某自动挡车型制动前窜故障分析与改进

李儒龙 张春娇 沈 波 丁济凡 陈卫方

（东风汽车公司技术中心）

1 前言

发动机与自动变速器之间的扭矩匹配是否良好，是影响自动挡车型驾驶是否平顺以及变速器寿命大小的关键因素之一。

某自主品牌自动挡车型自上市后，约有10%的客户反映在等红绿灯时会出现“制动前窜”的现象，甚至会由此引发追尾等交通事故。公司质量部门针对该问题更换过发动机、ECU、自动变速器总成、TCU、发动机线束、机舱线束等所有可能相关的零部件，也清洗过节气门、进气歧管，但均无法消除故障，因此排除该故障是由零部件质量问题造成的可能性。

为彻底解决上述质量问题，本文从发动机与自动变速器的扭矩匹配入手，通过CAN网关、ECU参数标定等技术手段对故障根本原因进行分析。

2 制动前窜故障分析

为了摸清故障现象，使用INCA采集发动机转速、变速器涡轮转速、换挡信号和制动等信号，如图1所示。

由图1可以看出，在驾驶员进行制动后，发动机转速和涡轮转速逐渐降低，在发动机转速降至1300r/min时变速器出现换挡（由1挡升至2挡），转速迅速被拉低至600 r/min后又迅速冲高至1200 r/min，而发动机目标怠速为820 r/min。虽然整个过程中涡轮转速（即车速）并没有明显上升的现象，但发动机转速下降到上升的时间只有不到1s，而且上升的幅度较大，让驾驶员有突然加速的感觉。以上即为制动前窜的故障现象。

2.1 TCU换挡策略分析

由于故障过程中存在换挡（特别是升挡），有可能造成整车将发动机转速拉低，因此先对自动变速器的换挡策略进行分析。其换挡曲线如图2所示，可以看出换挡规律与其他自动挡车型较为类似[1，2]，无异常之处。尝试适当提高1挡切换2挡的车速，最终也没有解决问题，故换挡规律并非制动前窜故障的根本原因，需要对ECU控制策略进行进一步分析。

2.2 ECU与TCU的匹配分析

对故障过程的发动机转速、扭矩、节气门开度等参数进行记录，发现在发动机转速突然下跌的过程中伴随有节气门开度明显关小的现象，与此同时ECU扭矩干涉标志位B_mdein置1，如图3所示。B_mdein置1标志着发动机与变速器出现扭矩干涉，即发动机当前扭矩超出了变速器最大扭矩限值的要求。通过对ECU控制策略的分析，发现一旦出现扭矩干涉，ECU将不会进行发动机怠速PID控制，即不会对发动机的转速下降采取任何补救措施，因此导致发动机转速急剧降低。

通过对ECU和TCU的控制策略进行分析，发现导致ECU判定扭矩干涉的过程如下:

a. 按照TCU现有的控制策略，ECU将发动机指示扭矩Ti减去发动机阻力矩Tf后得到发动机有效扭矩Te，然后通过CAN总线发送给TCU；

b.TCU接收到Te后直接赋值给变量Te_max（变速器最大有效扭矩限值）和Te_des(变速器需求有效扭矩)，通过CAN返回给ECU；

c.ECU在收到TCU发回的Te_max和Te_des之后，在此基础上加上发动机阻力矩Tf，得到Ti_max（变速器最大指示扭矩限值）和Ti_des（变速器需求指示扭矩）。

经过上述过程后，理论上3个变量Ti、Ti_max、Ti_des等值，但是由于CAN网络定义时变量Te、Te_max和Te_des的精度为最大扭矩的0.5%，远低于ECU内部变量Ti的精度，而小于0.5%的部分被清零，从而导致经过上述过程后变速器最大指示扭矩限值Ti_max实际上比发动机当前指示扭矩Ti小，由此ECU认为发动机发出的扭矩超出了变速器的最大限制扭矩，从而进入扭矩干涉模式，不对转速下跌进行补偿。

可见，TCU在与ECU进行匹配的过程中没有考虑到CAN信号精度的影响，这可能是造成发动机转速突然下降的原因。为了证实该假设，需要对相关控制策略进行更改。

由于在没有足够证据的情况下无法得到TCU供应商的支持，无法对TCU软件进行更改，因此采用了一种替代方案，即使用CANoe和CANcase搭建一个CAN网关，按照需要使用CAPL语言对TCU发送给ECU的数据进行更改[3]。具体方案为在制动、低转速、换挡等3个条件同时成立时分别将Te_max和Te_des增大5%和1.5%。该方案主要针对制动前窜故障出现的工况，对其他运行工况无直接影响。

采用上述方案后，扭矩干涉现象消除。对整车进行测试并记录数据，结果如图4所示。实施前转速最低下降到550 r/min，实施后最低只下降到650 r/min，即发动机转速突然下降现象有了一定程度的缓解，可见上述设想成立，但是发动机转速突然上升的现象并没有得到解决。

为了找出造成发动机转速突然上升的原因，对测量数据进行进一步分析，发现在ECU扭矩控制中的液力变矩器阻力补偿扭矩Tc可能是造成转速突然上升的主要原因，如图5所示，其计算方法为:

式中，nt为涡轮转速；ns为发动机目标怠速转速；toil为变速器油温；f_TurbDec_MAP为随着涡轮转速变化的阻力扭矩计算MAP；f_OilCon_MAP为随着变速器油温变化的阻力扭矩计算MAP。

此计算方法为博世公司的控制系统经验，通过对f_TurbDec_MAP和f_OilCon_MAP的标定来实现对不同变速器的匹配。

由图5可以看出，在发动机转速上升的过程中，Tc也从0上升到最大（发动机最大扭矩的5%）。ECU在进行怠速PID的同时，由于Tc的增大造成发动机负荷快速增加，可能会导致发动机转速迅速上升。

为了验证上述设想，通过INCA标定设备将参数f_TurbDec_MAP全部设成0，即不对液力变矩器的阻力进行开环补偿。采用该方案后结果如图6所示，可见更改Tc后发动机转速上升幅度降低，方案有效。但是从图6也可以看出发动机转速有轻微波动，并未随目标怠速转速平稳下降，会给驾驶员一种不舒适的感觉。

2.3 ECU怠速控制分析和改进

为了进一步提升驾驶舒适性，对ECU的怠速控制策略进行分析，包括节气门和点火角的PID控制。通过对节气门和点火角的控制参数进行重新标定，使点火角和节气门的响应更加迅速，最终使发动机转速平稳下降，制动前窜故障得到彻底解决。

3 制动前窜故障的最终解决方案

由于故障原因经过充分的分析和验证被证实，TCU及ECU供应商均同意进行配合，即对TCU进行软件更改，对ECU进行标定参数更改，形成了最终的解决方案:

a.更改ECU标定参数:更改变速器扭矩匹配参数，即将变速器阻力扭矩计算MAP（f_Turb-Dec_MAP）设为0；同时更改节气门、点火角PID控制参数。

b. 更改TCU软件 （更改CAN信号输出）:制动、低转速、换挡时，变速器需求有效扭矩Te_des增加1.5%，变速器最大有效扭矩限值Te_max增加5%。

为了避免采取上述解决方案之后车辆在市场上出现新问题，安排5辆试验车按照正常驾驶习惯在武汉市区（低海拔）进行为期半年的实车验证试验，期间没有出现制动前窜故障，同时也没有出现其他异常，说明该解决方案在低海拔地区可行。

另外，由于将液力变矩器补偿扭矩Tc设为0，导致在高原地区有熄火的风险，因此安排车辆在高原地区（最高至昆仑山口，海拔4767m）进行实车试验，试验结果表明采用本方案后制动前窜现象亦有明显改善，且未见异常熄火等不良现象，说明上述解决方案在高海拔地区也可行，且无其他副作用。

4 结束语

本文所面对的制动前窜故障为发动机与变速器的扭矩匹配问题，其与ECU及TCU两者都相关，单纯改进任何一方均不能解决问题。以CAN网关技术作为突破口，避免了对TCU供应商的技术依赖，同时通过对ECU相关参数的重新标定匹配，找出了制动前窜故障的主要原因，并制定了最终的解决方案，使故障得到彻底消除。

1 赵仁杰,时胜杰.赛欧轿车AF13-4型自动变速器电控原理与换挡曲线分析.内蒙古公路与运输.2003,78（1）:41～43.

2 程道然.景逸汽车自动变速器建模及换挡规律研究.北京汽车,2008,（3）:39～44.

3 王闯,张凤登.基于CAPL的车载CAN网络设计与仿真.自动化与仪器仪表,2010,（4）:48～51.