系統(tǒng)可對(duì)工程機(jī)械自動(dòng)變速箱的故障進(jìn)行診斷。試驗(yàn)結(jié)果表示，能夠準(zhǔn)確檢測變速箱故障，具有較高的測量精度，便于現(xiàn)場維護(hù)人員和遠(yuǎn)程維護(hù)。

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作者:趙裕聰 單位:江蘇匯智高端工程機(jī)械創(chuàng)新中心有限公司