项宏鑫，董辉，刘鹏飞，郑波，张林
宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江宁波 315336
DHT是专门针对发动机和电动机的功率和扭矩特性，重新开发的新型结构的混合动力变速箱[1]。混合动力变速箱与传动动力变速箱相比拥有非常多的优点：①系统结构更加紧密有效率，在传统自动变速箱不断增加传动装置数量，以此推动驱动发展的同时，DHT变速箱则会减少传动装置。②DHT驱动系统使环保出行成为可能。因为在电气驱动的支持下，内燃机能够在功率范围内更加精确地运行，以此实现降低能耗。③电气驱动可以在额外功率的最佳状态下运行，以提高动力，进而增强驾驶乐趣，这也是混合驱动汽车能赢得市场的重要优势。目前随着石油能源消耗的增加，同时对温室气体排放的限制，各国都在大力推进和发展新能源汽车[2]。许多整车企业都在追求多种混动技术路线，以便为未来做好准备。
混合动力变速箱在出厂前，都会进行EOL下线测试，测试项目主要包含性能测试、NVH、扭矩响应、KP等。本文将重点对变速箱工厂EOL测试项目之一的KP自学习过程中发生的超时报警问题进行解析与探讨。
1.1 KP定义
离合器的接合过程根据其力学特性可分为空行程、空滑、滑动和同步运行4个阶段。空行程阶段是指离合器尚未开始传递转矩，变速箱的输入轴尚未转动，发动机做空载转动；
空滑阶段是指离合器开始传递转矩，但小于整车阻力矩，离合器开始滑动，变速箱输入轴仍未开始转动，车辆仍处静止状态；
滑动阶段是指离合器传递的转矩逐渐增大至负载转矩以上，变速箱输入轴开始转动，车辆开始运动；
同步运行阶段是指变速箱输入轴的转速达到和发动机完全相同，离合器主从动无相对滑动，实现完全接合[3]。
以上离合器接合过程的4个阶段，其中滑动阶段中离合器转矩增大至克服整车的阻力矩，使车辆从静止开始运动，是汽车起步过程中的重要转折点，此时对应的离合器的位置被称为离合器的半接合点，即KP。对于变速箱而言，为缩短换挡时间、提高换挡品质，在换挡前，会对离合器进行预结合，结合的控制点一般就是KP。每个变速箱因为硬件和制造公差的差异，每个离合器的KP是不相同的，所以在变速箱出厂前，为确保装机后使用正常，需要将KP进行自学习并写入到变速箱的控制系统中。
1.2 KP自学习逻辑介绍
每个变速箱厂家的KP学习逻辑不尽相同，但基本逻辑都是通过请求压力或者电流来达到预订的传递扭矩或转速来进行确定KP范围。图1为某款国产变速箱KP自学习的逻辑简图，自学习流程主要分为3个阶段。
图1 某款国产变速箱KP自学习的逻辑简图
1.2.1 寻找离合器脱离点
离合器脱离点为离合器钢片和摩擦片理论分离点，也是离合器传递转速和扭矩的起点。脱离点的确定有助于确定KP自学习时的起点范围，缩短KP自学习时间。系统从一固定值(远大脱离点)开始按一定斜率往下请求压力，离合器控制器会根据系统的pI曲线算出所需电流的值。随着请求压力越来越低，离合器渐渐脱离，当离合器脱离的瞬间，输出扭矩为0，软件会记录瞬间的请求压力，此时的请求压力会决定KP自学习的起始压力。
1.2.2 第一次KP学习
脱离点记录后开始学习KP，KP的首次计算起点一般为脱离点压力加一固定值Δ1，例如脱离点记录压力为0.1 MPa，固定值Δ1为0.5 MPa，那么第一次学习起点为0.15 MPa。此时软件会直接从0.15 MPa开始请求压力，并以一定的速度开始递增，实际压力和传递扭矩也会逐渐增大。当离合器输出扭矩达到设定值时压力请求结束，同时记录请求压力KP1，整个学习时间不能超过15 s，否则会输出超时报警并停止自学习。
1.2.3 第二次KP学习
第一次学习完成后若时间不超过15 s，那么第二次自学习开始。第二次学习起点的请求压力取自比KP1低一固定偏值Δ2，然后同样以一定的速度开始递增，此时实际压力和传递扭矩也会逐渐增大。当离合器输出扭矩达到设定值时压力请求结束，同时记录请求压力KP2，整个学习时间不能超过15 s，否则会输出超时报警。
最终KP值取自两次学习KP1和KP2的平均值，即：
(1)
某变速箱在下线测试过程中，频繁出现KP自学习超时报警问题，且主要集中在B1、B2离合器上，C0、C3离合器很少。
要排查超时报警的原因，需要先了解此变速箱离合器的控制原理。此变速箱离合器的控制为液压传动控制，图2为离合器控制的液压原理，其中B1、B2、C0、C3为变速箱的离合器。图中①液压泵：作为系统动力源，为系统提高压力油；
②安全阀：保护系统压力不超过最高设定压力；
③过滤器：过滤油液杂质，保护控制元件；
④单向阀：对蓄能器起保压作用；
⑤开关阀：蓄能器压力达到设定值时，让系统卸荷[4]；
⑥蓄能器：储存压力油；
⑦压力传感器：记录压力并反馈至系统；
⑧比例压力控制阀：即控制阀出口压力，简称比例阀或压力控制阀。
图2 离合器控制的液压原理
通过故障描述和液压原理，列出可能引起自学习超时的原因，并梳理出故障树，如图3所示。
图3 自学习超时故障树
2.1 自学习软件影响分析
2.1.1 初始值补偿偏低
由图1以及自学习软件学习的逻辑可以了解到，首次计算起点会在脱离点增加一个固定的补偿值Δ1，如果补偿值偏低，那么在请求压力速率一定的情况下，就需要更长的时间才能学习到KP，就有可能会超时。
2.1.2 自学习时间设定过短
统计系统各离合器正常的学习时间发现B1和B2的自学习时间较长，与报警限值15 s很接近，裕度低，触发报警的概率相对较大。自学习时间设计见表1。
表1 自学习时间设计 单位:s
2.1.3 无二次充油
KP首次学习时，离合器活塞在油液压力的作用下首先会克服回位弹簧的弹簧力，推动离合器主摩擦片向从动摩擦片移动，消除离合器片间间隙，此过程便为充油[5]。充油的目的是为了在请示压力时离合器可以快速响应，但是在第二次学习时，由于默认离合器腔体已经充满油液，故未进行再次充油。第一次学习完毕后，比例压力控制阀会失电，从图2的液压原理可知，比例阀失电后，离合器腔体的油液会返回油箱，这就导致第二次学习时，油液首先会对离合器腔体进行充油，而充油时间亦计算在学习时间内，导致第二次学习过长，造成超时报警，如图4所示。由于B1、B2离合器腔体偏大，充油需要的时间会更长(t2>t1)，这也是导致B1、B2报错多的主要原因。
图4 B1离合器KP自学习
2.1.4 两次学习起点不一致
此问题主要表现在C3离合器上，由图5可知，当第二次学习起点偏低时，第二次请示压力的时间远比第一次长，导致第二次学习超时。此原因主要为C3离合器的静摩擦力比较大，当第二次学习起点低时，会需要更长的时间来达到C3离合器的最低启动压力，导致学习时间超时。
图5 C3离合器KP自学习
2.2 离合器影响分析
2.2.1 离合器卡滞
此原因可能性较低，因在测试KP前会进行拖曳扭矩的测试，如果离合器有卡滞，在测试拖曳扭矩时就应该会表现出来。
2.2.2 离合器密封泄漏
此原因可能性较低，且通过复测和主油路压力可以将此问题排除，不排除后期出现的可能性，但现场报警的变速箱，主油压的表现均正常。
2.2.3 离合器整体刚度低
当离合器刚度低时，需要更长的时间来克服内部的弹性力，则需要学习的时间更多，此问题可以根据调整不同离合器学习的时间限制来解决，保证裕度。
2.3 液压系统影响分析
2.3.1 比例压力控制阀黏滞
由于KP自学习过程一般是常温，变速箱油液的黏度较大且油液清洁度较低时，电磁阀会出现黏滞现象，压力响应慢，导致压力会过请求，请求时间超时。
2.3.2 比例压力控制阀卡滞
当有大颗粒物卡在比例压力控制阀阀芯与阀套之间时，阀芯会产生卡滞现象。随着请求压力的变化，比例阀的输出压力会出现明显的压力不跟随现象，如图6所示，此时系统会持续请求压力，导致自学习超时。
图6 比例阀压力不跟随变化情况
2.3.3pI曲线的影响
KP自学习时的压力由前端的比例压力控制阀控制，随着比例压力阀控制电流I的变化，衔铁所受电磁力、阀芯位移和出油口油压p也随之变化。根据电流、阀芯位移之间的对应关系，不断调整电流大小，控制阀芯位移，进而达到控制出油口油压的目的[6]。由于制造的差异，每个比例阀的p-I对应关系不同。所以在KP自学习前，比例阀的p-I关系需要在测试台学习并写入到变速箱控制器中。但是由于阀体测试和KP自学习工况的不同，比例压力阀在测试台上表现的pI与变速箱表现的pI会有差异，即pI曲线的斜率不同，如图7所示，系统默认的pI曲线为A(由测试台输入)，但实际为B(在变速箱上的实际表现)，这就导致在自学习过程中按照A线的斜率进行请示，则实际的输出压力增速就会偏低，导致请示时间过长，发生超时报警。
图7 实际pI和自学习pI对比
2.4 环境影响分析
2.4.1 温度对离合器润滑的影响
现场测试发现，同一个变速箱，第一次测试超时，当温度升高时，再次测试学习时可能正常通过，因为温度升高，油液的润滑性会提高，离合器的静摩擦力会降低，所以学习时间会缩短，且学习的KP偏低。
2.4.2 温度对液压系统pI的影响
不同温度下pI最大差异统计结果见表2。
表2 不同温度下pI最大差异统计结果 单位:MPa
根据供应商提供的5组相同控制电流不同温度(30、60、90 ℃)下的油压最大差异统计结果可以发现，温度对油压的影响很小，基本都在0.02 MPa以内，此值在比例阀的重复性范围，所以排除温度对pI的影响。
2.4.3 工况的影响
不同台架输出的pI会稍有差异，但实际经过统计发现，台架的一致性在可接受范围以内，此影响排除。
针对各个影响点的分析结果，分别制定相应措施，并进行验证，措施和验证结果如下：
(1)对于自学习软件影响的改进措施:①优化第一次学习起点的补偿值，缩短学习时间；
②自学习时间限值根据不同的离合器特性进行重新修正；
③第二次自学习前增加充油策略，消除充油时间；
④调整第二次学习起点与第一次一致，提高两次学习的可对比性。
(2)对于离合器影响的改进措施:①提高离合器清洁度标准，并提高检测抽样频率，降低离合器卡滞影响；
②制作变速箱各离合器刚度极限件进行组装并测试，对KP的测试限值和时间进行重新修正。
(3)对于液压系统影响的改进措施：①提高油液清洁度标准；
②提高KP自学习油液的温度，降低黏滞影响；
③在比例压力阀使用前增加冲洗策略(高频动作)，排除异物，降低卡滞；
④对比台架测试和整机测试pI差异，增加补偿值进行修正，提高自学习pI精度。
(4)对于环境影响的改进措施：提高测试温度和修正补偿值，降低环境影响。
经过上述措施等一系列的优化改进后，KP自学习超时报错问题得到明显改善。图8为改进前后KP学习对比，由图可知，改进后的两次学习压力请示时间比较一致，且扭矩响应也比较一致，学习的精度也更高。不仅如此，改进后的软件自学习时间也比之前的更短，当前B1、B2的学习时间集中在7～10 s(因图幅关系未显示)，测试节拍相比旧版逻辑降低4～14 s。经过最终测试验证，新版软件和改进措施满足了工厂的各项指标要求。
图8 改进前后的KP学习对比
为确保汽车零公里的正常行驶，KP作为变速箱离合器的重要参数在出厂必须通过学习或者标定的方式写入到动力控制模块(PCM)当中。初版KP自学习软件虽然可以学习到KP值，但是效率不高，且容易发生误报，如此一方面会影响整机下线的通过率，另一方面也影响工厂的生产节拍。为确保变速箱产能和下线质量，误报的问题必须快速解决，且不能耽误正常的生产，此时问题的科学分析与处理就显得尤为重要。通过故障树对报警产生原因进行逐个剖析，根据控制液压原理图，从软件、硬件、环境进行分析，找出影响因素并制定改进方案，按照方案逐个摸底验证，并对参数进行修正和优化，从多个维度同步进行解决，最终在节点前完成了各项优化的测试验证并落实。工厂在使用新版程序和规范后，误报率大大减少，下线通过率得到了大幅提升，产能亦得到了保证。
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