驱动系统与整车集成问题概述

廉星慧 邹力

摘要：驱动系统的研发是汽车开发重要的一环，而驱动系统和整车的集成是驱动系统研发很关键的一环，驱动系统的品质如何正确反映到整车中，整车的需求如何得到驱动系统的支持，好的动力总成集成必须兼顾驱动系统能力和整车的需求，如何解决并管理好驱动系统和整车的集成问题，是汽车开发中重要研究点。在以往的汽车研发过程中，经常有集成问题导致项目节点延迟，消耗大量企业资源等现象，本文将对常见的驱动系统和整车集成问题进行了总结和概述。

关键词：驱动系统;整车;集成;振动噪声;驾驶质量;电子集成

中图分类号：U464文献标识码：A

随着汽车市场的快速发展，国内汽车研发水平在不断提高，但汽车用户的需求也在提高，汽车的品质、功能以及多样化需求越来越高。同时国家排放法规要求愈发严格，而为了抢占市场，汽车研发的节点也在不断压缩，而驱动系统作为汽车的动力来源，不仅为整车提供动力和电能等，也能满足汽车电子产品的各种需求。但是，驱动系统也会带来振动噪声、通讯管理、电子功能安全以及驾驶性需求等与整车集成相关的问题。

1集成问题分类

从近年JD.POWER收到的数据看，噪声、油耗和驾驶性问题普遍与驱动系统和整车集成相关。从噪声看，主要为怠速噪声大、敲击抖动、变速器异响以及行驶中有换挡噪声等。从驾驶性看，主要为低速换挡顿挫、换挡卡滞或冲击以及起步加速慢等。

在整车开发过程中集成问题主要为管路干涉、振动噪声、驾驶质量以及电子集成等4大类。下面分别选取了2个项目，全新动力总成和全新电子架构车型主要抱怨的问题（图1、图2）。

从图1可以看出，匹配全新动力总成的整车4大类问题中都有分布，特别是振动噪声和驾驶质量占据问题总数的1＼2。而图2显示，全新电子架构下软件标定问题是最主要的。

对于发动机舱的管路干涉问题，可以通过数模，增加安装标记等来进行解决，此处不再赘述。主要的集成问题与整车其他系统有极大的关联。

（1）振动噪声问题。在所有顾客不满意的问题中，约有1/3是与NVH有关。动力总成噪声问题主要发生在0～60km/h之间的工况，与外部悬置、进排气以及传动系统的集成密切相关（图3）。这些集成问题需要涉及多部门的合作，从前期开始就要提供准确的数据，CAE模型分析，中后期进行确认优化等。

（2）驾驶质量问题。驾驶质量与客户的驾驶体验高度相关，是车辆最重要的性能之一。驾驶质量包括车辆动力性和驾驶性2种，如图4驾驶质量的开发要关注发动机和整车类型的匹配，驾驶员意图通过换挡和节气门等的优良响应来实现等。驾驶质量同样涉及子系统，整车、悬置、传动系统、标定以及动力总成硬件等，因此驾驶质量的开发同样是一个大的系统集成工程。

（3）电子集成问题。随着网络技术的发展，车联网、5G、无人驾驶以及智能互联等技术开始广泛应用，汽车电子架构为了适应趋势，也会进行相应的调整，網路安全必然要求增加网关。远程刷新满足客户各种新的需求，而随之带来的就是控制单元之间的通讯兼容问题。特别是发动机、变速器控制单元作为排放诊断单元，必须要满足国家OBD法规要求，对于其他单元影响排放的故障也要进行响应并点亮故障灯，因此发动机和变速器的软件标定也是集成中的一大重点问题。图5给出了一个简化版电器电子系统包含的控制单元和基本功能。

2集成问题解决思路

（1）NVH是整车性能指标涉及面最广的一个领域，针对噪声来源当然可以归结为发动机和变速器的自身噪声，如表1所示为发动机噪声的主要来源。

而变速器噪声主要分2类：变速器齿轮啸叫和变速器齿轮敲击。而整个动力总成的NVH主要由下面4类：动力总成的弯曲模态;动力总成的辐射噪声;悬置位置的振动;附件的振动及辐射噪声。

汽车是一个系统工程，发动机和变速器需要通过进排气、传动系统等满足整车的各项功能扭矩需求，因此在优化动力总成本身噪声振动水平时，整车也需要通过优化集成来降低驾驶舱内乘员的振动噪声水平。整车噪声振动传递方式主要通过结构传递通道：动力总成隔振器、车架与车体隔振器以及车体与悬挂隔振系统等传递，而噪声的空气传递通道主要通过车体与车体上的洞等。降低NVH具体优化思路和方法如表2所示。

（2）驾驶质量分动力性和驾驶性2种。动力性主要体现在最高车速、加速时间和最大爬坡度，汽车最高车速越高，加速时间越短，最大爬坡度越大，汽车的动力性能就越好。此为车辆驱动力和车辆阻力通过平衡优化来达到车辆最初设定的指标，此处不做赘述。

动力总成驾驶质量常见工况如图6所示，表现在车辆行驶、加速、起步以及起停等工况下出现的前后耸动、冲击等客户抱怨的现象。在动力总成角度看驾驶质量主要为节气门的控制和换挡的控制。针对节气门全开时主要和发动机硬件有关，针对部分开启时通过不同的标定参数进行控制。例如在快速起步，紧急制动以及突然加速等工况下，通过扭矩滤波，延迟响应等保证发动机不熄火，或者转速下降不要太快导致扭矩的剧烈变化从而产生冲击。在换挡控制方面，通过减少油液充油时间来减少离合器的结合速率或者避开扭矩变化时的升降挡操作来保证车辆的行驶质量。

同时，由于发动机、变速器自身的公差间隙，会导致发动机转速的短暂变化以及变速器扭矩传递的短暂中断是无法避免的，在平衡各种整车需求标定无法优化的情况下，此时悬架系统对整个动力总成翻转的隔离和响应就变成了集成的关键一环。优化悬置系统橡胶刚度，以及悬置的线性段保证动力总成的翻转在悬置的隔振范围之内。同时针对驾驶感受、运动模式、推背感等，同样可以通过发动机声音模拟增强系统匹配发动机扭矩变化增强动力强劲感，通过方向盘的转向力与加速踏板踏板力的变化来增加驾驶感受，从而提高驾驶质量或者避开驾驶缺陷区域。

（3）电子集成问题主要集中于硬件的接口匹配集成以及基于CAN Bus总线将各个控制单元的数据共享通讯2种。硬件接口集成问题主要通过电子接口尺寸交付物以及发动机、变速器原理图来进行问题的检查和解决，此处不做赘述。驱动系统电子集成的基本工作内容如图了所示。

基于CAN Bus总线共享的问题，如图8所示，一个简易的CAN Bus总线示意图，示意图中显示不仅动力总成发动机、变速器控制单元要通过总线共享，如点火、怠速、喷油和扭矩控制等信息，车身控制、仪表等控制单元也会共享操作界面、故障诊断以及显示界面等信息。信息的共享必须借助发动机、变速器和车身线束，蓄电池提供线路导通和正确的电压，以及仪表、车身控制等控制单元的滤波来进行车速、发动机转速、机油压力和变速器油温的显示等。图9给出了几个常见的驱动系统和整车集成问题的解决思路和方法。

3结束语

作为一个驱动系统工程师，将驱动系统的动力、性能、整车的要求完美结合，是驱动系统和整车双赢的结果。汽车作为一个高度集成的产品，做到零件之间的平衡才是唯一出路，才能做出更合理、性价比更高的产品。