自动变速器液压控制系统FMEA

在自动变速器开发 设计阶 段根 据产品 概念 设计, 利用 FMEA 方法对自动变速器进行可靠性分析, 可以 有效提高产品质量。通常 FMEA 仅仅考虑系统中单一 元部件的故障模式及其对系统产生的影响。对于由多 个元部件组成的复杂系统, 考虑所有元部件故障模式 的组合将产生 组合爆炸 , 因而是 不切实际 的。但 是, 某些重要元部件故障模式的组合给系统带来的影 响又是必须关注的。针对这一问题, 提出基于风险顺 序数 ( RPN, R isk Priority Number) 的 多故 障 模式 分 析方法可以更有效地实现对复杂系统的故障模式、影 响分析。
pACC = (psA 1 + F s ) /A2
1 4 液力变矩器油路子系统
这里液力变矩器油路子系统主要指液力变矩器离
合器闭锁 ( TCC) 控制 油路, 主 要由比 例电磁阀、控 制阀和调节供油阀组成。实现液力变矩器的闭锁控制。
TCC比例 电磁阀 将来 自换档控制 子系统 的离合
器 结 合 油压 p2C转 换 为 作 用于调节供 油阀和 控制阀
进行分析的。但多个元件同时发生故障在实际中是常
见的, 并且多个元部件同时故障, 引起的系统故障可 能并不是单个元部件故障所能引起的。故考虑多个元
部件同时故障对系统带来的影响是必须的。但是对于
一个由众多元部件组成的大系统而言, 其元器件故障
模式组合数很大, 将 出现 组合 爆炸 。一个 拥有 n
lyzed by using FM EA ( fa ilure mode effec ts analysis) A m ethod based on RPN m ultiple fa ilure modes analysis w as propo sed K eyword s: A utoma tic transm iss ion; H ydrau lic system; F ailure m odes effec ts ana lysis; R isk prior ity number
* 基金项目: 上海市重点 学科建设资助项目 ( P1405)
第 4期
陈真 等: 自动变速器液压 控制系统 FM EA
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为 (式中 AT1、AT 2分别为 TSR 阀芯左端和右端作用面 积, FT S为 TSR 阀的弹簧恢复力 ) :
p cAT1 = psAT2 + F TS p s = (pc AT1 - F TS ) /AT 2 1 2 换档控制子系统 换档控制 子系 统主 要 由换 档电 磁 阀和 换 档阀 组
压至 pclutch。可 以 对换 档 电
磁阀和换档阀建立 如下数 学模型 (式 中 Fs 为换 档阀
弹簧恢复力, S 为压力 psh ift在阀端部的作用面积 ):
p sh ift =
p l ine 0
(通电 ) (断电 )
p = clutch
p line 0
(p sh ift!S > F s 时 ) (psh ift!S < F s 时 )
Abstrac t: H ydraulic contro lled system o f autom atic transm ission ( AT ) w as d iv ided into the o il pressure supply, regulating and flow contro l subsystem, the shifting contro l subsystem, the sh ifting qua lity contro l subsystem and the to rque conve rter contro l subsys tem, and the ir m athem atic models we re se t up P arts of the component of hydraulic controlled system o f the representa tive AT we re ana
压力阀和主控制阀等组成。供油调压和流量控制子系 统主要负责提供系统所需的油路压力及流量。
图 1是典型比例压力阀 模型, 比 例 压 力 阀 由 压 力 控 制 电 磁 阀 ( PCS 阀, P ress Con trol Solenoid V alve ) 和 转 矩 信 号 调 节 阀 ( TSR 阀, 图 1 比例压力阀 Torqu e S ignal R egu lation V alve) 组 成。 压力 控制 电磁 阀是 PWM 控制的电磁比例 先导阀。控 制器控 制占空 比, 使占空比与油门开度成反比, 而电磁线圈的平均 电流强度及电磁力随着占空比的增 加而增加, PCS 阀 的输出油路 压力 pc 随 着平 均电 流增 大 而降 低。即可 以通过占 空比 调节 输 出油 压 pc。转 矩信 号调 节 阀受 PCS阀输出油 压信 号 pc 控制。 其数 学模 型可 以 表示
的 油 压 信 号 pCS ( 图 4 )。 TCC比例电 磁阀、调 节供
油阀和控制 阀的模 型如下 图 4 TCC闭锁控制系统 (式 中 A、 FS 分别 为 TCC 调节供油阀端部作用面积和弹簧恢复力 ):
pCS =
p 2C 0
(通电 ) (断电 )
pRA =
pCS
-
FS A
(pCS > Fs 时 )
1 3 换档品质控制子系统
换档品质控制子系统主
要由 蓄能器 阀 (图 3所 示 )
调节蓄能器背压, 以转矩信
号调 节阀 输 出 油 压 ps 为 控 制依据, 将主油路油压调制
图 3 蓄能器阀
成所需蓄能器背压 pACC, 实现车辆 换档时具有 良好的
换档感觉, 减少换档带来的冲击。其数学模型可以表
示为 (式中 A1、A 2 分别 为蓄能 器阀 左右端 面作 用面 积, Fs 为蓄能器阀弹簧恢复力 ):
1 变速器控制系统模型 对自动变 速 器液 压系 统 进行 故 障模 式、 影响 分
析, 首先必须对其进行合理建模, 分析其各组成单元 的结构 与功 能。目 前, 自动 变 速器 主 要采 用 电液 控
制, 其中液压系统起到了重要作用。自动变速器液压 系统非常复杂, 根据各部分功能, 把液压系统分为供 油调压和流量控制子系统、换档控制子系统、换档品 质控制子系统和液力变矩器油路子系统。变速器油压 由油泵经压力调节子系统、换档控制子系统进入执行
分的功能之后, 对系 统进行故障 模式、影响 分析。借
助故障模式、影响分析 ( FMEA ), 实现系统由因到果
地分析, 即从元件失效到系统 故障的分析, 找出所有
潜在的故障模式并分析 其系统产生的影响, 从而预先 采取必要的措施, 以提高产品和过程的质量和可靠性。
在 FM EA 分析中, 对元部件故障 模式要进行 3个
CHEN Zhen1, HU N ing2, XU L iang1 ( 1 Schoo l ofM echan ica l Engineering, Shangha i Jiao tong Un iversity, Shangha i 200030, Ch ina; 2 Co llege of Autom obile Eng ineering, Shangha iU niversity of Engineering Science, Shangha i 200336, China)
内容 都 具 有 相 关 的 推 荐 方 法。 此 外, 风 险 顺 序 数 (RPN, R isk Priority Number) 用于 排列元部 件风险性
大小。其值等于严重度数 (S )、频度数 (O ) 和不易
探测度数 (D ) 的乘积: RPN = (S ) ∃ (O ) ∃ (D )。
传统的 FM EA 是针对某一个元部件的故障对系统
0 前言 自动变速器集机械、液压、电子为一体, 又以复
杂的液压系统为主, 其结构复杂, 故障诊断的难度居 于现代汽车各大总成之首 [ 1]。基于此, 在自动变速器 产品开发设计阶段, 对其进行有效的可靠性分析是保 证产品质量不可缺少的重要过程。
故障模式、影响分析 ( FM EA ) 是进 行可靠 性设 计的一种分析方法, 用于预防和控制故障, 提高产品 的可靠性。该 方法 简单、实用、 费用低、 效果明 显、 适用于各种产品的全寿命周期, 越来越多地被用于汽 车、航天航空、船舶等领域。
号, 用于调节系统压力、控制阀位, 实现系统所需油
压强度和油路通断, 用控制 函数 f (Zij )表示其 控制作
用。输出 Yi ( i= 1, 2, ∀ , m )可以表示为:
i= m, j = n
Y ij )X j
2 故障模式、影响分析
对自动变速器液压 系统建立模型, 分析各组成部
0
(pCS = 0时 )
pAPP =
pRA p CL
( pCS = p2C时 ) ( pCS = 0 时 )
自动 变 速 器 液 压控 制 系
统主 要是 由 上述 分 析 的 4个
子 系统 组 成 的。可 以 从各 组
成子 系统 结 构和 功 能 两个 方 面分 析元 部 件故 障 模 式及 其 对系 统 的 影响。 图 5所 示 是
摘要: 把自动变速器液压 控制系统按功能分为供油调压和流量控制子系 统、换档控制 子系统、换档 品质控制子 系统和 液力变矩器控制子系统 4个部分, 分别对其主要元件建立 数学模型。对典型自动变 速器液压 控制系统的 部分元件进 行故障 模式、影响分析。最后提出了基于风险 顺序数的多故障模式分析方法。
图 5 液压 系统控 制通用模型
液压控制系统通用模 型。对于自动 变速器 液压系统 而
言, 输入 X1、X 2、 ∀、Xn 是系统设定油路, 自油泵输出 分几个层次输入系统, 其油压是已知的。输出 Y1、 Y2、