背 景

隨著自動變速箱的檔位數越來越多，采用的傳感器和執行器也越來越多，自動變速箱在不同工況下出現的故障概率將會增加。傳統應對故障的機械跛行只能以某個固定前進檔位行駛，換擋沖擊大，且在某些故障下還會造成變速箱本體二次損壞的危險。而新型的電子跛行控制策略能針對不同故障確定多個安全檔位，提高車輛的行駛能力，降低整車排放。

基于以上需求，結合自身在汽車電子控制領域的技術優勢和能力儲備，以自動變速箱為對象，于2014 年開始了故障診斷和跛行處理的研究與開發。前后進行了大量的理論分析、BM 測試、需求定義、臺架測試、整車測試等，通過項目開發與應用，從無到有，從局部到全面，刷寫了國內相關研究和開發應用的空白，形成了較為完整的液力機械式自動變速箱故障診斷與跛行處理系統，提升了公司在自動變速箱控制及功能安全領域的競爭力。

圖 1 AT自動變速箱故障診斷與跛行處理系統

變速箱跛行模式的作用

跛行模式( LimpHome) :是指汽車的電子控制設備在檢測到系統或部件故障時，能保證車輛安全性，并具備基本的行駛能力。該模式保證汽車能自動點亮相關指示燈，并安全行駛至維修地點維修，避免故障車輛在行駛過程中可能導致的嚴重安全事故。

對于自動變速箱來說，其跛行模式是指車輛至少具有一個可用的前進檔、一個倒車檔行駛的模式。

圖 2 跛行回家功能的作用

對于沒有跛行模式的自動變速箱來說，在故障發生后若沒有相應的檢測或處理措施，則可能造成變速箱本體損壞、車輛緊急剎車而引發碰撞和翻車事故等。

圖3 無跛行功能的危險

變速箱跛行模式的分類

自動變速箱的跛行模式是對變速箱動力總成發生不同故障的處理方式，廣義上來說，每一種故障類型都有其對應的跛行模式。

對于不同類型的自動變速箱來說，相同故障可能造成不同嚴重程度的后果；對于同一類型的自動變速箱來說，不同故障也可能造成不同嚴重程度的后果。根據故障后自動變速箱可用的安全檔位數，可分為以下幾種跛行模式。

圖 4 變速箱跛行模式分類

液控跛行的控制實現

傳統的跛行模式采用高邊驅動HSD全部關閉的方式，此時所有電磁閥不可控，由液壓回路的特點自動形成某個故障檔位，這種跛行模式也叫液控跛行或機械跛行方案。液控跛行方案中，手柄位置決定了手動閥的位置，而手動閥的位置決定了主油路的切換方式，這樣根據駕駛員的實際檔位請求決定液壓回路的形成。如手柄分別在P、R、N、D四個位置時，主油路的切換方式如下圖所示：

圖5 AT變速箱手動閥油路

在主油路打開的前提下，液壓系統的電磁閥特性（常開閥/常閉閥）決定了離合器的結合與分離，進而決定了實際形成的檔位。

傳統液控跛行方案完全是由液壓系統決定的，因此對液壓系統的設計要求較高，此外這種機械化跛行方案的單一性顯然不能滿足所有的故障類型，且駕駛舒適性差、安全性不高。

電控跛行的控制實現

隨著自動變速箱的檔位數增加，采用的傳感器和執行器也越來越多，自動變速箱在不同工況下出現的故障概率將會增加。此外，隨著電控技術的發展，駕駛員對車輛行駛安全性和舒適性的提高，自動變速箱發生故障后的處理措施也將越來越多樣化。

變速箱的故障按照故障等級可分為：

輕度故障：這類故障一般對變速箱的檔位形成影響不大；

中度故障：這類故障影響車輛在部分工況或部分檔位下的行駛能力；

嚴重故障：這類故障影響大部分工況的換擋能力，或對車輛正常行駛有很高風險。

變速箱的故障按照故障類型可分為：

傳感器類故障：如轉速傳感器、油溫傳感器等；

執行器類故障：如電磁閥、選換擋電機、機械閥等；

功能性類故障：如離合器壓力故障，換擋失敗故障等。

圖6跛行模式決策

根據故障等級和故障類型進行跛行模式決策，設計對應的跛行模式控制方案。下面以手柄位置故障的跛行控制策略來說明電控跛行方案的實現。

手柄位置信號反應了駕駛員的行駛意圖，也是自動變速箱控制器（TCU）執行換擋的重要命令。當手柄位置信號故障時，TCU不再能識別到準確的手柄位置信號，錯誤控制可能使車輛無法行駛甚至發生事故危險；此外故障的手柄位置信號可能在儀表面板和手柄位置燈錯誤顯示，給駕駛員造成錯誤的指示，這時駕駛員若在高速前進時誤撥手柄入R檔，則會使變速箱輸出軸被強制反轉，造成箱體損壞，甚至造成車輛翻車等危險。

圖 7 手柄位置對換擋控制的影響

手柄位置故障的電控跛行方案為：

低速時，以駕駛員意圖為優先，實現前進檔、倒檔功能。選擇某個較低前進檔與倒檔的共用執行器控制方式，根據手柄的實際位置決定前進檔和倒檔的形成；

高速時，以安全行駛為優先，由于手柄信號異常可能導致駕駛員誤撥手柄，需要在高車速時進行D->R換擋保護，即在高速前進時，即使駕駛員誤撥手柄至R位置，也不能形成倒檔。因此當車速較高時，換入較高前進檔控制，該較高前進檔與倒檔沒有共同執行器控制方式，這樣既能實現多個前進檔行駛，也能實現手柄故障后的D->R換擋保護。

總結

基于前面對電控跛行方案和傳統液控跛行方案的說明與比較，可以看出新型的電控跛行方案具有以下優點：

電控跛行方案的多樣化可靈活應對不同類型和不同嚴重程度的變速箱故障；

電控跛行方案的跛行檔位的前進檔不再只是一個，根據車速大小可實現兩個或多個檔位之間的切換，提高了車輛的行駛能力，也降低了在跛行模式下的尾氣排放；

考慮各個故障類型可能發生的危險情況，通過換擋控制進入安全檔位，以電控方式應對不同的行駛工況，提高車輛的行駛安全性。