一种重型汽车自动变速器取力器的控制方法

赵玉超，郭 鹏，刘子辉，张文斌，吴立香

（中国重汽集团技术发展中心，山东 济南 250103）

一种重型汽车自动变速器取力器的控制方法

赵玉超，郭 鹏，刘子辉，张文斌，吴立香

（中国重汽集团技术发展中心，山东 济南 250103）

提出一种重型汽车AMT自动变速器的取力器的控制方法，详细阐述其控制过程中的字节定义，翘板开关、车身控制单元、变速器控制单元等控制过程。

中国重汽；自动变速器；取力器

现有市场上很多重型车辆都装配了带有取力器装置的变速器。发动机输出的动力，可以通过取力器装置输送给上装系统，来满足其动力要求。传统的手动变速器车型，驾驶员通过踩下离合器踏板使副轴转速降低，再操作取力器开关来挂入取力器。但是电控机械式自动变速器车辆 （AMT车辆）没有离合器踏板，因此不能用传统的操作方法使离合器分离，如果离合器一直处于结合状态，强行挂入取力器的话会造成齿轮磨损，需要先把离合器分开，待变速器输入轴转速降低后，才能挂入取力器。摘下取力器时同样也需要先分离离合器。但是自动挡车辆没有装配离合器踏板，如何断开传动链来挂入取力器就成为了一个难题。

本文介绍一种远程控制离合器的方法，来实现传动链的断开和结合，然后就可以顺利挂入和退出取力器装置了。

1 车辆电气系统架构

整车电气系统包括车身控制单元 （BCU）、发动机控制单元 （ECU）、变速器控制单元 （TCU）等几个部分。车身控制单元负责车身信号处理和仪表显示功能，同时兼顾取力器 （PTO）控制功能。

发动机控制单元负责发动机燃油喷射管理外，还具有远程油门控制模式。在这种模式下，驾驶员可以远程操作PTO旋钮开关，来调节发动机转速，省去反复进出驾驶室来调整发动机转速。

变速器控制单元负责变速器挡位切换和离合器控制功能，根据发动机转速、车速、载重等情况，合理地选择进行挡位切换，来保证车辆加速性和燃油经济性。同时变速器控制单元还能响应远程 （变速器控制1）TC1报文，根据远程请求命令来控制离合器分离结合和挡位切换。

作为开启取力器功能的取力器翘板开关，同时连接到车身控制单元和发动机控制单元。当开关按下时，取力器输入信号同时送给车身控制单元和发动机控制单元。两个控制单元接收到输入信号后，会进入相应的控制流程。

2 控制流程

取力器控制流程如图1所示。

车身控制单元一直读取取力器翘板开关的状态，同时监控车速信号、挡位信号和发动机转速信号。当翘板开关按下时，车身控制单元判断此时车辆是否处于静止状态条件，同时判断发动机是否处于运转状态和变速器挡位是否在空挡，如果有一个条件不满足，将在仪表面板显示取力器操作无效。

当车身控制单元判断车速、发动机转速和当前挡位信号3个条件都满足时，车身BCU将发送CAN报文来远程控制离合器分离，降低输入轴转速，从而减小同步转速差避免挂入打齿和噪声。

图1 取力器控制流程图

车身控制单元发送的远程CAN信息，是SAE J1939协议中的Transmission Control 1（变速器控制单元）的报文，具体见表1。

表1 变速器控制单元报文

2.1 远程控制第2字节定义

在远程控制离合器中，用到了第2字节Requested Percent Clutch Slip（请求离合器滑移率百分比），意思是请求离合器分离。在SAE J1939中是这样定义该字节的：Parameter which represents the percent clutch slip requested by a device.（该参数可以通过其他设备来远程请求离合器滑移率百分比）；Data Length（数据长度）：1 byte（1字节）；Resolution（分辨率）：0.4%／bit（位），0 offset（补偿）；Data Range（数据范围）：0 to 100%；Operational Range（运行范围）：same as data range（与数据范围一致）；PGN （参数组标号）：256。

当车身控制单元请求离合器滑移率100%的时候，变速器控制单元就会打开离合器，来断开传动链；当请求离合器滑移率0%的时候，变速器控制单元就会结合离合器，来闭合传动链。

2.2 远程控制第3字节定义

第3字节Transmission Requested Gear（请求变速器挡位），在SAEJ1939标准中是这样定义该字节的：Gearrequested by the operator， ABS， orengine（ABS或者发动机控制单元可能会请求挡位控制）；Negative values are reverse gears，positive values are forward gears，zero is neutral，and parameter specific indicators are listed below （请求负值表示挂倒挡，正值表示挂前进挡，零表示挂空挡，还有一些其他特殊定义如下）：0xFD（253 dec）=Hold current gear（保持当前挡位）；0xFC（252 dec）=Forward Drive Position（前进挡方向）；0xFB （251 dec）=‘Park’position（驻车制动）； 0xFA （250 dec） =Forward‘Low’ position（前进挡低挡区）；0xF9（249 dec）= Upshift 1 gear from current position（升1挡）；0xF8（248 dec）=Upshift 2 gears from current position（升2挡 ）； 0xF7（247 dec） =Downshift1 gearfrom currentposition （降 1挡 ）； 0xF6（246 dec） = Downshift 2 gears from current position（降2挡）。

在取力器控制环节中用到了该字节的0xFD保持当前挡位的信号，当这个信号激活时会限制变速器挡位，来保证可以安全地控制离合器结合和分离。

2.3 远程控制第6字节定义

第6字节Transmission Mode 1（变速器模式1），该字节在SAE J1939标准中是如下定义的：Indicates whether transmission mode 1 is enabled.Modes are manufacturer specific and are not necessarily mutually exclusive（该字节表示变速器1模式是否处于激活状态，大都是主机厂自定义来应用该字节的）；00 Disable（关闭）；01 Enable（激活）；10 Reserved（预留）；11 Take no action （无动作）；Data Length（数据长度）： 2 bits（位）； Resolution（分辨率）： 4 states／2 bit，0 offset；Data Range（数据范围）：0 to 3；PGN 256（参数组编号）。

该字节是PTO控制的总开关，当值为1时，表示开启PTO控制模式，变速器控制单元会响应挡位请求和离合器控制请求；当此值为0时，表示关闭PTO控制模式，变速器控制单元不再响应挡位请求和离合器控制请求。

3 控制过程

3.1 翘板开关控制

当取力器翘板开关按下，发动机控制单元和车身控制单元会判断以下3个条件是否满足：①发动机处于运转状态；②车辆静止；③变速器处于空挡。当3个条件都满足时，发动机控制单元会进入远程油门控制模式，在这种模式下，远程PTO旋钮接管了油门踏板，可以通过室外PTO旋钮来调整发动机转速。当车身控制单元检测到上述3个条件满足时，就会发送控制离合器分离的命令，具体CAN报文内容如下。

TC1（变速器控制1）报文：Transmission Mode 1（变速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear=FD，保持当前挡位；Requested Percent Clutch Slip=FA，请求离合器分离。

3.2 车身控制单元控制

当变速器控制单元接收到上述命令后，将不再响应手柄的换挡请求，变速器挡位将保持空挡，不能切换到其他挡位，离合器会从结合位置慢慢分离。 车身控制单元会一直读取离合器的状态，离合器的状态可以通过变速器控制发送的ETC1报文来获得，此CAN报文的第4字节percentcluthslip（离合器滑移率）代表离合器的位置状态。此值是通过计算得出的，具体计算方法是：发动机转速与变速器输入轴转速的差值，再除以发动机转速。当此值为0%时，表示输入轴转速和发动机转速完全同步，没有转速差，也就意味着离合器此时处于完全结合的状态；当此值为100%时，意味着输入轴已停止运转，离合器处于完全分离的状态。车身控制单元监控离合器滑移率，如果在限定时间内没有达到指定的滑移率，也就意味着输入轴转速太高，滑套的同步转速差太大，在这种情况下强行挂入取力器话，就会造成很大的啮合打齿声，严重时还会对机械齿轮造成损伤。为了保障取力器的使用寿命，车身控制单元 （BCU）会选择终止对离合器的控制，具体控制的CAN报文如下。

TC1（变速器控制1）：Transmission Mode 1（变速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear= FF，取消挡位请求；Requested Percent Clutch Slip= FF，取消离合器限制。

3.3 变速器控制单元控制

当变速器控制单元接收到上述命令后，就会取消接收远程控制，离合器会从分离位置慢慢恢复到结合状态，同时换挡手柄可以进行挡位切换控制。在发送上述控制命令的同时，仪表屏幕上将显示取力器啮合无效的提示信息。

如果在限定时间内离合器可以达到请求的滑移率，车身控制单元就会驱动取力器电磁阀动作，来促动取力器机构动作。同时解除换挡限制和离合器控制，并请求变速器只能在低挡区换挡，具体的控制信号如下。

TC1（变速器控制1）：Transmission Mode 1（变速器控制模式1）=01；Transmission Requested Gear= FA， 低挡区换挡限制；Requested Percent Clutch Slip=FF，取消离合器限制。

当变速器控制器收到以上报文时，就会限定只能在低挡区换挡，同时收回离合器控制权。操作换挡手柄后变速器控制器只允许挂入低挡区的挡位，从而达到保护取力器机构的目的。车身控制单元驱动电磁阀后，会一直监控取力器到位信号开关，如果在设定时间内取力器啮合到位，车身控制单元将停止驱动取力器电磁阀，并在仪表屏幕上显示取力器正在工作的提示信息；如果取力器没有在设定时间内收到到位信号，车身控制单元将停止驱动取力器电磁阀，同时仪表屏幕上显示取力器啮合失败的提示信息。

当车身控制单元检测到翘板开关断开后，将发送停止控制离合器的CAN报文，具体如下。

TC1（变速器控制1）：Transmission Mode 1（变速器控制模式1）=00；Transmission Requested Gear= FF，取消换挡限制请求；Requested Percent Clutch Slip=FF，取消离合器控制。

当变速器控制器接收到上述报文后，将收回离合器控制器权并解除挡位限制，恢复到正常行驶模式。同时发动机控制单元监控到PTO翘板开关断开后，将退出远程油门模式，远程PTO旋钮将不再起作用，只能通过油门踏板来调整发动机转速。完成这轮PTO控制巡航后，车身控制器和发动机控制器将持续监控取力器翘板开关的状态，等待下一轮的操作请求。

4 总结

通过上述的控制方法，解决了在自动挡车辆没有离合器踏板的情况下，无法挂入取力器的难题。这种控制方法的好处在于不增加原有车辆成本，也不改变原有车辆结构，通过远程CAN通信来控制离合器来挂入取力器，而且在控制环节中加入了车辆安全条件判定，安全、稳定、可靠，具有实际推广意义。

（编辑 心 翔）

PTO Control Method of an Automatic Gearbox

ZHAO Yu-chao，GUO Peng，LIU Zi-hui，ZHANG Wen-bin；WU Li-xiang
（Research and Development center，China National Heavy Duty Truck Group Co.，Ltd.，Jinan 250103 China）

The author puts forward a PTO control method on an automatic gearbox，and demonstrates its control processes like byte definition，rocker switch，vehicle control unit and gear control unit.

CNHTC；automatic gearbox；PTO

U463.212.34

A

1003－8639（2016）10－0022－03

2016-03-25；

2016-03-31

赵玉超 （1982-），男，工程师，主要从事手自一体电控系统的研发工作；郭鹏 （1983-），男，工程师，主要从事车辆控制器的研发工作；刘子辉 （1982-），男，工程师，主要从事车辆控制器的研发工作；张文斌 （1970-），男，高级工程师，主要从事整车电控系统开发工作；吴立香 （1979-），女，工程师，主要从事手自一体电控系统的研发工作。