8.6 自动变速器自检
变速器故障情况有很多种，主要是机械硬件上的齿轮故障、电控系统故障、软件故障和电气系统故障等。齿轮故障有轮齿故障、点蚀故障、热磨损故障和冷磨损故障等，这些故障模式可能由多种因素造成，如负载、轮齿受力、转速、温度、材料、齿轮结构、生产一致性、表面加工、润滑与保养、控制质量等。
自检就是要检测系统发生的各类故障，并根据故障的严重等级采取不同的处理措施，保证系统的安全性，对于自动变速器控制器来讲，自检应该保证变速器系统在控制器、控制件和通信系统发生故障时，不会对整个系统造成灾难（Hazard）性的危害。
关于错误、缺陷、故障和失效的含义：
1）错误（Error）：系统生存周期内的人为错误，可能导致缺陷产生。是人为过程，相对于系统或软件本身是外部行为，如部件安装的错误、编码的错误等。
2）缺陷（defect或bug）：存在于系统或软件（文档、数据、程序）中的偏差，导致系统或软件在某个特定条件下出现故障，这时称缺陷被激活，如设计缺陷、编码缺陷等。
3）故障（fault）：系统运行过程中出现的不希望或不可接受的内部状态，是动态行为，如传感器故障、执行器故障等。
4）失效（failure）：系统运行时产生的不希望或不可接受的外部行为结果。
错误是一种人为行为，错误可能会产生一个或多个缺陷。当一个缺陷被激活时，可能产生一个或多个故障，同一个缺陷在不同条件下被激活，可能产生不同的故障。故障可能导致系统某项功能的失效，同一个故障在不同条件下可能产生不同的失效。错误、缺陷、故障和失效需要根据具体情况来确认，为方便起见，本文统称为故障。
控制器故障保护应该涵盖ALU、RAM、ROM、通信数据。
灾难性危害是指：
1）转矩灾难：意外的加速，意外的减速，错误的方向（包括前后和左右）。
2）高压电灾难：高压电漏电，人身触电。
好的自检设计应该包括：
1）判别出控制器、传感器、执行器以及其他与排放有关的运行不正常的控制系统部件。
2）在故障发生时的有效措施
①告知操作者系统故障的发生。根据法规要求，故障指示灯（Malfunction in-dicated Lamp，MIL）只能在和排放有关的故障发生时才能使用，同时必须是根据OBD的有关规定具体设计开发。
②为修复工作提供必要的故障信息。比如J2534扫描通信协议规定的需求标准。
3）自检系统功能
①应用合理检测算法确定最差的通过系统和最好的不通过系统。控制系统必须有能力理解、量化和有效处理变化。
②当系统处于故障状态下，自检功能必须能正常运行。控制系统在默认状态下必须保证自检功能的持续运行。自检逻辑对正在进行检验的数据是不能决定其使能条件的。自检逻辑必须能在没有外界干扰的情况下辨别故障状态的恢复。能够将工作不正常的传感器、执行器和其他影响排放的系统或部件识别出来。OBD规定要么对需要的自检内容独立命名，要么将其放入上层覆盖的层面进行自检。
③在故障的状态下，鉴别出符合系统要求的行为。保证系统的完整性。保证系统功能正常运行。
④有效地通知驾驶人或操作者故障出现。OBDⅡ标准决定是否应该将MIL开启显示故障。根据规定，MIL只能被用来表示排放相关的故障，同时必须满足OBD的规范设计标准。除了MIL之外，其他的显示方式比如显示仪表同样可以被使用。
⑤为维修和保养部门提供有效即时的信息。OBDⅡ规范和SAE/ISO规范建议通过读取工具，显示故障码（Diagnostic Trouble Codes，DTCs）和其他的信息内容。
⑥自检必须能即时地检验故障。所谓即时就是指：在规定中指出的时间段内；政府部门要求规定的时间段内；控制系统执行默认动作的时间需求；通常的默认规则。
大的故障和会对控制系统功能产生巨大影响的故障必须快速检验出来并采取措施。小的故障和对控制系统功能只产生小的影响的故障可以用较长的时间处理。
⑦自检系统必须建立故障恢复机制。自检操作是持续执行的操作，同时需要在故障发生期间内也可以进行正常的自检。如果系统的故障恢复了，自检逻辑必须能够鉴定系统的操作是否可接受。系统需要从故障状态变成正常状态。自检系统应该能够将信息传递给与系统连接的外部检测工具。
所有的DTC都包含下列几种类型：
1）表示点亮MIL且第一次出现在驾驶循环中。
2）表示点亮MIL且 第二次或第n次出现在驾驶循环中。
3）表示没有点亮MIL（和排放没有关系）。
4）表示DTC是不需要报告的。
大部分变速器控制系统中的DTC都有一个优良指数的指标（Figure Of Merit，FOM），通常表示在不同的驾驶循环中，故障发生的最长时间。FOM能够粗略地代表DTC的鲁棒性。对于定义为不需要报告的DTC，仍然可以收集它的FOM数据。有些变速器软件应用另一种叫性能比（Performance Ratio，PR）的指标，用来代表在驾驶循环中非故障状态和故障状态持续时间的比值，它能粗略地显示在实际应用中，系统检测到非故障状态和故障状态的能力。
自动变速器的DTC有如下特性：
1）变速器的故障发生后，基于DTC状态，系统执行与故障相关的默认动作。
2）如需要清除某DTC历史状态，需要系统至少有3次连续点火并每次都通过DTC测试。
3）DTC的状态位信息可以用来标定变速器系统的默认动作。
4）一旦DTC被确定“错误激活fault active”，默认动作将持续直到故障消除，DTC检测通过。
5）变速器DTC应该可以在不同的驾驶循环中继承。
6）如果出现“本驾驶循环测试失败（test fail this key on）”的状况，默认的行动仅仅持续到本次驾驶循环结束。
自检应该有对硬件的物理自检和对软件的逻辑自检两种。对硬件的自检应该有3种物理自检形式：短接到地、短接到电源、断路。
汽车系统的故障可以在从轻微不符合要求到系统完全无法工作之间的很大范围内出现，自检的基本目标就是需要区分好的系统和坏的系统。
为了能正确区分好与坏的系统，必须规定，好的系统分水岭是好的系统的最坏形式，即我们能接受的好的系统的底线。
系统的好坏由多个维度来衡量：尺寸、功能、可靠性等。(https://www.daowen.com)
可以接受的系统就是仍然值得信任的系统，其极限是自检能够通过的最差情况。如果自检没有通过这种检验，系统就应该被定义为故障状态。
坏的系统的分水岭是坏的系统的最好情况，即不能接受系统是坏的底线。不可接受的系统就是不值得信任的系统，其极限是自检不能够通过的最好情况，如果自检通过这种检验，系统就应该被定义为正常状态。
由于系统的参数、指标、判断标准等有变化，在不可接受的最优系统和可接受的最差系统之间会有重叠。进行选择时，要谨慎。统计学理论提供了一种方法将可能出现的误判断降低到可以接受的概率之下（比如6西格玛设计）。
系统的判断错误分为两种，本来是好的系统被错误判断成坏的系统，称为第一类错误。而本来是坏的系统被错误判断成好的系统，称为第二类错误。这两种错误在实际应用中是有相互关系的，比如人为地降低第一类错误，势必会增加系统第二类错误的概率，而人为地降低第二类错误，会引起第一类错误的概率上升。而我们的目标是尽量消除这两种错误。
汽车电控系统所涉及的故障大多是按照正态分布的方式存在，比如，离合器片的直径大小定义为20cm，但生产加工等过程中的偏差会使产品的最终尺寸大部分集中在20cm附近，但也有的产品大小偏离20cm这个标准较大。偏离越大的产品发生的概率就越小，越接近20cm的产品概率越大，其概率的分布如图8-12所示。
图8-12 正态分布图
如果对图8-12中的正态分布曲线进行积分，得到的概率和是1或100%。平均值是将所有发生的结果相加取算术平均所得的结果，即设计要求的20cm。标准均方差是实际值和平均值差的平方和求均方根的结果，为正值，作为实际数值与平均值（即期望值）差异性的量化指标。平均值两侧各一个标准均方差所涵盖的范围，就是一个西格玛的发生概率，大约为68%，即有68%的把握，所生产出来的产品会在这个范围内。
在设计过程中，希望生产出来的产品严格地符合设计要求。但实际加工过程中，这几乎是不可能的。设计误差、设备误差、工艺误差、原材料误差、测量器具误差等都会在最终产品和设计需求上出现偏差。在设计时规定一个允许的误差范围，处于这个范围之内就是合格产品，超过允许的误差范围就无法保证产品的功能和性能了。
平时常说的6西格玛其实就是要求合格率（小于允许误差率）达到6个标准均方差所覆盖的范围，整体概率值达到99.99966%。期望的概率范围覆盖得越大，概率就越高，但是这个概率范围如何界定呢？当产品的概率曲线不是非常集中（正态分布曲线较宽）时，正常和故障的选择分界线在哪呢？
在变速器的开发过程中，也存在着两个标准的选择：好系统的最坏指标和坏系统的最好指标，所以在分析正确的、符合要求的产品的同时，必须研究一下不正确的、不符合要求的产品。仍以离合器直径尺寸为例，如果产品规格要求是20cm通过，10cm一定不通过（对应的30cm同理），这两个标准的发生概率情况如图8-13所示。
图8-13 好与坏的系统选择标准示意图
在图中两条曲线的交点上，假设各有2西格玛的覆盖范围。为了让系统的辨别有效能力加强，将失效标准线选择在好的系统有2西格玛的覆盖范围而坏的系统有4西格玛的覆盖范围的交线上。具体的失效标准线的选择，要综合考虑部件应满足的子系统故障率要求和子系统应满足的整车故障率要求。
标准设定后，系统出现故障将直接产生自检错误，OBD或自检系统必须将第一类错误降至很低才能保证系统成功运行。
减少故障发生的方法：
1）提高控制器硬件的精度。
①包括控制器测量电路质量，A/D转换器的位数等。
②有效减少电磁干扰。
2）减少硬件系统的误差。
3）提高算法模型准确度。
①提高算法模型的有效性，对动态状态加强控制。
②采用更严格的使能条件。
4）对于剩余数值需进行平均值处理。
①固定视窗，滚动视窗等平均值算法的使用。
②有效应用一阶滤波器。
自检系统执行时间的确定：
自检执行的时间应是被检测对象的应用周期除以不可接受的最好概率，同时加上一定的余量。比如，一个信号的使用周期是20ms，可接受概率是1%，则自检周期为20ms/1%=2s，如果加上一倍的余量，自检此信号的周期应为2s×1/2=1s，即此信号的自检软件的循环周期就可以定为1s。另外还需要考虑信号的重要程度，比如一个对象的不可接受的好的概率是0.001%，但它的重要性很高，可以乘上一个重要性指标1000，得到的结果是1000×0.001%=1%。自检周期的确定受很多因素的影响，很难用一个公式具体化，应该综合考虑据具体情况，结合工程经验及标杆产品的做法等作为判断依据，然后确定。OBD相关法规明确表明要如何对影响排放的因素进行检测，设计开发自检软件时，必须依照这些规定进行。
软件格式一般用简单的如果判断语句就可以了。例如：
控制系统和自检程序之间的关系：
1）在OBDⅡ出现之前，控制系统的设计主要将重心放在电子控制程序的开发上。
2）OBDⅠ的出现没有对发动机和变速器的控制设计起到大的影响。
3）目前OBDⅡ在许多国家已经是强制性的要求。控制系统必须满足其设置的规定。
4）OBDⅡ主要还是集中于对整车排放相关的内容上。
5）越来越多的需求将安全性放入OBD的范围，下个OBD版本应该覆盖更多的安全性内容：
①OBD通常是汽车控制系统设计中技术强制要求最多的部分。
②OBD的需求直接影响系统的设计。
③业界普遍接受的是，不应该使用无法检验的部件。这使得部件的可检验性成为必须要求。
④汽车里不断增加的电子电控部分意味着更多更复杂的自检内容。
⑤在新的排放相关的功能中，自检设计占到了一半甚至更多的内容。
⑥由于整车内的控制器的不断更新和增加，OBD的执行压力越来越大。