CN104141785A - 一种amt重型车辆自动变速操控系统故障诊断方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种AMT重型车辆ASCS故障诊断方法和系统。其中，方法包括：在AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到ASCS存在故障时，生成对应于故障的诊断故障代码，其中行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；待AMT重型车辆处于非行驶状态时，根据诊断故障代码，确定故障产生的原因，从而实现ASCS的故障自诊断。由此，通过行车级故障诊断与维修级故障诊断相结合的方式，实现了ASCS故障自诊断。
Description
技术领域
本发明涉及车辆领域，特别地，涉及对自动机械变速器(Automated MechanicalTransmission，AMT)重型车辆的自动变速操纵系统(Automatic Shift Control System，ASCS)进行故障诊断的方法和系统。
背景技术
目前，应用于重型车辆上的自动变速器主要有两种：液力自动变速器AT(Automatic Transmission，AT)系统和AMT系统。其中，AMT是在机械变速器(Mechanical Transmission，MT)总体结构不变的情况下通过增加ASCS来实现起步和换档的自动操纵。ASCS作为AMT的重要组成部分，其工作的可靠性和稳定性直接决定了AMT的性能与运行质量。
图1示出了ASCS的组成结构的示意图。如图1所示，ASCS主要包括变速器控制单元(Transmission Control Unit，TCU)、选档手柄、离合器踏板机构总成、换档操纵机构总成。其中，TCU是ASCS的核心，负责采集各种输入信号，通过实时运算和处理以及总线通讯，驱动执行机构动作，从而实现自动变速操纵功能。
当前，ASCS的故障诊断主要依靠维修技术人员凭借个人的工作经验进行，维修效果会有很大的差异性。同时，ASCS复杂的电子控制系统，对维修技术人员提出了很高的要求。因此，研究如何准确地进行ASCS故障自诊断，及时提供对应的故障代码和重要行车数据以辅助维修，对提高AMT系统的可靠性、车辆的行驶安全性以及促进AMT的产品化推广具有重要意义。
发明内容
本发明提供了一种AMT重型车辆ASCS故障诊断方法和系统。通过考虑行车级别故障诊断和维修级别故障诊断相结合，实现由TCU内的故障诊断装置或者故障诊断装置、专用的手持式故障诊断仪、数据离线分析装置等部分组成的故障诊断系统及对应的诊断方法。
一方面，提出了一种AMT重型车辆ASCS故障诊断方法，由变速器控制单元TCU执行，包括：在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，所述TCU定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，所述TCU根据所述诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障自诊断。
优选地，所述TCU定时对行车信号进行检测和分析包括采用以下方式中的至少一种：基于所述TCU检测的信号的变化范围以及信号的变化率定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器的短路和断路进行行车级别故障诊断；基于解析所述ASCS中各部件的输入、输出信号在功能上所具有的冗余定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断；基于所述TCU的定时器定时跟踪所述ASCS中各部件的控制状态，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断。
优选地，所述TCU根据所述诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，包括：所述TCU根据所述诊断故障代码，通过控制电磁阀的通电或断电，并检测反馈信息值的冗余，从而将所述故障产生的原因确定到电磁阀故障级别。
优选地，所述诊断故障代码由以下列表表示：
| 故障代码 | 代码含义 |
| P0700 | 变速器执行机构故障 |
| P0715 | 变速器输出转速传感器电路 |
| P0720 | 变速器输出转速传感器故障 |
| P0750 | 第一换档电磁阀故障 |
| P0755 | 第二换档电磁阀故障 |
| P0760 | 第三换档电磁阀故障 |
| P0765 | 第四换档电磁阀故障 |
| P0780 | 换档故障 |
| P0805 | 离合器位置传感器故障 |
| P0821 | 换档行程传感器故障 |
| P0822 | 选位行程传感器故障 |
| P0850 | 摘空档故障 |
| P0900 | 离合器执行机构故障 |
| P0942 | 油源系统故障 |
| P1701 | 离合器分离故障 |
| P1703 | 手柄故障 |
| P1704 | 高低档转换故障 |
| P1705 | 选位故障 |
| P1711 | 选位操作电磁阀电缆接反 |
| P1712 | 选位油缸卡阻 |
| P1721 | 换挡操作电磁阀电缆接反 |
| P1722 | 换档油缸卡阻 |
另一方面，提出了一种AMT重型车辆ASCS故障诊断系统，包括：行车级故障诊断装置，其在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；维修级故障诊断装置，待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，其根据所述诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障自诊断。
优选地，所述行车级故障诊断装置采用以下方式中的至少一种定时对行车信号进行检测和分析：基于检测的信号的变化范围以及信号的变化率定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器的短路和断路进行行车级别故障诊断；基于解析所述ASCS中各部件的输入、输出信号在功能上所具有的冗余定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断；基于定时器定时跟踪所述ASCS中各部件的控制状态，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断。
优选地，所述维修级故障诊断装置根据所述诊断故障代码，通过控制电磁阀的通电或断电，并检测反馈信息值的冗余，从而将所述故障产生的原因确定到电磁阀故障级别。
优选地，故障诊断系统还可以包括：存储器，用于存储所述行车级故障诊断装置生成的所述诊断故障代码；发送器，用于通过串口将所述诊断故障代码发送至所述维修级故障诊断装置。
另一方面，提出了一种AMT重型车辆ASCS故障诊断系统，包括：行车级故障诊断装置，其在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车信号包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；手持式故障诊断仪，其用于从所述行车级故障诊断装置获取所述诊断故障代码和行车数据，并将所述故障诊断代码和行车数据发送给数据离线分析装置；所述数据离线分析装置，待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，其根据所述诊断故障代码和所述行车数据，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障离线自诊断。
优选地，所述手持式故障诊断仪包括：获取单元，用于从所述行车级故障诊断装置获取所述诊断故障代码和所述行车数据；存储单元，用于存储所述故障诊断代码和所述行车数据；发送单元，用于通过串口将所述故障诊断代码和所述行车数据发送给所述数据离线分析装置；显示单元，用于显示TCU的工作状态以及所述存储单元中存储的数据；输入输出单元，用于调用TCU内部的诊断方法和对所述存储单元进行读操作或擦除操作。
由上可知，本发明通过行车级故障诊断与维修级故障诊断相结合的方式，实现了ASCS故障自诊断。
其中，在ASCS的故障自诊断中，行车级故障诊断采用了基于信号检测、基于解析冗余和基于ASCS控制逻辑的故障诊断方法中的至少一种，维修级故障诊断将故障数据回放，进而辅助进行深层次的故障原因分析。从而，大大降低了故障诊断的难度，提高了故障诊断的准确性。
此外，在线和离线相结合的故障诊断系统和方法在实现过程中没有人为因素干扰，因此可以提高诊断结果的有效性和可信度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中ASCS的结构示意图。
图2为本发明ASCS中选换档机构档位布置示意图。
图3为根据本发明的AMT重型车辆ASCS故障诊断方法的流程图。
图4为本发明ASCS中换档油缸的结构简图。
图5为根据本发明一个实施例的AMT重型车辆ASCS故障诊断系统的结构示意图。
图6为根据本发明另一个实施例的AMT重型车辆ASCS故障诊断系统的结构示意图。
图7为根据本发明的手持式故障故障诊断仪的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
ASCS的故障按系统机构主要可以分为离合器机构故障和变速器机构故障。
以离合器机构为例。参见图1，TCU控制离合操作电磁阀C1和C2通电，从而驱动离合器油缸进行分离离合器的操作；此时，作为离合器执行机构反馈信号的离合器分离行程传感器Lh的值将增大。若TCU控制只对电磁阀C2通电，则保持离合器当前的分离行程。若TCU控制同时关闭电磁阀C1和C2，则离合器接合，此时作为离合器执行机构反馈信号的离合器分离行程传感器Lh的值将减小；离合器完全接合后，Lh的值达到最小值。
当离合器机构出现故障时，主要故障现象包括离合器无法分离(或分离不彻底)以及离合器无法接合。原因分析：①液压系统出现故障，造成油压过低；②离合器执行机构故障，离合操作电磁阀堵塞、离合操作电磁阀及其连接线短路、断路，或离合器油缸卡阻导致活塞杆无法伸出或缩回，这里的离合器执行机构包括离合器踏板机构和离合器油缸等；③离合器分离行程传感器Lh出现故障。
以变速器机构为例。参见图1和图2，选位油缸与换档油缸成90°垂直布置，分别负责完成主变速箱选位和换档的操纵。选位油缸为三位油缸，通过HSV1、HSV2两个换档操作电磁阀，可控制选位油缸的活塞杆在“1(5)、2(6)”、“3(7)、4(8)”和“R、C”档三个槽位中自动选位；换档油缸也为三位油缸，通过HSV3与HSV4两个电磁阀可控制“N”、“R、1(5)、3(7)”和“C、2(6)、4(8)”档三个位置，从而实现摘空档和挂档的操作。换档油缸和选位油缸分别设有行程传感器Hd和Xw，向TCU发送动作状态的反馈信号。这里，R档为倒档，C档为爬档，N档为空档，1-8档分别为8个变速档位。
选换档执行机构出现的故障主要表现是选位油缸或换档油缸的活塞杆伸出或缩回的动作变慢，或者固定在某一位置不动作，导致系统不能挂入正确的档位。出现这一故障的主要原因是：①选换档执行机构的选位操作电磁阀HSV1、HSV2和换挡操作电磁阀HSV3、HSV4内有异物，导致电磁阀不能完全打开或者不能完全关闭，从而导致液压油缸动作不正常；②电磁阀及其连接线短路、断路导致其不动作，致使液压油缸动作不正常。
本发明的AMT重型车辆自动变速操控系统故障诊断方法和系统采用行车级别的在线故障诊断与维修级别的故障检测诊断相结合的方式。例如，ASCS的TCU在对车辆起步、换档进行控制的同时，对有关行车数据(例如，转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力等)进行检测和分析诊断，当发现存在故障时，将故障以诊断故障代码(Diagnostic Trouble Code，DTC)的形式存储在存储器中，并通过控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)总线通信发送故障代码到驾驶员终端的显示屏，提示驾驶员发生了何种故障。此外，TCU还可以在维修状态下综合其它相关的行车数据(包括路面情况、行驶情况与车辆保养情况等可能导致故障的相关信息)，进一步确认故障原因。
下面结合附图，详细介绍根据本发明的AMT重型车辆自动变速操控系统故障诊断方法和系统。需要说明的是，在根据本发明的系统和方法进行的ASCS故障自诊断过程中，假设TCU工作正常。
图3示出了根据本发明的AMT重型车辆ASCS故障诊断方法的流程图。本文中的故障诊断方法可以由TCU执行，也可以由TCU结合外置的离线故障诊断设备执行。以下由TCU执行本发明的方法为例进行说明。
如图3所示，本发明的方法包括在线诊断步骤与离线诊断步骤。具体而言，在AMT重型车辆处于行驶状态时，TCU定时对行车数据进行检测和分析，行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力等。当检测到ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码；待AMT重型车辆处于非行驶状态时，TCU根据诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，从而实现ASCS的故障自诊断。
在AMT重型车辆处于行驶状态时进行的在线故障诊断，由于故障性质不同，故障检测以及诊断周期的要求也各不相同。其中，主要的在线故障诊断方法包括：基于信号检测的故障诊断、基于解析冗余的故障诊断、基于ASCS控制逻辑的故障诊断。以下将分别说明这里列举的三种方法。
方法1：基于信号检测的故障诊断
通过TCU检测到的信号的变化范围以及信号的变化率，对传感器的短路和断路等故障进行诊断。例如，若离合器分离行程传感器Lh的信号值大于标定的最大值或小于标定的最小值，则可判断该传感器及其电路出现了故障。该方法具有诊断运算量小，诊断速度快的特点。以下具体实施例中以使用了检测信号变化范围的方法对该方法进行说明。
方法2：基于解析冗余的故障诊断
解析冗余是指ASCS中部件的输入、输出信号在功能上所具有的内在冗余性。电控系统中的解析冗余有两种：不同传感器同一时刻输出信号的静态功能重叠称为直接冗余，它只存在于传感器之间；传感器的输出信号和执行机构的输入信号的动态功能重叠称为动态冗余，它可存在于各传感器之间以及传感器与执行机构间。例如，发动机转速传感器、变速器输入轴传感器和变速器输出轴传感器之间存在直接冗余；而离合器电磁阀与离合器行程传感器之间则存在动态冗余。基于解析冗余的诊断方法，其诊断运算量相对也不很大，并且可以对整个系统的大部分传感器和执行机构进行初步的诊断。
方法3：基于ASCS控制逻辑的故障诊断
ASCS系统中的许多子控制系统(选档、挂档控制以及离合器等部分的控制)都具有以下特点：当TCU发出控制命令后，会查询命令执行后的反馈信息，若信息正常，则根据信息发出下一个命令。若查询不到预定的信息，则会一直等待(使系统失控)或采取其它容错措施(如关闭相应电磁阀或摘空档保护变速箱等)。由于控制程序完成某项功能的正常执行时间都是已知的，故可用TCU的定时器定时跟踪各部分的控制状态。若在预定的时间内没有查询到相应的信息，则储存并发出相应的故障类型代码。在以下具体实施例中介绍了主要采用了定时跟踪的方法。
在进行诊断程序的设计时，常对以上三种方法进行组合使用。比如，使用方法2(解析冗余)和方法3(定时跟踪)联合诊断的方式。
综上所述，TCU定时对行车信号进行检测和分析可以采用以下方式中的至少一种：
基于TCU检测的信号的变化范围以及信号的变化率定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器的短路和断路进行行车级别故障诊断；
基于解析ASCS中各部件的输入、输出信号在功能上所具有的冗余定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断；
基于TCU的定时器定时跟踪ASCS中各部件的控制状态，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断。
于是，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码。诊断故障代码由表1所示。
表1 诊断故障代码
| 故障代码 | 代码含义 |
| P0700 | 变速器执行机构故障 |
| P0715 | 变速器输出转速传感器电路 |
| P0720 | 变速器输出转速传感器故障 |
| P0750 | 第一换档电磁阀故障 |
| P0755 | 第二换档电磁阀故障 |
| P0760 | 第三换档电磁阀故障 |
| P0765 | 第四换档电磁阀故障 |
| P0780 | 换档故障 |
| P0805 | 离合器位置传感器故障 |
| P0821 | 换档行程传感器故障 |
| P0822 | 选位行程传感器故障 |
| P0850 | 摘空档故障 |
| P0900 | 离合器执行机构故障 |
| P0942 | 油源系统故障 |
| P1701 | 离合器分离故障 |
| P1703 | 手柄故障 |
| P1704 | 高低档转换故障 |
| P1705 | 选位故障 |
| P1711 | HSV1、HSV2电磁阀电缆接反 |
| P1712 | 选位油缸卡阻 |
| P1721 | HSV3、HSV4电磁阀电缆接反 |
| P1722 | 换档油缸卡阻 |
生成的诊断故障代码缓存在存储器(例如，电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)中。待AMT重型车辆处于非行驶状态(例如，进入维修状态)时，TCU根据诊断故障代码，执行离线故障诊断。例如，通过控制电磁阀的通电或断电，并检测反馈信息值的冗余，从而将所述故障产生的原因确定到某个电磁阀故障的级别，实现ASCS的故障自诊断。
可以理解，如果在某段时间内系统只反复出现一种故障，那么频繁地访问EEPROM并写入相同的代码会浪费TCU的系统资源。为了避免发生上述情况，只有当前存储的诊断故障代码与本次新生成的诊断故障代码不一致时，才会进行存储的操作。
由上可知，发明通过行车级故障诊断与维修级故障诊断相结合的方式，实现了ASCS故障自诊断。
具体而言，本发明的ASCS的故障自诊断中，行车级故障诊断采用了基于信号检测、基于解析冗余和基于ASCS控制逻辑的故障诊断方法，维修级故障诊断将故障数据回放，进而辅助进行深层次的故障原因分析。从而，大大降低了故障诊断的难度，提高了故障诊断的准确性。
本发明中的故障诊断系统首先进行在线故障诊断(即行车级的故障诊断)，再通过离线故障诊断(即维修级的故障诊断)实现ASCS故障自诊断，在实现过程中由于没有人为因素干扰，因此可以提高诊断结果的有效性和可信度。
下面将结合具体实施例，详细说明如何实现本发明的AMT重型车辆ASCS故障诊断方法。以下故障诊断方法可以由TCU执行，也可以由TCU结合外置的离线的故障诊断设备执行。
以下仅以TCU执行本发明的方法为例进行说明。对于由TCU以及外置设备(例如，手持式故障诊断仪、数据离线分析装置)实现的故障诊断方法。
定时运行行车级的各种故障诊断方法。行车级的故障诊断方法包括以下方法中的一种或其结合：基于信号检测的诊断、基于解析冗余的诊断和基于定时跟踪的诊断。
实施例1：基于信号检测的诊断
一般而言，基于信号检测的诊断方法中常采用信号极值检测的诊断，可应用于油源系统故障的诊断以及手柄故障的诊断。
信号极值检测的诊断是指，分别将离合器分离行程传感器Lh、换档油缸行程传感器Hd、选位油缸行程传感器Xw、变速器输入轴转速传感器Ni、变速器输出轴转速传感器No的值与它们各自的最大值或最小值进行比较，若超出了正常范围，则视为相应的传感器出现故障。若相同故障累计超过一定次数(例如，5次)，则生成对应的诊断故障代码。
例如，如果离合器分离行程传感器Lh的值小于离合器分离行程最小值或者大于离合器分离行程最大值，且故障累计超过5，则生成诊断故障代码P0805。类似地，如果换档油缸行程传感器Hd的值小于换档行程最小值或大于换档行程最大值，且故障累计超过5，则生成诊断故障代码P0821。如果选位油缸行程传感器Xw的值小于选位行程最小值或大于选位行程最大值，且故障累计超过5，则生成诊断故障代码P0822。如果变速器输入轴转速传感器Ni的值小于2500，且故障累计超过5，则生成诊断故障代码P0715。如果变速器输出轴转速传感器No的值小于2500，且故障累计超过5，则生成诊断故障代码P0720。在TCU中，每200ms执行一次信号极值检测的诊断。
值得一提的是，TCU的串口每10ms向外发送一组实时的行车数据，即车辆内部传感器检测的数据(如发动机转速Ne，输入轴与输出轴转速Ni/No，换挡和选位油缸行程位移量Hd/Xw，诊断故障代码等)。于是，发送诊断故障代码到驾驶员终端显示屏，提示驾驶员发生了何种故障。还可使用手持式故障诊断仪，从TCU的串口读取诊断故障代码，并综合其它相关的行车数据，进一步确认故障原因。
由于在每200ms执行一次的信号极值检测的诊断内，如果遇到若干传感器同时发生故障时，先诊断出的诊断故障代码将被随后生成的新的诊断故障代码所覆盖，也就是说，只能显示10ms以内从串口发出的最新的诊断故障代码。为了避免发生上述情况，本发明采取分批诊断的方法，即每次只执行一种传感器的检测与诊断。如此一来，即使几个传感器(包括，离合器分离行程传感器Lh、换档油缸行程传感器Hd、选位油缸行程传感器Xw、变速器输入轴转速传感器Ni、变速器输出轴转速传感器No)同时发生故障，也都能将所有的诊断故障代码从串口发送出来。
此外，基于信号检测的诊断方法还包括油源系统故障的诊断以及手柄故障的诊断。
体而言，油源系统控制有两个反馈信号：油源压力传感器值和电磁继电器工作信号。例如，该独立油源系统的工作油压保持在2.8MPa～3.8MPa之间。若油源连续工作时间超过设定的最大值时，系统油压仍然低于最低油压值2.8Mpa，则认为油源系统出现故障。此外，当油压值超过4.0Mpa且故障累计超过5次，也认为油源系统出现故障。于是，生成诊断故障代码P0942。
此外，例如，多功能手柄式选档器发生故障时，它所发出的编码值不在八个已定义好的编码值范围之内。根据这一特点，可以诊断出选档手柄的故障，并发送相应的诊断故障代码P1703。这里，手柄档位8个编码值是通过5个二进制位确定的，如果手柄选档器发生故障，就不会按照已经编好的8个值发送数据。
实施例2：基于解析冗余的诊断
在ASCS中，发动机转速NE、变速器输入轴转速NI、输出轴转速NO之间存在着解析冗余关系。在离合器接合、变速箱档位为非空档的情况下，应有以下解析关系：
其中，i传为发动机与变速器之间的齿轮传动箱传动比；i(Ga)为变速箱挂上某档位(例如，Ga档)后相应的传动比。
在检测中，首先认为发动机转速传感器信号值是正常的。在离合器接合、变速箱档位为非空档的情况下，如果三个解析式(式(1.1)、式(1.2)、式(1.3))不能同时得到满足，比如：如果式(1.1)成立而式(1.2)、式(1.3)不成立，则说明输入轴转速传感器正常，而输出轴转速传感器或变速器执行机构不正常；如果(1.2)式成立而(1.1)式、(1.3)式不成立，则说明离合器执行机构不正常；如果(1.3)式成立而(1.1)式、(1.2)式不成立，则说明输入轴转速传感器不正常。此法仅适用于只有一个转速传感器出现故障的情况。据统计这种单个的传感器故障在传感器故障中占大多数，两个或三个转速传感器同时出现故障时，解析冗余关系被破坏，此诊断方法失效。
假设，试验车辆的发动机与变速器之间没有传动箱，即i传＝1，其故障诊断关系如表2所示。具体的实现方法是：当离合器接合，变速箱在非空档时，各转速传感器信号被采集到TCU中，这些数据在TCU中进行处理，如果其处理结果符合解析表达式NI＝NE和NI＝i(Ga)NO，则相关传感器和执行机构被视为正常。否则系统出现故障，并可以判断出故障的大体位置为变速器执行机构或离合器执行机构，或是转速传感器。若为变速器执行机构故障，则生成诊断故障代码P0700；若为离合器执行机构故障，则生成诊断故障代码P0900；若为变速器输出转速传感器电路故障，则生成诊断故障代码P0715；若为变速器输出转速传感器故障，则生成诊断故障代码P0720。
表2 转速解析冗余诊断关系表
实施例3：解析冗余与定时跟踪相结合的诊断
解析冗余与定时跟踪相结合可用于离合器相关故障的诊断和换档相关故障的诊断。其中，离合器相关故障通常包括离合器分离故障与离合器接合故障，换档相关故障通常包括高低档转换故障与摘空档/选位/换档故障。
(1)对于离合器分离故障
ASCS在进行离合器分离控制时，令电磁阀C1和C2通电后，会对离合器执行机构的反馈信号——离合器分离行程传感器Lh信号值进行检测。当离合器完全接合时，Lh值最小；反之，当离合器完全分离时，Lh值达到最大值。因此，通过将Lh值与事先标定好的Lh最大值Lhmax进行比较，就可以判断出离合器是否顺利分离。因此，若发现离合器存在分离不彻底的问题，需要对C1、C2阀进行断电后重新通电的操作，以重新分离离合器。如果三次尝试均告失败(Lh值仍然不能接近Lhmax)，则存在离合器分离故障，生成对应的诊断故障代码P1701。
(2)对于离合器接合故障
在离合器分离操作时，使用离合器分离行程传感器Lh值作为分离控制的唯一反馈信号；而在离合器接合操作时，则采用Lh值和离合器主被动片的转速差(即发动机转速NE与变速箱输入轴转速NI之差的绝对值，|NE-NI|)作为反馈信号进行控制。
离合器的接合控制，可分为三个阶段：
1)空行程阶段：离合器处于完全分离状态，其主动盘与从动盘之间存在间隙，无转矩传递。这一阶段的控制以快速消除间隙为目标；
2)滑磨阶段：该阶段主、从动片产生滑磨，开始产生转矩且转矩逐渐增大。这一阶段离合器接合速度相对较慢，以获得平稳起步或换档，减少传动系统冲击载荷，提高乘坐舒适性；
3)同步接合阶段：在该阶段中，滑磨基本停止，转矩不再增长，因此也以快速接合为目标。
阶段1)和3)要求离合器快速接合，要精确控制的只有阶段2)，即滑磨阶段。在控制过程中，通过比较离合器分离行程传感器Lh值与半接合点参数来判断离合器是否到达滑磨阶段。阶段1)时，以离合器分离行程传感器Lh值作为反馈信号。若控制时间达到1s(秒)时，Lh值仍不能小于或等于半接合点参数，则设置离合器接合故障标志位A为1；阶段2)时，则以|NE-NI|作为反馈信号，控制时间达到5s时离合器的主被动片转速差仍不能小于设定值，则设置离合器接合故障标志位B为1。
通过两个离合器接合故障标志位A和B的冗余判断(如表3所示)，可以确定是离合器分离行程传感器Lh的故障还是离合器执行机构的故障。若确定为离合器分离行程传感器Lh的故障，则生成诊断故障代码805；若确定为离合器执行机构的故障，则生成诊断故障代码900。
表3 离合器接合解析冗余诊断关系表
(3)高低档转换故障
ASCS在进行变速箱高低档区转换的操作中，在控制电磁阀QF1和QF2的同时，会对其反馈信号——高低档区信号G/D进行检测。若在规定时间内(假设为2秒)无法读到正确的高低档区信号(控制挂入高档区，而读到的开关量信号一直位于低档区；或操作电磁阀挂入低档区，但反馈信号显示仍位于高档区)，说明在执行高低档区转换操作时发生了故障，生产相应的诊断故障代码P1704。
(4)摘空档/选位/换档故障
ASCS在进行摘空档/选位/换档操作时，在控制相关电磁阀(选位时控制电磁阀HSV1、HSV2；摘空档/换档时控制电磁阀HSV3、HSV4)的同时，利用相应的位移传感器(选位时利用选位油缸行程传感器Xw；摘空档/换档时利用换档油缸行程传感器Hd)信号值进行反馈控制。若在规定时间内信号值无法接近设定值，则认为在操作中出现故障，生产相应的诊断故障代码：换档故障P0780、摘空档故障P0850、选位故障P1705。其方法与高低档转换诊断类似，这里不再赘述。
通过以上行车级在线故障诊断方法生成了对应的诊断故障代码。这些诊断故障代码被存储在TCU中的存储器中或者通过串口发送到驾驶员的终端显示屏。生成的诊断故障代码不能将故障锁定在单个部件级别，因此需要再结合维修级离线故障诊断方法确定故障原因。
维修级离线故障诊断方法可以由TCU执行。可选地，诊断故障代码和行车数据被手持式故障诊断仪读取，以提供给数据离线分析装置进行诊断分析。
需要说明的是，手持式故障诊断仪主要是用来读取行车数据和由TCU发出的故障代码，以供驾驶员或维修人员确定故障所在位置使用。可选的，可以通过手持式故障诊断仪调用TCU内的离线诊断方法进一步确定故障具体位置。例如，在线诊断时出现换挡故障(诊断故障代码780)，维修人员通过手持式故障诊断仪读取诊断故障代码780，可以确定是换挡故障，但是还不能确定是换档机构中电磁阀HSV3或HSV4的故障，或者是由于换档油缸出现卡阻现象所致。这时，可以通过手持式故障诊断仪调用换档机构离线诊断方法进行诊断，进一步确认出现故障的具体位置。
下面，我们仍以由TCU执行的维修级故障诊断方法为例进行说明。以下的方法由车辆外置的手持式故障诊断仪或数据离线分析装置通过调用TCU离线诊断方法实现。
在车辆行驶过程中，为了保证ASCS控制的可靠性及行车的安全性，一般不应对各电磁阀进行除了控制需要以外的通电断电操作。因此，在线故障诊断无法将故障位置具体锁定到某个电磁阀故障的级别。但是，当车辆进行维修调试时，可以通过离线故障诊断方法，进一步确认出现故障的具体位置。除了换档机构的离线诊断外，还有选位机构和离合器操纵机构的离线诊断，它们的诊断原理类似，都是通过控制电磁阀通电断电并检测反馈信号值的冗余方法进行诊断。
本发明仅以换档机构的离线自诊断为例，进行详细分析。
换档油缸的结构简图如图4所示。其中对于换档油缸行程传感器Hd而言，存在三个反馈值，分别是Hdmax、Hdmiddle和Hdmin。当电磁阀HSV3通电、电磁阀HSV4不通电时，液压油进入换档油缸的后腔，推动活塞杆向外伸出。活塞杆全部伸出之后，传感器Hd的反馈值为Hdmax；当HSV3断电而HSV4通电时，液压油进入换档油缸的前腔，推动活塞杆向内缩回。活塞杆全部缩回之后，传感器Hd的反馈值为Hdmin；而HSV3、HSV4同时通电时，换档油缸的前后腔均充满液压油，活塞杆回到中间位置固定不动，传感器Hd的反馈值为Hdmiddle。
可诊断出的换档油缸机构的故障原因及其诊断故障代码如表4所示。
表4 换档油缸机构的故障原因及其诊断故障代码表
| 故障代码 | 故障原因 |
| P0760 | HSV3电磁阀故障，内部泄漏，堵塞或没有动作 |
| P0765 | HSV4电磁阀故障，内部泄漏，堵塞或没有动作 |
| P1721 | HSV3、HSV4电磁阀的控制电缆接反 |
| P1722 | 换档油缸有卡阻现象或者卡死不动 |
对于换档油缸机构的故障，其具体的诊断方法是：对HSV3、HSV4各自单独通电，在此期间检测Hd值的变化情况，根据Hd值的具体变化情况分析判断故障的具体位置和故障形式。
类似地，也可以对选位油缸机构进行上述离线诊断，可诊断出的选位油缸机构的故障原因及其诊断故障代码如表5所示。
表5 选位油缸机构的故障原因及其诊断故障代码表
| 故障代码 | 故障原因 |
| P0750 | HSV1电磁阀故障，内部泄漏，堵塞或没有动作 |
| P0755 | HSV2电磁阀故障，内部泄漏，堵塞或没有动作 |
| P1711 | HSV1、HSV2电磁阀的控制电缆接反 |
| P1712 | 选位油缸有卡阻现象或者卡死不动 |
由上可知，本发明的ASCS的故障自诊断中，行车级故障诊断采用了基于信号检测、基于解析冗余和基于ASCS控制逻辑的故障诊断方法，维修级故障诊断将故障数据回放，进而辅助进行深层次的故障原因分析。从而，大大降低了故障诊断的难度，提高了故障诊断的准确性。
图5示出了根据本发明的AMT重型车辆ASCS故障诊断系统50，包括行车级故障诊断装置51和维修级故障诊断装置52。
行车级故障诊断装置51在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力。
维修级故障诊断装置52待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，其根据诊断故障代码，结合行车数据，确定所述故障产生的原因，从而实现ASCS的故障自诊断。这里，行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力等。
进一步地，行车级故障诊断装置51采用以下方式中的至少一种定时对行车信号进行检测和分析：
基于检测的信号的变化范围以及信号的变化率定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器的短路和断路进行行车级别故障诊断；
基于解析所述ASCS中各部件的输入、输出信号在功能上所具有的冗余定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断；
基于定时器定时跟踪所述ASCS中各部件的控制状态，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断。
进一步地，维修级故障诊断装置52根据所述诊断故障代码，并结合行车数据，通过控制电磁阀的通电或断电，并检测反馈信息值的冗余，从而将所述故障产生的原因确定到电磁阀故障级别。
此外，故障诊断系统50还可以包括存储器53用于存储行车级故障诊断装置51生成的诊断故障代码。例如，可以设置一个变量dtc：ASCS无故障时，dtc值为零；而当ASCS发生故障时，则将此诊断故障代码值赋给dtc。该变量与由TCU检测到的行车数据一同被储存到TCU内的EEPROM中。
或者，故障诊断系统50还可以包括发送器54用于通过串口将诊断故障代码发送至维修级故障诊断装置52。例如，ASCS系统TCU的串口通信可以采用10ms定时中断，即每10ms将一组行车数据以及诊断故障代码向外发送一次。
可以理解，故障诊断系统50可以配置在TCU中。
由此，TCU内的行车级故障诊断装置采用了基于信号检测、基于解析冗余和基于ASCS控制逻辑的故障诊断方法，维修级故障诊断装置将故障数据回放，进而辅助进行深层次的故障原因分析。从而，大大降低了故障诊断的难度，提高了故障诊断的准确性。
可选地，如图6所示，在另一种AMT重型车辆ASCS故障诊断系统60中，包括行车级故障诊断装置61、手持式故障诊断仪62和数据离线分析装置63。
行车级故障诊断装置61在AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车数据包括所述行车信号包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；
手持式故障诊断仪62用于从所述行车级故障诊断装置61获取所述诊断故障代码和行车数据，并将所述故障诊断代码和行车数据发送给数据离线分析装置63；
数据离线分析装置63待AMT重型车辆处于非行驶状态时，其根据所述诊断故障代码和行车数据，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障离线自诊断。
手持式故障诊断仪62可以进一步包括获取单元621、存储单元622、发送单元623、显示器624和输入输出单元625，如图7所示。
其中，获取单元621用于从行车级故障诊断装置61获取所述诊断故障代码和行车数据；存储单元622用于存储所述故障诊断代码和行车数据；发送单元623用于通过串口将所述故障诊断代码和行车数据发送给数据离线分析装置63；显示器624，可以显示TCU的工作状态以及存储单元622中存储的数据；输入输出单元625，用于调用TCU内部的诊断方法和对所述存储单元622进行读操作或擦除操作。
以上，显示器624可以是液晶显示器。输入输出单元625可以是例如，键盘、按钮等。
可以理解，行车级故障诊断装置61可以配置在TCU中，而手持式故障诊断仪62及数据离线分析装置63则外置于车辆并为单独部件。
ASCS组成部件较多，通过行车级故障诊断装置61虽然能对ASCS中的多数部件进行诊断，但其诊断的精确位置和故障程度难以准确确定，且还有部分的部件在行车级故障诊断过程中难以实现良好的诊断。因此，维修技术人员可以借助手持式故障诊断仪62及数据离线分析装置63进行维修级别的故障检测诊断。
在车辆进行维修、调试时，使用手持式故障诊断仪62读取TCU经串口通信提供的诊断故障代码，还可以通过手持式故障诊断仪的液晶屏幕监测诊断仪采集界面的各行车数据的实时变化；还可在通过操作手持式故障诊断仪上的键盘对各执行机构电磁阀进行单独通电动作的同时，借助数据离线分析装置63监视各相关反馈数据的变化情况，以此来对故障进行更为精确的分析和判断。
由此，发明的故障诊断系统通过下位机(TCU)和上位机(手持式故障诊断仪及数据离线分析装置)中诊断功能的协调配合，实现了对ASCS的故障自诊断，从而大大降低了故障诊断的难度，提高了故障诊断的准确性。此外，在线和离线相结合的故障诊断系统在实现过程中没有人为因素干扰，因此可以提高诊断结果的有效性和可信度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种AMT重型车辆自动变速操控系统ASCS故障诊断方法，由变速器控制单元TCU执行，其特征在于，包括：
在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，所述TCU定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；
待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，所述TCU根据所述诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障自诊断。
2.根据权利要求1所述的故障诊断方法，其特征在于，所述TCU定时对行车数据进行检测和分析包括采用以下方式中的至少一种：
基于所述TCU检测的信号的变化范围以及信号的变化率定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器的短路和断路进行行车级别故障诊断；
基于解析所述ASCS中各部件的输入、输出信号在功能上所具有的冗余定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断；
基于所述TCU的定时器定时跟踪所述ASCS中各部件的控制状态，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断。
3.根据权利要求1或2所述的故障诊断方法，其特征在于，所述TCU根据所述诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，包括：
所述TCU根据所述诊断故障代码，通过控制电磁阀的通电或断电，并检测反馈信息值的冗余，从而将所述故障产生的原因确定到电磁阀故障级别。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的故障诊断方法，其特征在于，所述诊断故障代码由以下列表表示：
5.一种AMT重型车辆自动变速操控系统ASCS故障诊断系统，其特征在于，包括：
行车级故障诊断装置，其在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车数据包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；
维修级故障诊断装置，待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，其根据所述诊断故障代码，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障自诊断。
6.根据权利要求5所述的故障诊断系统，其特征在于，所述行车级故障诊断装置采用以下方式中的至少一种定时对行车信号进行检测和分析：
基于检测的信号的变化范围以及信号的变化率定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器的短路和断路进行行车级别故障诊断；
基于解析所述ASCS中各部件的输入、输出信号在功能上所具有的冗余定时对行车信号进行检测和分析，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断；
基于定时器定时跟踪所述ASCS中各部件的控制状态，以便对传感器和执行机构进行行车级别故障诊断。
7.根据权利要求5或6所述的故障诊断系统，其特征在于，所述维修级故障诊断装置根据所述诊断故障代码，通过控制电磁阀的通电或断电，并检测反馈信息值的冗余，从而将所述故障产生的原因确定到电磁阀故障级别。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的故障诊断系统，其特征在于，还包括：
存储器，用于存储所述行车级故障诊断装置生成的所述诊断故障代码；
发送器，用于通过串口将所述诊断故障代码发送至所述维修级故障诊断装置。
9.一种AMT重型车辆自动变速操控系统ASCS故障诊断系统，其特征在于，包括：
行车级故障诊断装置，其在所述AMT重型车辆处于行驶状态时，定时对行车数据进行检测和分析，当检测到所述ASCS存在故障时，生成对应于所述故障的诊断故障代码，其中所述行车信号包括转速信号、位移信号、开关量信号、电磁阀工作状态和油源压力；
手持式故障诊断仪，其用于从所述行车级故障诊断装置获取所述诊断故障代码和行车数据，并将所述故障诊断代码和行车数据发送给数据离线分析装置；
所述数据离线分析装置，待所述AMT重型车辆处于非行驶状态时，其根据所述诊断故障代码和所述行车数据，确定所述故障产生的原因，从而实现所述ASCS的故障离线自诊断。
10.根据权利要求9所述的故障诊断系统，其特征在于，所述手持式故障诊断仪包括：
获取单元，用于从所述行车级故障诊断装置获取所述诊断故障代码和所述行车数据；
存储单元，用于存储所述故障诊断代码和所述行车数据；
发送单元，用于通过串口将所述故障诊断代码和所述行车数据发送给所述数据离线分析装置；
显示单元，用于显示TCU的工作状态以及所述存储单元中存储的数据；
输入输出单元，用于调用TCU内部的诊断方法和对所述存储单元进行读操作或擦除操作。
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