一、技术背景
    随着行车安全性要求的提高，液力缓速器作为一种使用更可靠持久的辅助制动装置，将逐步替代电涡流缓速器，应用到旅游客运汽车、工程用车、重型运输汽车等车辆上。液力缓速器的分级制动及坡道定速功能，采用微处理控制器ECU的方式来实现。但是，ECU的线路、部件等因素的故障都会导致缓速器自身或协调功能异常及性能下降，给用户山路行车安全造成威胁。由于ECU系统的复杂性，汽车维修工作将变得困难，对汽车维修技术人员的要求变得更高；另外，为避免电子控制系统自身的突发故障导致车辆安全问题，控制系统应具有安全容错处理能力。
      针对这种情况，故障自诊断的研究成为开发重点。自诊断技术目前已应用到各种产品上，控制系统能自动判断一些故障并进行存储，可通过故障闪码的方式通知用户或维修人员。当出现故障时，控制系统在一定程度上也能实现容错运行。

    二、自诊断技术介绍
      自诊断技术是在车辆实际运行工况基础上，运用各种诊断方法，实时对车辆各部分状态进行判断，最终确定目标故障，查找故障原因并提出故障解决方案。
      故障诊断模块既要能够及时对诊断对象进行合理性判断，又要能够将故障信息以合适的格式保存并显示，故障自诊断模块处理来自汽车上的各种传感器、电子系统以及执行元件的输入信息，在汽车运行过程中检测被诊断对象，在信号出现持续一段时间（几十毫秒以上）的异常后，故障自诊断模块开始运行诊断算法。自诊断软件根据取得的信号条件判断异常对应的故障部位，并把该故障以代码的形式存入诊断控制单元的数据存储器，如有需要则点亮仪表盘上的故障指示灯或发出提示音。故障被检测出后针对故障发生的位置及对车辆运行情况影响程度的不同，自诊断模块采取不同的应对急措施：
    传感器故障：其信号就不能再作为车辆的运行控制参数，此时故障自诊断模块调用预先设定的经验值作为替代应急输出，供其它相关部件使用，以保证车辆可以继续工作。
    元件故障：如果有一元件出现可能影响系统其它部件正常工作甚至可能产生严重后果的故障时，故障诊断模块采取一定措施，自动停止与该元件相关的功能的执行，并向用户发出警报，建议尽快进行维修。
      当电子控制系统本身产生故障时，故障自诊断模块便触发备用控制系统对车辆进行简单的应急控制，并向用户发出警报建议立即维修。

    三、液力缓速器自诊断系统的设计
      （一）控制系统介绍
    控制系统由电控单元ECU、执行器（比例阀）、指令装置（操作手柄、制动踏板等）、指示或放大装置（指示灯、继电器）、传感器（温度、压力）、CAN通讯总线（车速、发动机转速）等构成。
    缓速器电控单元ECU参照驾驶员意图、车辆状态、缓速器状态，依靠适当的控制规律，通过驱动相关的执行机构，实现对车辆的制动或坡道定速。
      通过缓速器专用手柄、制动踏板的操作，驾驶员意图将以电信号或CAN信号的方式传递给电控单元。电控单元控制比例阀到一定开度，取自整车气源的气体通过电磁阀调节到与信号成比例的压力进入缓速器油池壳，将油液压入定转子之间的工作腔，运动的转子搅动油液，将动能传递给油液，油液同时对转子产生阻尼作用，运动的油液撞击定子将动能转化为热能，通过热交换器由整车散热系统带出，达到热平衡时可实现持续制动。为了监测热交换器的工作介质及冷却介质温度，避免工作介质高温变质和冷却介质高温汽化等，在介质的最高点设置了温度传感器，当检测到温度超标时，进入缓速器超温保护模式。为实现更精确的压力及扭矩控制，在某些控制系统中设置了压力传感器用于压力的闭环控制。
（二）自诊断策略设计与软硬件实现
      1．异常情况分类
    缓速器控制系统在正常工作时，电控单元ECU的输入和输出信号都是在一个规定的范围内运行，当控制电路的信号出现异常时，ECU中的诊断系统就判定该电路信号出现故障。
      电路的异常情况分类：
      （1）电路的信号超出规定范围。例如：缓速器温度传感器在正常工作时，其输出电压在A1～A2，如．超出这一范围，诊断系统则判定为故障信号；
      （2）电控单元ECU在一段时间内接收不到传感器的信号或接收到的信号在一段时间内不变，诊断系统也会判定为故障信号。例如：当车辆点火后，发动机转速正常或输出轴转速正常，运行时间大于设定时间30s后，水温无变化。则判定水温传感器损坏或整车散热系统出现故障。
    （3）电控单元ECU中的诊断系统偶然发现一次不正常的输入信号时，不会诊断为故障信号，只有不正常的输入信号多次出现或持续一段时间，才会判定为故障信号。
    2．故障确认方法
    （1）值域判定法
    当电控单元接收到的输入信号超出规定的数值范围时，自诊断系统就确认输入信号出现故障。例如：某车水温传感器设计在正常使用温度范围－40～120℃（或范围更大些）内，输出电压为0.50～4.50V，所以当电控单元检测出信号电压小于0.35V或大于4.65V时就判定水温传感器信号电路发生短路或断路故障。
    （2）时域判定法
    当电控单元检测时发现某一输入信号在一定的时间内没有发生变化或变化没有达到预先规定的次数时，自诊断系统就确定该信号出现故障。例如：水温传感器在发动机达到正常转速后，电控单元检测不到水温传感器的输出信号超过一定时间或者水温传感器信号在某个温度保持不变超过一定时间，自诊断系统就判定水温传感器信号出现故障。对于来自CAN总线的某信号，当超过一定时间，某个报文无更新，则判断CAN接收或发送故障。
      （3）功能判定法
      当电控单元给执行器发出动作指令后，检测相应传感器的输出参数发生变化，若传感器输出信号没有按照程序规定的参数变化，就确认执行器或电路出现故障。例如，若缓速器系统装有压力传感器，可用于检测控制阀是否正常工作。但有的类型的缓速器未配置压力传感器，当电控单元发出开启阀命令后，通过检测电流信号是否有相应变化，也可以确定阀有无动作，若没有变化，则确认阀或电路有故障。
    （4）逻辑判定法
      电控单元对2个具有相互联系的传感器进行数据比较，当发现2个传感器信号之间的逻辑关系违反设定条件时，就断定其一定有故障。
    3．设计实现
      自诊断设计的思路：在不增加过多硬件电路及电路板尺寸不变的情况下，进行必要的诊断；在不增加过多软件开销的情况下，采用更优的算法实现诊断与容错控制。
    为此，根据缓速器的输入输出信号进行了分析，确定了诊断的对象有：
    a．控制器供电电压，电压过低或过高均影响ECU的正常工作。
    b．比例阀工作电流，可反映比例阀的控制信号状态
    c．比例阀输出压力，可反映比例阀的输出特性及车辆供气情况。
    d．缓速器专用手柄，判断手柄是否可信，避免手柄失效。
    e．油温水温传感器信号，用于检测缓速器工作腔介质温度及热交换器冷却液温度。
    f.输出设备，检测负载电路是否断路、短路等。
    g.CAN信息（输出轴转速，发动
机转速等）。
    在对缓速器现有控制系统进行自诊断的硬件设计时，仅对电压、电流、压力等信号，增加了检测与采集电路。对于输出设备的诊断，对原有的芯片进行了选型与替换，在不增加电子器件数量的情况下，满足了诊断的需求。
    （1）缓速器操作手柄故障检测
    操作手柄的输出为电气信号，一般为5挡手柄有6个位置，在2-6位置时，都有对应的开关量信号输出到ECU，从而可判断驾驶员期望的缓速挡位。从换挡手柄的机械结构来说，各路开关量信号存在一定的关系。（见表1）。若手柄工作符合逻辑关系则手柄本身及线路正常。

    若出现与逻辑关系不一致的情况，则判定手柄信号出现故障（见表2）。故障原因可能为手柄线束中的某一路信号出现断路或接触问题，ECU未能正确的识别。

    （2）供气压力或比例阀线路故障检测
    ECU软件接收到挡位指令信号后，按照一定的逻辑，将会确定实际的控制参数并输出到比例阀控制与检测电路。根据控制参数，期望的压力与电流便可计算出来。考虑到电流的滤波要求及压力的延迟特性，必须在经过一段时间后进行电流与压力的测量。该时间可能是100ms或更长，依实际的电路结构或缓速器机械参数而定。

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