驅(qū)動系統(tǒng)與整車集成問題概述

廉星慧 鄒力

摘要：驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)是汽車開發(fā)重要的一環(huán)，而驅(qū)動系統(tǒng)和整車的集成是驅(qū)動系統(tǒng)研發(fā)很關(guān)鍵的一環(huán)，驅(qū)動系統(tǒng)的品質(zhì)如何正確反映到整車中，整車的需求如何得到驅(qū)動系統(tǒng)的支持，好的動力總成集成必須兼顧驅(qū)動系統(tǒng)能力和整車的需求，如何解決并管理好驅(qū)動系統(tǒng)和整車的集成問題，是汽車開發(fā)中重要研究點(diǎn)。在以往的汽車研發(fā)過程中，經(jīng)常有集成問題導(dǎo)致項目節(jié)點(diǎn)延遲，消耗大量企業(yè)資源等現(xiàn)象，本文將對常見的驅(qū)動系統(tǒng)和整車集成問題進(jìn)行了總結(jié)和概述。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動系統(tǒng);整車;集成;振動噪聲;駕駛質(zhì)量;電子集成

中圖分類號：U464文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著汽車市場的快速發(fā)展，國內(nèi)汽車研發(fā)水平在不斷提高，但汽車用戶的需求也在提高，汽車的品質(zhì)、功能以及多樣化需求越來越高。同時國家排放法規(guī)要求愈發(fā)嚴(yán)格，而為了搶占市場，汽車研發(fā)的節(jié)點(diǎn)也在不斷壓縮，而驅(qū)動系統(tǒng)作為汽車的動力來源，不僅為整車提供動力和電能等，也能滿足汽車電子產(chǎn)品的各種需求。但是，驅(qū)動系統(tǒng)也會帶來振動噪聲、通訊管理、電子功能安全以及駕駛性需求等與整車集成相關(guān)的問題。

1集成問題分類

從近年JD.POWER收到的數(shù)據(jù)看，噪聲、油耗和駕駛性問題普遍與驅(qū)動系統(tǒng)和整車集成相關(guān)。從噪聲看，主要為怠速噪聲大、敲擊抖動、變速器異響以及行駛中有換擋噪聲等。從駕駛性看，主要為低速換擋頓挫、換擋卡滯或沖擊以及起步加速慢等。

在整車開發(fā)過程中集成問題主要為管路干涉、振動噪聲、駕駛質(zhì)量以及電子集成等4大類。下面分別選取了2個項目，全新動力總成和全新電子架構(gòu)車型主要抱怨的問題（圖1、圖2）。

從圖1可以看出，匹配全新動力總成的整車4大類問題中都有分布，特別是振動噪聲和駕駛質(zhì)量占據(jù)問題總數(shù)的1＼2。而圖2顯示，全新電子架構(gòu)下軟件標(biāo)定問題是最主要的。

對于發(fā)動機(jī)艙的管路干涉問題，可以通過數(shù)模，增加安裝標(biāo)記等來進(jìn)行解決，此處不再贅述。主要的集成問題與整車其他系統(tǒng)有極大的關(guān)聯(lián)。

（1）振動噪聲問題。在所有顧客不滿意的問題中，約有1/3是與NVH有關(guān)。動力總成噪聲問題主要發(fā)生在0～60km/h之間的工況，與外部懸置、進(jìn)排氣以及傳動系統(tǒng)的集成密切相關(guān)（圖3）。這些集成問題需要涉及多部門的合作，從前期開始就要提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，CAE模型分析，中后期進(jìn)行確認(rèn)優(yōu)化等。

（2）駕駛質(zhì)量問題。駕駛質(zhì)量與客戶的駕駛體驗高度相關(guān)，是車輛最重要的性能之一。駕駛質(zhì)量包括車輛動力性和駕駛性2種，如圖4駕駛質(zhì)量的開發(fā)要關(guān)注發(fā)動機(jī)和整車類型的匹配，駕駛員意圖通過換擋和節(jié)氣門等的優(yōu)良響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)等。駕駛質(zhì)量同樣涉及子系統(tǒng)，整車、懸置、傳動系統(tǒng)、標(biāo)定以及動力總成硬件等，因此駕駛質(zhì)量的開發(fā)同樣是一個大的系統(tǒng)集成工程。

（3）電子集成問題。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)、5G、無人駕駛以及智能互聯(lián)等技術(shù)開始廣泛應(yīng)用，汽車電子架構(gòu)為了適應(yīng)趨勢，也會進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，網(wǎng)路安全必然要求增加網(wǎng)關(guān)。遠(yuǎn)程刷新滿足客戶各種新的需求，而隨之帶來的就是控制單元之間的通訊兼容問題。特別是發(fā)動機(jī)、變速器控制單元作為排放診斷單元，必須要滿足國家OBD法規(guī)要求，對于其他單元影響排放的故障也要進(jìn)行響應(yīng)并點(diǎn)亮故障燈，因此發(fā)動機(jī)和變速器的軟件標(biāo)定也是集成中的一大重點(diǎn)問題。圖5給出了一個簡化版電器電子系統(tǒng)包含的控制單元和基本功能。

2集成問題解決思路

（1）NVH是整車性能指標(biāo)涉及面最廣的一個領(lǐng)域，針對噪聲來源當(dāng)然可以歸結(jié)為發(fā)動機(jī)和變速器的自身噪聲，如表1所示為發(fā)動機(jī)噪聲的主要來源。

而變速器噪聲主要分2類：變速器齒輪嘯叫和變速器齒輪敲擊。而整個動力總成的NVH主要由下面4類：動力總成的彎曲模態(tài);動力總成的輻射噪聲;懸置位置的振動;附件的振動及輻射噪聲。

汽車是一個系統(tǒng)工程，發(fā)動機(jī)和變速器需要通過進(jìn)排氣、傳動系統(tǒng)等滿足整車的各項功能扭矩需求，因此在優(yōu)化動力總成本身噪聲振動水平時，整車也需要通過優(yōu)化集成來降低駕駛艙內(nèi)乘員的振動噪聲水平。整車噪聲振動傳遞方式主要通過結(jié)構(gòu)傳遞通道：動力總成隔振器、車架與車體隔振器以及車體與懸掛隔振系統(tǒng)等傳遞，而噪聲的空氣傳遞通道主要通過車體與車體上的洞等。降低NVH具體優(yōu)化思路和方法如表2所示。

（2）駕駛質(zhì)量分動力性和駕駛性2種。動力性主要體現(xiàn)在最高車速、加速時間和最大爬坡度，汽車最高車速越高，加速時間越短，最大爬坡度越大，汽車的動力性能就越好。此為車輛驅(qū)動力和車輛阻力通過平衡優(yōu)化來達(dá)到車輛最初設(shè)定的指標(biāo)，此處不做贅述。

動力總成駕駛質(zhì)量常見工況如圖6所示，表現(xiàn)在車輛行駛、加速、起步以及起停等工況下出現(xiàn)的前后聳動、沖擊等客戶抱怨的現(xiàn)象。在動力總成角度看駕駛質(zhì)量主要為節(jié)氣門的控制和換擋的控制。針對節(jié)氣門全開時主要和發(fā)動機(jī)硬件有關(guān)，針對部分開啟時通過不同的標(biāo)定參數(shù)進(jìn)行控制。例如在快速起步，緊急制動以及突然加速等工況下，通過扭矩濾波，延遲響應(yīng)等保證發(fā)動機(jī)不熄火，或者轉(zhuǎn)速下降不要太快導(dǎo)致扭矩的劇烈變化從而產(chǎn)生沖擊。在換擋控制方面，通過減少油液充油時間來減少離合器的結(jié)合速率或者避開扭矩變化時的升降擋操作來保證車輛的行駛質(zhì)量。

同時，由于發(fā)動機(jī)、變速器自身的公差間隙，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的短暫變化以及變速器扭矩傳遞的短暫中斷是無法避免的，在平衡各種整車需求標(biāo)定無法優(yōu)化的情況下，此時懸架系統(tǒng)對整個動力總成翻轉(zhuǎn)的隔離和響應(yīng)就變成了集成的關(guān)鍵一環(huán)。優(yōu)化懸置系統(tǒng)橡膠剛度，以及懸置的線性段保證動力總成的翻轉(zhuǎn)在懸置的隔振范圍之內(nèi)。同時針對駕駛感受、運(yùn)動模式、推背感等，同樣可以通過發(fā)動機(jī)聲音模擬增強(qiáng)系統(tǒng)匹配發(fā)動機(jī)扭矩變化增強(qiáng)動力強(qiáng)勁感，通過方向盤的轉(zhuǎn)向力與加速踏板踏板力的變化來增加駕駛感受，從而提高駕駛質(zhì)量或者避開駕駛?cè)毕輩^(qū)域。

（3）電子集成問題主要集中于硬件的接口匹配集成以及基于CAN Bus總線將各個控制單元的數(shù)據(jù)共享通訊2種。硬件接口集成問題主要通過電子接口尺寸交付物以及發(fā)動機(jī)、變速器原理圖來進(jìn)行問題的檢查和解決，此處不做贅述。驅(qū)動系統(tǒng)電子集成的基本工作內(nèi)容如圖了所示。

基于CAN Bus總線共享的問題，如圖8所示，一個簡易的CAN Bus總線示意圖，示意圖中顯示不僅動力總成發(fā)動機(jī)、變速器控制單元要通過總線共享，如點(diǎn)火、怠速、噴油和扭矩控制等信息，車身控制、儀表等控制單元也會共享操作界面、故障診斷以及顯示界面等信息。信息的共享必須借助發(fā)動機(jī)、變速器和車身線束，蓄電池提供線路導(dǎo)通和正確的電壓，以及儀表、車身控制等控制單元的濾波來進(jìn)行車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力和變速器油溫的顯示等。圖9給出了幾個常見的驅(qū)動系統(tǒng)和整車集成問題的解決思路和方法。

3結(jié)束語

作為一個驅(qū)動系統(tǒng)工程師，將驅(qū)動系統(tǒng)的動力、性能、整車的要求完美結(jié)合，是驅(qū)動系統(tǒng)和整車雙贏的結(jié)果。汽車作為一個高度集成的產(chǎn)品，做到零件之間的平衡才是唯一出路，才能做出更合理、性價比更高的產(chǎn)品。