移库换挡故障分析研究

汪震隆，胡成帅，李顺波

（吉利汽车研究院（宁波）有限公司，浙江 宁波 315336）

对于汽车操纵而言，如果出现目标方向挡位和实际方向挡位不一致，是比较危险的情况，有可能造成不可挽回的经济损失和生命安全威胁。这种情况主要出现在自动挡车型中，工程实践中，偶有发生。本文就从某车型开发过程遇到的此类案例进行分析研究，提出一系列故障排查方法和解决措施，供相关从业人员参考。

某试验车偶发出现挂前进挡(D挡)车辆往后行驶问题，此时仪表显示D挡，没有故障提醒。故障出现后重新挂挡，发现挂D挡、R挡、N挡车辆都是往后行驶。通过长时间下电再上电，故障才恢复。

读取车辆相关模块故障码，发现换挡执行器TACM报了“系统内部故障”故障码（DTC）。

2.1 换挡系统结构解析[1]

不同车型或不同变速器的换挡系统结构有所区别，要排查该问题原因，首先对其换挡系统结构进行解析。该车型换挡系统结构示意图如图1所示。

图1 换挡系统结构示意图

该变速器为液力自动变速器，通过电子换挡器EGSM进行换挡操纵。但变速器本身不带自动换挡执行机构，需通过外置的换挡执行器TACM实现换挡。移库换挡过程为：操纵EGSM，发出换挡动作信号给动力控制单元ECM，ECM经过信号处理发出PRND挡位请求信号给TACM，TACM通过电机及其蜗轮蜗杆机构带动变速器上面换挡轴旋转。

图2所示为变速器内换挡系统结构。上述换挡轴旋转，通过换挡棘爪板带动手动换挡阀轴向移动，实现油路切换以实现PRND移库换挡。

图2 变速器内换挡系统

2.2 潜在原因分析[2-4]

在此例故障中，通过EGSM请求的是D挡，仪表显示的也是D挡(挡位显示信号来自ECM发的目标挡位)，说明ECM接收EGSM操纵信号没问题，ECM处理后发出的D挡请求信号也没问题。

AT变速器移库换挡是由手动换挡阀位置决定的PRND挡位，车辆实际行驶方向为倒挡，即可判定变速器实际挡位为R挡，而实际读取的TCM挡位信号也正是R挡。

通过上述分析，结合TACM报了系统内部故障DTC，故障原因锁定在TACM范围内，初步判定故障原因为TACM卡在R挡位置。

针对TACM系统内部故障DCT进行故障树分析，如图3所示。

图3 TACM故障FTA分析

电路板故障排查

针对电路板故障，做如下检测分析。

1）对TACM进行外观检测，结果正常。

2）对TACM换挡角度和换挡时间进行台架测试，结果正常。

3）对电路板进行追溯，查验电路板单体测试报告、TACM总成下线测试报告，报告显示无异常。

4）对TACM进行电流测试，两次电流都稳定在68mA/12V，满足标准（70±2）mA/12V，结果正常。

5）对TACM进行台架模拟挂挡测试，均能正常响应挂挡，结果正常。

6）对供电电路、电机H桥电路和霍尔传感器电路进行X光检测，如图4所示，无异常。

图4 X光检测图

通过以上分析，可以排除电路板故障。

TCAM软件失效排查

TACM会进行挡位自学习，并存储在NVM中，以消除装配误差。如果该自学值丢失或存储错误，也可能导致挂挡错误。此外，NVM也会记忆钥匙上电次数。根据这一特性，进行对应的DID诊断测试可判断NVM是否失效。测试结果显示，能读取合理的自学习值及其状态信息，可获得与实际测试一样的上电次数值及其状态信息。由此判定软件记忆存储正常。

操作超时故障排查

1）机械卡滞检测。如果因为TACM机械部件故障，导致卡滞在某个位置，长时间不能恢复，也会报系统内部故障。但通过功能测试，TACM可正常运转，后续拆解也没发现内部部件异常情况。

2）低压测试。在台架上对TACM供电电压进行低压设置，设为9V，电流限制在1A（此处模拟整车蓄电池亏电状态）。测试发现从P到N挡过程中，会卡在PR之间，并报出系统内部故障代码。

此前对故障车辆进行追溯时得知，该车长时间处于闲置状态，当天启动时出现过启动困难，判断车辆处于亏电状态，这与台架模拟测试结果吻合。

正向分析

参照图2变速器内换挡系统，各挡挂挡力矩不同，基于功能安全考虑，P挡力矩最大。在车辆亏电时启动后立即挂D挡，此时在从P切换到D挡的过程中，当到达R挡位置时，因TACM换挡消耗电量大（P挡最大电流可以达到10A，正常在2A左右），电压值被大幅拉低，蓄电池供电不足，导致TACM换挡到R位置，尝试继续挂到N挡时，产生卡滞，超时出现DTC。此内部故障DTC有其特殊性，即需要通过断KL15进入休眠后重新上电才能恢复功能。所以故障出现时，通过重新挂挡仍无法从R挡出来，必须长时间下电休眠后才能恢复挂挡。

到此排查出故障原因为低压亏电引起TACM挂挡卡滞。

针对低压亏电导致的挂挡卡滞，解决措施分为两方面：一方面优化TACM低压性能；
另一方面是完善后处理，降低故障风险。其中，TACM的低压性能通过重新选型电机解决。本文主要针对后处理措施进行探讨。

该试验车出现挡位卡滞后，一是没有仪表提醒信息传递给用户，二是没有相应安全监控机制，三是故障无法自行恢复。这三方面都需要后处理优化。

3.1 安全提醒

挡位提醒

ECM发给仪表显示的是目标挡位，此案例中仪表显示目标挡位D，但实际车辆往后行驶，所以需要故障发生时，将仪表挡位显示切换到实际行驶方向挡位。ECM对挡位显示信号进行优化，优化逻辑如图5所示。

图5 挡位显示信号优化逻辑

文字警报提醒

要求TACM发生上述卡滞故障时，发出对应的错误状态标志位给ECM，ECM根据该信号优化仪表提醒信号逻辑，即收到TACM卡滞错误状态，发送文字提醒信号给仪表，仪表收到后弹出对应文字，如：换挡异常，并伴随警报声，以提醒用户查看仪表信息。

3.2 安全监控

TCM安全监控

TCM通过判断目标挡位和实际挡位不一致，打开挡位离合器进行跳空挡操作，即通过切断动力传递规避风险发生。

ECM安全监控

ECM通过判断目标挡位和实际挡位不一致，从扭矩和加速度两个维度进行限扭控制，保证车辆在故障状态踩油门踏板时降低风险。此为冗余设计方案。

3.3 故障恢复机制

TACM优化系统内部故障处理机制，要求出现此故障码时，电压恢复后，可自行恢复故障，以响应用户重新挂挡需求。

3.4 试验验证

通过上述措施优化后，实车更新ECM、TCM、TACM和仪表软件，进行测试。模拟复现故障，仪表挡位显示在0.5s内从D变为R，随后跳N挡，车辆动力切断，仪表文字提醒“换挡故障”。

本文针对某试验车出现的挂挡故障，进行潜在原因分析，并结合试验测试，最终确定故障主因。同时针对该故障的后处理进行优化，保证此类故障或其他原因导致的同类故障产生后，能有相应的保护机制，以最大化降低风险。通过本文的分析研究，对该类问题的优化设计和验证提供一种思路，希望能有一定的实践参考意义。

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