為實(shí)現(xiàn)機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)故障診斷自動(dòng)化測(cè)試和有效性驗(yàn)證，基于硬件在環(huán)(HiL)測(cè)試系統(tǒng)和自動(dòng)化測(cè)試軟件，針對(duì)機(jī)械式自動(dòng)變速器前副箱低擋換擋卡滯故障搭建自動(dòng)化測(cè)試序列，測(cè)試該問(wèn)題的故障診斷應(yīng)對(duì)情況，結(jié)果表明，故障診斷應(yīng)對(duì)符合預(yù)期，驗(yàn)證了測(cè)試序列和故障診斷的準(zhǔn)確性。基于該測(cè)試序列搭建了高速行駛工況下正常換擋、無(wú)故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋和故障應(yīng)對(duì)條件下前副箱低擋換擋工況。測(cè)試結(jié)果表明，發(fā)生前副箱低擋換擋卡 滯故障時(shí)，變速器控制單元(TCU)可及時(shí)識(shí)別并進(jìn)行應(yīng)對(duì)，應(yīng)對(duì)符合預(yù)期，同時(shí)可保證車(chē)輛繼續(xù)正常行駛，驗(yàn)證了故障診斷應(yīng)對(duì)的有效性。

　　1、前言

　　機(jī)械式自動(dòng)變速器(Automatic Mechanical Transmission，AMT)是車(chē)輛動(dòng)力域的重要組成部分，其發(fā)生故障后仍可繼續(xù)有效工作是保障車(chē)輛正常行駛的重要因素之一。因此，在進(jìn)行故障診斷測(cè)試時(shí)，需對(duì)其故障應(yīng)對(duì)準(zhǔn)確性、有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

　　高文娟等基于 dSpace仿真系統(tǒng)對(duì)變速器控制器基礎(chǔ)軟件(Basic Software，BSW)層故障進(jìn)行了診斷測(cè)試，葉欣等結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)了 AMT 故障診斷測(cè)試的自動(dòng)化運(yùn)行及測(cè)試報(bào)告自動(dòng)生成，趙海英等基于統(tǒng)一的診斷服務(wù)(Unified Diagnostic Services，UDS)開(kāi)發(fā)了金屬帶式無(wú)級(jí)變速器(Continuously Variable Transmission，CVT)故障診斷系統(tǒng)，并對(duì)CVT的診斷策略和UDS診斷通信進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，孟麗莎公開(kāi)了一種基于硬件在環(huán)的汽車(chē)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)及方法，通過(guò)控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，CAN)工具和測(cè)量標(biāo)定工具進(jìn)行了激活診斷測(cè)試，趙裕聰搭建基于 CAN 總線(xiàn)的故障診斷測(cè)試工具，對(duì)自動(dòng)變速器故障進(jìn)行了自動(dòng)化診斷測(cè)試。上述研究表明，變速器控制單元(Transmission Control Unit，TCU)故障診斷測(cè)試主要通過(guò)不同故障注入方式實(shí)現(xiàn)，且主要集中于 BSW 層，對(duì)應(yīng)用軟件(Application Software，ASW)層關(guān)注較少。

　　本文以 AMT 前副箱卡滯故障為例，基于已搭建的 AMT 硬件在環(huán)(Hardware-in-the-Loop，HiL)測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試軟件搭建自動(dòng)化測(cè)試序列，實(shí)現(xiàn)高速行駛工況下的正常換擋、無(wú)故障 應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋和故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋工況測(cè)試。

　　2、測(cè)試系統(tǒng)

　　測(cè)試系統(tǒng)主要包括待測(cè)的 TCU、仿真硬件平臺(tái)、已校準(zhǔn)的被控對(duì)象模型和試驗(yàn)管理軟件，如圖1 所示。

　　仿真硬件平臺(tái)由實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)、外圍硬件、可編程電源和電源管理模塊等組成。其中，實(shí)時(shí)硬件系統(tǒng)包含 NI PXIe-1084 機(jī)箱 1 個(gè)、PXIe-8880RT 實(shí)時(shí)處理器板1塊、PXIe-8510/6CAN通信板卡1塊、數(shù)據(jù)采集(TB2710 型)或輸出板卡(TB2810 型)合計(jì) 6塊，用于提供實(shí)時(shí)模型運(yùn)行的硬件環(huán)境;外圍硬件包含 TB4102型故障注入板卡 8塊和 TB6201型電源切換板卡，用于實(shí)現(xiàn)故障注入和電源切換;可編程電源和電源管理模塊包含 EA PS9040-120 3.0 kW 進(jìn)口可編程電源及電源分配單元(Power Distribution Unit，PDU)，用于提供設(shè)備用電和保證用電安全 。

　　被控對(duì)象模型是測(cè)試系統(tǒng)整車(chē)模型(包含被控對(duì)象模型、虛擬發(fā)動(dòng)機(jī)模型、輸入輸出模型和車(chē)輛模型)中的一部分，主要用于動(dòng)力傳遞和改變傳動(dòng)比。本文采用某12擋AMT，由離合器、前副箱、主箱和后副箱組成。

　　試驗(yàn)管理軟件采用 NI VeriStand 系統(tǒng)，其可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總線(xiàn)配置、系統(tǒng)硬件配置、系統(tǒng)模型配置和信號(hào)映射管理，并進(jìn)行實(shí)時(shí)系統(tǒng)管理。

　　通過(guò)試驗(yàn)管理軟件將編譯好的被控對(duì)象模型集成到仿真硬件平臺(tái)中，在管理軟件中可通過(guò)發(fā)送指令模擬駕駛員實(shí)車(chē)操作，此時(shí)，仿真硬件平臺(tái)發(fā)送數(shù)據(jù)至TCU并接收TCU輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制和觀測(cè)，從而形成閉環(huán)系統(tǒng)。

　　3、故障診斷自動(dòng)化測(cè)試

　　變速器箱體受潤(rùn)滑油質(zhì)量、零部件損壞等因素影響，可能出現(xiàn)換擋卡滯問(wèn)題，導(dǎo)致無(wú)法正常換擋，進(jìn)而影響車(chē)輛行駛。限于篇幅，本文以 AMT 前副箱低擋換擋卡滯故障為例，設(shè)計(jì)自動(dòng)化序列并開(kāi)展測(cè)試。前副箱低擋換擋卡滯故障需求如表 1 所示。

　　該 12 擋 AMT 奇數(shù)擋位時(shí)前副箱為低擋。由于高擋位時(shí)車(chē)速較高，換擋卡滯造成的危害加劇，本文以 11 擋時(shí)前副箱低擋換擋卡滯為例，故障診斷測(cè)試用例如表2所示。其中，ETC2_ TrmCurrGr 為當(dāng)前擋位，ETC2_TrmSelectedGr 為目標(biāo)擋位。

　　基于表1，使用自動(dòng)化測(cè)試中圖形模塊化工具，并結(jié)合Python腳本編寫(xiě)自動(dòng)化測(cè)試序列，如圖2所示。

圖2　前副箱低擋換擋卡滯故障診斷測(cè)試自動(dòng)化測(cè)試序列

　　該序列由開(kāi)始(Start)、流程(Group)和結(jié)束(END)3 個(gè)部分組成，分別為上電和開(kāi)啟模型數(shù)據(jù)記錄、故障診斷測(cè)試流程、記錄和分析數(shù)據(jù)。其中，clib 文件為封裝好的通用測(cè)試序列庫(kù)，可以被多個(gè)測(cè)試序列反復(fù)引用。上電(起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)).clib包含上電流程、起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)和確認(rèn)TCU屬于默認(rèn)初始狀態(tài)測(cè)試，下電 .clib 包含下電流程和重置 TCU 狀態(tài)測(cè)試，掛 D 擋 .clib 為掛入 D 擋測(cè)試。Script Block 為 Python 腳本，用于判定變速器前副箱在低擋是否持續(xù)6 s無(wú)法摘出(即故障診斷判斷時(shí)間)。

　　運(yùn)行自動(dòng)化測(cè)試序列，測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示。其中，None表示無(wú)結(jié)果，Success表示成功。

　　測(cè)試中每一次判定結(jié)果均為成功，表明該自動(dòng)化測(cè)試序列測(cè)試通過(guò)，故障應(yīng)對(duì)符合預(yù)期，證明了測(cè)試序列和 11 擋擋位下前副箱低擋換擋卡滯故障診斷應(yīng)對(duì)的準(zhǔn)確性。

　　通過(guò)以上方法，可將AMT故障診斷測(cè)試用例轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)測(cè)試序列。在進(jìn)行TCU故障診斷測(cè)試時(shí)，只需在更換TCU軟件后運(yùn)行該序列，即可自動(dòng)完成故障診斷測(cè)試并生成測(cè)試報(bào)告。

　　目前，基于本文搭建的測(cè)試系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn) ASW 層故障(如電磁閥類(lèi)故障、傳感器類(lèi)故障、功能類(lèi)障和總線(xiàn)故障)、BSW 層故障(如電磁閥電氣故障、傳感器電氣故障、系統(tǒng)供電故障和 CAN 通信故障)的自動(dòng)化測(cè)試，自動(dòng)化程度達(dá)100%。

　　4、故障診斷有效性分析

　　搭建高速行駛工況下正常換擋、無(wú)故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋和故障應(yīng)對(duì)條件下前副箱低擋換擋3種工況，不同工況下的測(cè)試用例如表 3 所示。其中，fhc_flg_SplitStukLow_Enable為前副箱低擋換擋卡滯故障開(kāi)關(guān)標(biāo)定值。

　　根據(jù)該測(cè)試用例改進(jìn)原有測(cè)試序列，利用具體測(cè)試用例(Concrete Test Case，CTC)功能實(shí)現(xiàn)一條測(cè)試序列完成3種工況測(cè)試，具體測(cè)試序列如圖4所示。

圖 4　不同工況下 AMT 前副箱低擋換擋卡滯故障診斷測(cè)試自動(dòng)化測(cè)試序列

　　相較于圖2，圖4測(cè)試序列新增點(diǎn)如下：

　　a. Start 部分：新增第 2 行 CANape 調(diào)用 .clib，作用為調(diào)用 CANape 工具 ，新增第 3 行開(kāi)始記錄 CANape數(shù)據(jù)操作，用于調(diào)用TCU內(nèi)部狀態(tài)量。

　　b. Group部分：新增故障診斷開(kāi)關(guān)、前副箱超控開(kāi)關(guān)和前副箱超控?cái)?shù)值等本地變量;新增第 2 行故障診斷開(kāi)關(guān)，用于打開(kāi)或關(guān)閉故障診斷功能;修改第7行和第8行，設(shè)置前副箱超控開(kāi)關(guān)、前副箱超控?cái)?shù)值為本地變量，用于適配 CTC;修改第8行，等待時(shí)間由 15 s 調(diào)整為 60 s，以更好地對(duì)比不同工況下的車(chē)速變化;修改第12行，根據(jù)工況不同，車(chē)輛停止時(shí)擋位判斷不同。

　　c. END 部分：新增第2行和第3行，記錄 CANape變量數(shù)據(jù)并添加到報(bào)告中;新增第7行工況判斷，只有在故障診斷開(kāi)關(guān)激活時(shí)，才對(duì)故障診斷時(shí)間進(jìn)行判斷。

　　其中，本地變量適用于CTC功能，通過(guò)不同CTC 可對(duì)本地變量進(jìn)行賦值，從而實(shí)現(xiàn)不同工況測(cè)試，如表 4 所示，CTC、CTC1 和 CTC2 分別對(duì)應(yīng)正常換擋、無(wú)故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋和故障應(yīng)對(duì)條件下前副箱低擋換擋工況。

　　執(zhí)行圖 4 中測(cè)試序列，測(cè)試結(jié)果如圖 5 所示。由圖5可知，正常換擋、無(wú)故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋和故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋工況測(cè)試均通過(guò)。

　　不同工況下車(chē)速、當(dāng)前擋位和目標(biāo)擋位對(duì)比結(jié)果如圖 6所示。由圖 6可知：正常換擋工況下，由于換擋離合器脫開(kāi)等原因，車(chē)輛在由11擋升12擋時(shí)，車(chē)速先下降一段后持續(xù)正常提高;無(wú)故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋工況中，在由11擋升12擋時(shí)，卡滯原因?qū)е聼o(wú)法正常換擋，車(chē)速持續(xù)降低，無(wú)法回到原有加速狀態(tài)，將導(dǎo)致車(chē)輛最終停止;在故障應(yīng)對(duì)條件下，車(chē)輛在經(jīng)過(guò) 6 s的故障診斷時(shí)間后，車(chē)速雖然降低，但可以恢復(fù)到原有加速狀態(tài)，之后車(chē)速變化趨勢(shì)與正常換擋工況類(lèi)似。

　　對(duì)比3種工況，結(jié)果表明，前副箱低擋換擋卡滯故障應(yīng)對(duì)準(zhǔn)確，同時(shí)可滿(mǎn)足恢復(fù)車(chē)輛狀態(tài)的需求，證明了該應(yīng)對(duì)的有效性。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　本文基于已搭建的 HiL 測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)合自動(dòng)化測(cè)試軟件設(shè)計(jì)了 AMT 前副箱低擋換擋卡滯故障自動(dòng)化測(cè)試序列并進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，該測(cè)試序列可以滿(mǎn)足 11 擋時(shí)前副箱低擋換擋卡滯故障診斷及應(yīng)對(duì)測(cè)試。同時(shí)，基于該測(cè)試序列完成了高速行駛工況下正常換擋、無(wú)故障應(yīng)對(duì)條件下?lián)Q擋和故障應(yīng)對(duì)條件下前副箱低擋換擋工況的自動(dòng)化測(cè)試，結(jié)果表明，高速行駛工況下，發(fā)生前副箱低擋換擋卡滯故障后，車(chē)輛仍可恢復(fù)原有加速狀態(tài)，證明了故障診斷應(yīng)對(duì)的有效性。

　　基于以上方法可以進(jìn)行不同故障診斷的自動(dòng)化測(cè)試及有效性分析，如閥體長(zhǎng)時(shí)間激活、報(bào)文故障和傳感器異常等，從而更加全面地驗(yàn)證AMT故障診斷的有效性。同時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際道路工況，在不同工況下注入不同故障，從而模擬車(chē)輛在實(shí)際道路行駛過(guò)程中，AMT故障條件下的故障診斷及應(yīng)對(duì)過(guò)程。

　　參考文獻(xiàn)略.