曹勇勇　王杰穎　蘇添發(fā)　李景偉　高博　吳圣安

【摘? 要】本文主要針對在行駛過程中車輛偶發(fā)出現(xiàn)儀表提示“請靜止時掛入P擋”的問題進(jìn)行分析和優(yōu)化。通過對車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對數(shù)據(jù)和原理進(jìn)行分析，結(jié)果表明問題原因為隱藏式門把手電機(jī)工作時產(chǎn)生電磁干擾，導(dǎo)致電子換擋器輸入給變速器控制器的換擋信號異常，最后綜合考慮開發(fā)周期、成本、實施難度等問題，從變速器控制器軟件邏輯提升方面入手推出優(yōu)化方案，解決車輛問題。

【關(guān)鍵詞】電磁兼容；變速器控制器；隱藏式門把手電機(jī)；電子換擋器

中圖分類號：U463.212? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）06-0094-03

Problem Analysis and Optimization of Transmission Control Unit

CAO Yong-yong，WANG Jie-yin，SU Tian-fa，LI Jing-wei，GAO Bo，WU Sheng-an

（Geely Automobile Research Institute（Ningbo）Co.，Ltd.，Cixi 315336，China）

【Abstract】This paper mainly aims at analysis and improvement the problem when the vehicle is running，the instrument prompts“please put into P gear when it is stationary”. By collecting vehicle data and analyzing the data and principles，the results indicate that the signal from electronic gear shift module（EGSM）to transmission control unit（TCU）was disturbed by hidden door handle motor. Finally，considering the development cycle，cost，implementation difficulty，and other issues，an optimization solution is proposed from the perspective of improving the logic of the transmission controller software to solve the vehicle problem.

【Key words】EMC；TCU；hidden door handle motor；EGSM

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，智能化、復(fù)雜化的汽車電氣系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，電器系統(tǒng)的復(fù)雜程度的提高，使得汽車系統(tǒng)的電磁兼容問題也愈發(fā)復(fù)雜，因此在進(jìn)行電器系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)充分考慮硬件的防護(hù)能力與軟件的防錯能力設(shè)計。

本文詳細(xì)闡述一款在研車型偶發(fā)變速器控制器異常提示問題的解決過程，通過問題分析介紹換擋系統(tǒng)的基本工作原理，剖析問題發(fā)生的根本原因，并依此尋求合適的優(yōu)化方案，以期為同業(yè)人員在遇到類似問題提供解決問題的思路。

1? 產(chǎn)品描述

變速器控制器TCU是車輛擋位切換工作的核心控制器，而在本問題發(fā)生的車輛系統(tǒng)中，駕駛員可以通過操作電子換擋器擋桿，使EGSM發(fā)出不同占空比的PWM換擋信號，信號通過線束傳遞給TCU，TCU接收并識別PWM換擋信號后，控制換擋執(zhí)行器進(jìn)行擋位切換并通過CAN總線發(fā)送信號給儀表進(jìn)行擋位及信息顯示。換擋系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2? 問題背景

此問題為車輛開發(fā)過程中部分試驗車輛偶發(fā)出現(xiàn)，主要發(fā)生在車輛低速起步階段，駕駛?cè)藛T未觸碰電子換擋器，但儀表提示“請靜止時掛入P擋”信息，而根據(jù)儀表提示設(shè)計定義，確認(rèn)此提示的觸發(fā)條件為：當(dāng)車輛速度高于2km/h時，若駕駛員操作P擋按鍵，基于安全設(shè)計，TCU不執(zhí)行換P擋指令，并發(fā)送CAN信號給儀表進(jìn)行提示。

通過使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控TCU狀態(tài)，確認(rèn)當(dāng)問題發(fā)生時，TCU發(fā)出了提示指令，并且駕駛?cè)藛T未觸碰P擋按鍵，由此初步分析問題發(fā)生原因應(yīng)為：①車輛D擋行駛過程中，EGSM存在異常，錯誤發(fā)出P擋信號，TCU接收信號后按照設(shè)計要求進(jìn)行提示；②車輛D擋行駛過程中，EGSM不存在異常，并未發(fā)出P擋信號，TCU錯誤識別PWM換擋信號并誤報提示。

為定位問題的根本原因，制定了詳細(xì)的排查方案，步驟如下。

1）使用示波器設(shè)備對EGSM輸出端及TCU輸入端的PWM換擋信號同時進(jìn)行采集，確認(rèn)是否存在信號異常。

2）若示波器采集的信號存在異常，分析是否存在干擾源導(dǎo)致信號異常。

3）找一臺未出現(xiàn)問題的同批次車輛，與問題車輛進(jìn)行問題關(guān)聯(lián)件ABA互換，確認(rèn)是否存在單品品質(zhì)差異導(dǎo)致問題發(fā)生。

4）若確認(rèn)不存在單品品質(zhì)差異，分析騷擾傳播路徑。

3? 干擾源定位

3.1? 第1步：確認(rèn)是否存在信號異常

使用示波器設(shè)備同時進(jìn)行EGSM輸出端，以及TCU輸入端的PWM換擋信號采集，經(jīng)過多次問題復(fù)現(xiàn)，確認(rèn)當(dāng)問題發(fā)生時EGSM輸出端PWM換擋信號正常，而TCU輸入端的PWM換擋信號波形高低電平上均出現(xiàn)了電壓波動，高電平正常值為9V，最大波峰12.2V，最小波谷6.8V，低電平正常值為1.5V，最大波峰4.7V，最小波谷-0.7V，波動持續(xù)時間近1s。問題波形如圖2、圖3所示，其中，圖2中黃色圓框中為無電壓波動時的PWM信號，紅色圓框為問題發(fā)生時存在波動時的PWM信號，選取一個干擾波形放大，如圖3所示。

初步分析，輸入TCU的PWM換擋信號波動，TCU識別波動信號后出現(xiàn)誤操作，故下一步計劃確認(rèn)導(dǎo)致PWM換擋信號波動的原因。

3.2? 第2步：是否存在干擾源導(dǎo)致信號異常

根據(jù)每次問題復(fù)現(xiàn)的車輛工況，發(fā)現(xiàn)問題往往發(fā)生在車速從0km/h開始，達(dá)到12km/h車輛觸發(fā)自動落鎖動作時，因此懷疑導(dǎo)致PWM換擋信號波動的干擾源為門鎖電機(jī)及隱藏式門把手電機(jī)，但根據(jù)示波器采集的信號分析，干擾源的工作時間至少大于1s，而門鎖電機(jī)的單次工作時間小于0.1s，基本可以排除嫌疑。

為確認(rèn)干擾源，需要進(jìn)行以下3個排查步驟。

1）將問題車輛的4個門把手電機(jī)插接件拔除，同時使用示波器采集PWM換擋信號，再進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)PWM換擋信號上的波動情況消失，并且問題不再復(fù)現(xiàn)。

2）將問題車輛的4個門把手電機(jī)插接件重新插上，同時使用示波器采集PWM換擋信號，再進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)PWM換擋信號上的波動情況再現(xiàn)，并且問題復(fù)現(xiàn)。

3）車輛掛D擋但停在原地，同時使用示波器采集PWM換擋信號，手動進(jìn)行解閉鎖動作，發(fā)現(xiàn)PWM換擋信號上的波動情況與問題車輛跑車時一致，并且問題復(fù)現(xiàn)。

綜合以上排查結(jié)果，可以確認(rèn)存在干擾源——隱藏式門把手電機(jī)及控制器。

3.3? 第3步：確認(rèn)是否存在單品品質(zhì)差異導(dǎo)致問題發(fā)生

使用一臺沒有出現(xiàn)問題的同批次車輛（下文縮寫V1），與問題車輛（下文縮寫V2）互換隱藏式門把手電機(jī)及控制器，同時使用示波器采集PWM換擋信號，進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，結(jié)果如下。

1）先不進(jìn)行互換，在V1車輛上進(jìn)行解閉鎖動作，采集PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)也存在電壓波動，高電平最大波峰10V，最小波谷8.5V，低電平最大波峰2.5V，最小波谷1V，但車輛未出現(xiàn)問題。

2）進(jìn)行隱藏式門把手電機(jī)及控制器互換后，在V1與V2車輛上進(jìn)行解閉鎖動作，采集V1與V2車輛的PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)電壓波動情況未出現(xiàn)互換，V1車輛未出現(xiàn)問題，V2車輛問題復(fù)現(xiàn)。

3）將車輛狀態(tài)復(fù)原為原車狀態(tài)，在V1與V2車輛上進(jìn)行解閉鎖動作，采集V1與V2車輛的PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)電壓波動情況未出現(xiàn)互換，V1車輛未出現(xiàn)問題，V2車輛問題復(fù)現(xiàn)。

4）進(jìn)行TCU互換后，在V1與V2車輛上進(jìn)行解閉鎖動作，采集V1與V2車輛的PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)電壓波動情況未出現(xiàn)互換，V1車輛未出現(xiàn)問題，V2車輛問題復(fù)現(xiàn)。

5）進(jìn)行EGSM互換后，在V1與V2車輛上進(jìn)行解閉鎖動作，采集V1與V2車輛的PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)電壓波動情況未出現(xiàn)互換，V1車輛未出現(xiàn)問題，V2車輛問題復(fù)現(xiàn)。

綜合以上排查結(jié)果，可以確認(rèn)問題現(xiàn)象及換擋信號電壓波動不跟隨TCU、EGSM、隱藏式門把手電機(jī)及控制器，非三者存在單品品質(zhì)差異導(dǎo)致問題發(fā)生，下一步需要確認(rèn)騷擾傳播路徑。

3.4? 第4步：確認(rèn)騷擾傳播路徑

1）隱藏式門把手電機(jī)、TCU及EGSM位置關(guān)系在V1及V2車輛上一致，且不存在單品品質(zhì)差異導(dǎo)致，故可以排除騷擾通過空間輻射傳播。

2）隱藏式門把手電機(jī)、TCU及EGSM不使用同一搭鐵點，且傳導(dǎo)距離超過0.3m，可能性較小。

3）TCU到EGSM之間的PWM換擋信號線束與隱藏式門把手電機(jī)電源線存在最大長度2m的同捆線束布線情況，受捆線工藝的限制，每臺車輛上這2根線束貼合共線長度不同（0～2m之間），可能性較大。

3.5? 小結(jié)

綜上考量，遂進(jìn)行實車排查。

1）將V2問題車輛的隱藏式門把手電機(jī)、TCU及EGSM的搭鐵點松開，進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，采集PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)電壓波動情況未出現(xiàn)明顯變化，車輛問題復(fù)現(xiàn)。

2）進(jìn)行共線排查，防止剝線破壞原車共線環(huán)境，將V1問題車輛PWM換擋信號線束兩端從插接件端子退出，外接入1條線徑相同的替代線束，與隱藏式門把手電機(jī)電源線束不共線，進(jìn)行問題復(fù)現(xiàn)，采集PWM換擋信號發(fā)現(xiàn)電壓波動完全消失，車輛問題不復(fù)現(xiàn)。

3）同時將隱藏式門把手電機(jī)電源線束飛線，操作同上一步，然后依次進(jìn)行共線，共線長度從0m開始，每次增加0.1m直至問題復(fù)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)共線長度達(dá)到0.6m時，車輛問題復(fù)現(xiàn)，PWM換擋信號高電平最大波峰11V，最小波谷8V，低電平最大波峰3.6V，最小波谷0.5V。

綜合以上排查結(jié)果，確認(rèn)騷擾傳播路徑為PWM換擋信號線束與隱藏式門把手電機(jī)電源線束共線耦合，當(dāng)共線長度超過0.6m時PWM換擋信號上耦合的電壓波動較大，導(dǎo)致問題發(fā)生。

4? 原理分析

TCU對于PWM信號的采集識別邏輯如圖4所示。信號處理定義及發(fā)送原則如下。

1）高低電平閾值定義：高_(dá)3.57V/低_2.18V（單個PWM信號從采集高電平開始，到低電平結(jié)束的時間即為Δt）。

2）采取上升下降沿的捕獲觸發(fā)方式，基準(zhǔn)頻率40MHz。

TCU對于采集識別的PWM信號的響應(yīng)定義見表1。

基于TCU處理邏輯，同時對比分析問題車輛上使用示波器采集的波形，得出結(jié)論：PWM換擋信號線束與隱藏式門把手電機(jī)電源線束存在最大長度2m的同捆線束布線，隱藏式門把手電機(jī)工作時通過線束傳導(dǎo)發(fā)射，耦合到PWM換擋信號線束中，使得PWM換擋信號低電平出現(xiàn)大于3.57V的電壓波動毛刺，TCU進(jìn)行信號識別時，采集到低電平電壓波動，TCU得出的PWM換擋信號占空比Δt / T小于4%，而電機(jī)單次工作時間為1.2s，可以覆蓋TCU信號識別窗口，當(dāng)4次信號識別電壓波動，都得出高電平占空比小于4%時，TCU進(jìn)行P擋操作。

5? 整改設(shè)計

5.1? 干擾源——隱藏式門把手電機(jī)

門把手電機(jī)需要平滑勻速地打開，故使用PWM控制的方式進(jìn)行供電，這也是門把手線束上輻射的主要來源，調(diào)節(jié)PWM參數(shù)可以有效降低輻射，但會影響現(xiàn)有電機(jī)工作狀態(tài)。

5.2? 傳播路徑——線束

1）PWM換擋信號線束為普通單線，可以更換屏蔽線束降低干擾耦合，維護(hù)PWM換擋信號電壓穩(wěn)定。

2）更改PWM換擋信號線束或隱藏式門把手電機(jī)線束走線方向，避免并行走線，阻斷輻射傳播路徑。

5.3? 被干擾件——TCU

1）軟件，原TCU軟件僅識別判定高低電平占空比，滿足占空比條件立即進(jìn)行換擋操作，未對PWM信號頻率是否滿足250Hz±25Hz進(jìn)行判定，故會將毛刺信號識別為正常換擋信號，對軟件進(jìn)行完善，補充PWM信號頻率判定要求。

根據(jù)EGSM輸出的PWM信號特性與實際測試結(jié)果，切換P擋時的高電平占空比是0%，4%的設(shè)計預(yù)留不但沒有起到作用，還使得TCU錯誤識別了電壓波動，故對軟件進(jìn)行完善，要求高電平占空比滿足0%條件時才能切換P擋。

2）硬件，TCU端接口電路濾波能力較弱，進(jìn)行整改增強(qiáng)，降低濾除干擾。

綜合考慮，最終選擇軟件優(yōu)化方案進(jìn)行整改，實車驗證切實有效。

6? 結(jié)論

本案例是一個典型的大功率電機(jī)通過共線耦合影響敏感零部件的問題，通過對干擾源定位和問題原因分析，采用相應(yīng)的整改優(yōu)化方案，成功解決了隱藏式門把手電機(jī)對換擋系統(tǒng)的電磁干擾問題。

在解決整車電磁兼容問題時，必須以系統(tǒng)的高度來考慮，綜合使用各種可能的方式方法，比如：降低干擾源的干擾水平、破壞干擾路徑、提升被干擾件的抗擾度水平、涉及多個用電器間信號傳輸?shù)南到y(tǒng)等，也需要考慮信號處理軟件層面的握手，盡可能增強(qiáng)對異常信號的過濾。

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（編輯? 凌? 波）