開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇自動變速箱控制系統故障診斷研究，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

計算機控制系統和機械自動化的進步，在我國的各個生產領域中開始廣泛應用智能控制系統。隨著科技的飛速發展，自動變速箱在工程機械領域得到了廣泛的應用[1]。其可靠性和穩定性在很大程度上決定了整車的質量和安全性。因此，研究基于自動變速箱控制系統診斷的自動化測試，有助于分析自動變速箱故障，提高產品質量。

1CAN總線技術及測量原理

1.1CAN總線技術

控制器局域網總線(ControllerAreaNet-work，CAN)是串行總線，其是根據國際標準支持分布式控制或實時控制，屬于現場總線范疇。ISO已經將CAN確立為國際標準。同時，CAN是一種多主總線，可以通過同軸電纜或是雙絞線來進行信號傳輸。CAN總線是RobertBosch在20世紀80年代開發的串行通信協議，其通信速度最高可以達到1Mbps。因為具有眾多優勢，所以在高速網絡和多線網絡領域中具有廣泛應用，包括實時性好、通信可靠、可以檢測任何錯誤、設計成本低等[2]。

1.2CAN總線結構

CAN總線參考模型中，包括物理層和數據鏈路層等層次結構。物理層則分為3種模式，分別是位編碼、位時間和同步；而數據鏈路層則可以分為邏輯鏈路控制子層、MAC媒體訪問控制子層。

1.3CAN總線技術及測量原理

通過CAN總線對于自動變速箱測量、故障診斷系統進行信號采集工作，采用2個信號采集傳感器網絡的信號，然后將采集到的信號傳送給計算機，實現計算、顯示、狀態指示、聲光報警等功能。主機主要是通過ISA訪問控制器傳輸數據。如圖2所示為CAN總線的測量原理圖。如圖3所示為CAN總線與傳感器網絡之間的數據交換圖。

2變速箱故障類型

2.1變速箱類型簡要分析

變速箱是一種改變發動機轉速和扭矩的機構。變速箱可以固定或分擋改變輸出軸和輸入軸的傳動比。變速箱由變速傳動機構和控制機構組成，一些變速箱還具有功率接收機制。傳動機構一般都是普通齒輪傳動，也有一些是用的行星齒輪傳動。而變速箱的類型包括AT變速箱、CVT變速箱（為機械無級自動變速器）、AMT變速箱（為電控機械式自動變速箱）、雙離合器變速箱（變速箱中有2個離合器[3]）。工程機械變速箱結構復雜，可分為機械子系統和液壓子系統。因為自動變速箱的內部零件多，工作環境差，連續工作時間長，出現故障的可能性也大大增加。另外而自動變速箱內部零件之間具有緊密的關聯，任意一個部件出現問題，都會導致自動變速箱無法繼續運行，其他部件的性能也會受到這些部件故障的影響。傳動軸運行不正常會導致軸環、軸承以及齒輪等部件受到不同程度的損傷；而齒輪運行出現問題，也會導致傳動軸出現故障，受到不正常沖擊。龔洪浪在《基于CAN總線的拖拉機無級變速箱故障診斷系統研究》[4]中提出工程機械自動變速箱的零部件故障發生的比率如表1所示。在檢測工程機械自動變速箱的故障時，其檢測重點需要放在傳動軸承和齒輪、油壓傳感器、控制器端口、轉速傳感器等故障。自動變速箱的齒輪工藝結構十分復雜，經過高速、長期運行之后，發生故障的概率非常高，所以是自動變速箱中最容易出現故障的零部件。自動變速箱齒輪故障常見的包括磨損、點蝕、膠合、斷齒和加工裝配故障等。自動變速箱的傳動軸承結構比較簡單，但是其承擔著非常重要的作用，能夠有效降低傳動摩擦因數和固定傳動軸。傳動軸承故障會影響自動變速箱的工作穩定性。傳動軸承故障包括磨損、膠合、疲勞剝落、變形、腐蝕和加工裝配故障等。轉速傳感器故障主要表現為無法啟動發動機。如果超出規定阻值范圍，則意味著傳感器損壞，需要更換。控制器端口常見故障主要包括靜態流異常、限流電阻發熱等，通常情況下可以根據指示燈來判斷是否存在控制器端口故障。油壓傳感器故障非常常見，發動機機油儲存量多少、機油臟或粘稠、機油稀等均會導致油壓傳感器故障。

2.2自動變速箱常見故障

自動變速箱是當前工程機械的關鍵設備之一，但是因為自動變速箱結構精密、動作頻繁，且工作環境差，導致自動變速箱的故障成了一個常見問題。

2.2.1換擋時系統沖擊偏大

在工程機械啟動和行駛過程中，工程機械在自動變速箱調擋或自動換擋過程中發生劇烈振動或振動幅度偏大，或是在行駛期間，自動變速箱在換擋時，車身因為換擋而突然震動，從而導致駕駛人員的生命安全帶來嚴重威脅，并且留下嚴重的心理陰影。此故障的主要原因是怠速和發動機溫度偏高等存在問題，也可能是因為蓄壓箱的活塞卡住、工程機械重要元件損壞丟失等原因。

2.2.2客觀原因造成工程機械無法正常行駛

當換擋控制手柄處于前進擋和后退擋時，由于以下原因將會導致工程機械不工作：①手柄故障或與控制器連接異常等故障；②自動變速器油底殼溫度傳感器損壞；③主油路部件損壞；④進油濾網堵塞。

2.2.3出現打滑，車輛行駛異常

變速箱打滑很容易導致驅動無力。當踩下油門，發動機轉速增加后，速度不會增加。工程機械爬坡時，發動機加速很快，但爬坡能力仍然很弱。故障的主要原因是：①液壓油的油位和液壓油質量不符合要求；②由于主油路路由或者其他的因素導致油壓偏低。

2.2.4換擋問題

自動變速器換擋出現沒有后退擋、無法升擋等，無法實現較高的換擋。而此故障的主要原因是工程機械的換擋電磁閥鎖定可能損壞[5]。

2.2.5聲響出現異常

行駛過程中的自動變速箱產生異響，但是在空擋狀態下，則無異常現象。而造成異響的原因主要有兩方面：①油泵嚴重磨損，導致油面偏高或偏低；②換擋執行元件存在異響。

3改善故障系統設計的方法

如圖4所示為CAN總線驅動模塊流程圖。變速箱故障診斷系統通過編程實現了系統硬件平臺的預定功能，包括控制模塊信息采集與處理、人機交互、總線信息傳輸等眾多功能。而軟件設計包括顯示模塊、信息采集模塊、總線驅動模塊等。在總線驅動程序中，需要發動緩沖區、初始化、定義接收和指針，定義指向CAN節點的指針，設置波特率和節點過濾箱，以便可以中斷CAN和接收數據[6]。

3.1硬件系統結構自動化應用分析

基于CAN總線的無級變速箱故障診斷系統的硬件結構如圖5所示。基于CAN總線的工程機械自動變速箱的故障診斷系統中，設置數據傳送、數據接收、故障診斷報警等軟硬件控制設備。通過CNA總線與傳感箱網絡相連，將車速信號、車身振動信號等信息傳送給變速箱控制器TCU控制器，由控制器來分析信號，對故障信息進行解釋和傳輸，最后在人機車載顯示器上顯示并報警可能導致事故的故障信息[7]。此外，在SD卡存儲器對于這些數據進行維修。在需要的情況下，通過GPRS無線數據傳輸模塊將信息傳遞給云平臺，由其發送給遠程服務器，方便查詢。同時，嵌入式控制器能夠處理信息，方便遠程監測工程機械。

3.2故障診斷程序

在軟件定時中斷程序中添加信號極值的診斷程序，每200ms執行一次。分別將工程機械的離合器分離行程傳感器、換擋位置傳感器、選擋位置傳感器、變速器輸入軸速傳感器等各自的最大值和最小值進行比較。如果結果超出正常范圍，意味著傳感器存在故障。工程機械每10ms發送一組行車實時數據，每200ms執行一次傳感器診斷檢測程序。如果出現傳感器故障，則先診斷出的故障會被后續新的故障覆蓋，故障診斷會顯示最新的故障。但是，為了避免故障被新的故障掩蓋，實施分批診斷的方式，每次只執行一種傳感器的檢測，這樣即便幾個傳感器同時發生故障，也可以及時發現。

4實驗測試

為了檢查自動變速箱控制系統的故障診斷效果，本文對工程機械自動變速箱控制系統故障處理效果進行分析，驗證系統的可行性和有效性，該系統應安裝工程機械上開展了實際測試。工程機械掛4擋時，傳動軸轉速約為1000r/min左右，通過對系統采集的速度信號、振動信號進行時域分析。結果發現，分別在30和60時間段出現波峰，意味著自動變速箱4擋位置故障。分析后發現齒輪磨損情況比較嚴重，并且點蝕現象也非常嚴重，存在部分斷齒現象，導致自動變速箱在車輛運行期間出現大幅振動。測試結果符合工程機械自動變速箱的實際故障，證實了自動變速箱控制系統對于故障診斷效果顯著。如圖6和圖7所示。

5結語

近年來，工程機械發展迅速，但是復雜程度也隨之提升。因此，工程機械的故障診斷技術已成為一個重要的研究熱點。基于CAN總線的自動變速箱故障診斷系統可對工程機械自動變速箱的故障進行診斷。試驗結果表示，能夠準確檢測變速箱故障，具有較高的測量精度，便于現場維護人員和遠程維護。

[參考文獻]

[1]勵敏．奧迪Q5L舒適CAN總線系統故障導致無法啟動的診斷與分析[J]．汽車與配件，2021，(24)：64-67．

[2]陳希霞，王文妍，劉慶春，等．基于CAN總線的醫療設備實時監測與故障診斷系統設計實現[J]．智慧健康，2016，2(8)：33-37．

[3]宋健．卡羅拉1ZR-FE發動機CAN總線系統故障排除及診斷經驗總結[J]．汽車實用技術，2014，(2)：96-98．

[4]龔洪浪．基于CAN總線的拖拉機無級變速箱故障診斷系統研究[J]．農機化研究，2018，40(2)：257-261．

[5]吳春志，馮輔周，吳守軍，等．一種有效的不均衡樣本生成方法及其在行星變速箱故障診斷中的應用[J]．兵工學報，2019，40(7)：1349-1357．

[6]吳守軍，馮輔周，吳春志，等．基于VMD-DE的坦克行星變速箱故障診斷方法研究[J]．振動與沖擊，2020，39(10)：170-179．

[7]何雷，劉溯奇，蔣婷，等．基于改進LMD與BP神經網絡的變速箱故障診斷[J]．機械傳動，2020，44(1)：171-176．

作者:趙裕聰 單位:江蘇匯智高端工程機械創新中心有限公司