发动机与变速器接口及动力总成控制算法的设计开发

    中国汽车工程学会联合中汽翰思管理咨询公司于2010年4月23日-24日、第十一届北京国际汽车工业展览会期间，在北京国家会议中心举办“2010国际汽车自动变速器技术及中国产业化研讨会”。

搜狐汽车全程报道。

　　艾尔维德国总公司变速器及混合动力系统软件与算法开发部门经理罗兰德-赛尔韦（Roland Serway）：我们是世界上最大的一家工程公司之一，我们有三千五百多名员工，我们在中国有一个工厂在上海，有一百多名员工在上海的工厂里工作。首先我想跟大家来介绍一下TCU单元，这个问题在过去三四年中，一直有非常广泛的讨论，目前在德国，这是我的前同事，他在国际论坛变速器电子主题做了演讲中所说的一段话，当时在2005年的6月28号，曾经问过TCU是不是最理想的主控制器呢，我想利用这个主题，跟大家介绍一下我们的网络复杂性，之后介绍一下引擎发动机和变速器之间的互动，然后再跟大家介绍一下动力有什么样的需求，之后是对于接口结构的定义，另外介绍一下标准化的扭矩结构，在动力总成中的设计情况，最后做一下总结和未来的展望。

　　不久之前，大家可以看到，这是在1954年的时候，德国大众甲壳虫车型的一个电路图，我们看到各个不同的零部件之间都是使用硬线连接的，不久之前我们知道，引擎控制和变速器控制，在这里都是通过直接连接的硬线来实现的，还有点火器来实现的。五十年之后，我们看到这是甲壳虫的一个新的车体内部结构，我们看到互动的结构，通讯的结构复杂多了。我们看到变速器的控制，发动机的控制单元，所有都是实现接口的互联互通的。

　　在这里我想跟大家简要介绍一下车载网络的复杂性。混合动力总成系统的网络控制复杂性，我们可以看到，在这里有PCU，是管理整个动力总成的，而且对于每辆车辆而言，会有一个ICE发动机，我们还会有变速器控制单元，比如像是用于CVT、AT，CVT、DCT以及AMT等等变速系统。另外还有一些动力总成的控制单元，动力总成控制单元是对整个动力总成进行控制的单元，是一个主控制器。除此之外还有其他的一些特征，对于混合动力总成的系统中呢，我们会看到还有其他的像PTCU，HCU等等，还有网关的控制，我们需要各个不同的控制单元来实现动力总成的成功运行，或者是顺利运行。我们在这里也可以看到，有功率电子元件，还有其他的一些零部件的控制系统。

　　我们看到呢，目前的混合动力总成的系统越来越复杂，而技术的可能性也越来越多，能够比如像是实现器，执行器，还有传感器变得越来越智能，技术标准也不断地提升，而燃油排放的降低，是新的技术产生的因素，对于终端用户而言，需要更多的舒适性。

　　对于我们的开发投入来讲，需要更多的费用，我们还需要车载网络的接口，定义要掌握起来挺难的。另外有一个非常大的挑战，测试的数量在不断地增加，我们由于组合数量不断地增加，因此我们需要测试的组件越来越多，需要制订更多的测试标准和定义来测试不同的网络。而如果要是测试的质量是不高的话，对于客户而言是无法接受的。所以我们需要将不同的架构之间实现组合，这种架构可以实现普遍适用的，对整车和其他的厂商实现产品的开发，下面看一看发动机和变速机是如何实现通讯的。

　　发动机和变速器，发动机要有精确的扭矩，还有扭矩的精确度，此外还需要发动机速度的精确度。另一方面要实现发动机和变速器通讯的话，还需要精确的发动机速度，确保换档质量和换档速度，以及舒适性。这里可能看到引擎、ECU和变速器之间的沟通，这里是ETC是油门踏板和ESP，ECU的关联度，我们看到不同的组件架构是不同的，有很多是重复的集成的。我们在这里可以看到，动力总成架构会对于各个不同的接口的设计，产生非常重要的影响。我们看到设计是一方面，但是呢，要想实现精确的时间的校准是非常困难的一个因素。因此在开发的阶段，要通过不同的变量，来实现开发。而且也会针对不同的变量，使用不同的模型，检查各个不同的平台和模型之间的关联度。

　　所以呢，我们看到看CAN这种协议总是来定义OEM具体的车辆平台的，我们看到对于不同的车辆的平台而言，我们要使用不同的变量，除此之外所有车辆的控制器，对于一个平台的车辆控制器，也是需要进行集成的，应该集成在同一个数据库之中，另外也看到在欧洲目前实现了接口的标准化。

　　此外我们看到这是功能架构，实际上对于功能架构而言，也是对于每一个OEM，都是非常独特的，不同的变量用于不同的动力总成的结构支撑。由于有些OEM有自己的结构，所以扭矩结构对于标准的动力总成而言呢，需要考虑标准的动力总成和混合动力总成所需要的不同的扭矩结构。我们看到有些功能是可以进行重复整合的，而驾驶员或者是司机请求信号的控制引擎是非常重要的一个信号，能够决定车轮的扭矩的请求，需要跟车轮扭矩请求之间实现对应。另外在欧洲是如此，在中国也是如此，我们需要来实现各个不同功能架构的标准化，只有这样才能够实现车辆和动力总成架构之间的标准化。另外通过这样的标准化可以重新使用各个不同的组件，在不同的OEM之间，或者是和供应商之间实现一个统一的标准规则。

　　还有什么其他的要求呢？对于动力总成而言，有什么其他的需求呢？混合动力车辆往往都是装配有自动变速器，比如像是AT，CVT，或者是DCT等等，所以全面的混合控制是必要的，对于混合动力车辆而言，往往会安装手动档，手动变速器，所以对于他们而言，可能需要一部分的混合控制。而对于标准化的需求，标准化的接口是非常重要的，我们需要定义标准化的接口，除此之外需要有可升级的混合的控制器功能，从而建立起我们的开发平台。

　　那么对于这种混合的控制功能还有什么其他的要求呢，也就是不同的控制单元，而且在这个背景之下，我们扭矩的产生单元，能量的消耗单元等于，对于整个的次系统进行进一步的控制。比如说在整个的过程，内燃机或者电机方面的控制，在扭矩产生的单元，无论是对内燃机或者电机，价值的增加的过程中，我们需要进行这种通讯体的硬件的定义。对于能量消耗的单元，需要进行发电机，空调和制电机的定义。我们需要保证比较低的油耗和比较好的驾乘的舒适度等等，我们需要满足这些需求。

　　那么对于整个的动力总成的控制的功能方面呢，首先有变速方面的控制，还有这一些我们都要把它达成一个实现，不然的话，就会出现扭矩方面的下降，另外我们还要看一下我们的界面的控制结构。其中的一个方面是在硬件方面相关的，首先我们要对于所有的这些子系统进行一个集合，比如在扭矩的产生方面，我们需要对于电机和内燃机来实现统一的定义，还有刚才我已经提过了，比如说对于这种发动机、空调或者说压缩器方面，需要有能量消耗单元方面的控制，还有在变速器，分动器、ESP进行类别定义，在协调单元，对于动力总成，管理的主控制系进行管理，然后对它进行一些干涉才能够获得最后的这种燃油经济性。那么对于每一部分都是能够传达不同的信息，使用这种分类性的方法，我们可以非常容易地对于这些不同的部件实现集成。而且我们可以适用这种拓展性的模型来实现这种动力总成控制单元的具体的功能的一致性和协调。

　　这里我们可以看到一个例子，这是在我们的通讯界面的方面，这也是我们进行的一个功能性定义的层面，这里有不同的数据，其中包括来自不同的CAN里面的数据，包括数据处理器，还有消费者的其他的数据定义，其中包括整个的分辨率，还有不同的数据层面的一些具体的信息。

　　然后下一个话题是一个标准化的扭矩结构，在整个的动力总成过程中的一些具体的情况。首先我们看一下它的汽车行驶控制的内容，这张画面是汽车行驶控制的功能，在这个过程中，驾驶员需要信号作为一个车轮的扭矩的需求，而且呢，对于驾驶员的适应功能呢，也是决定了整个的驾驶员在这个驾驶过程中的一些具体的需求，除此之外呢，对于底盘的控制功能，也要基于我们的一些计算，其中包括ASR，以及ESP等等，下一张幻灯片可以看到扭矩产生单元的具体的功能的内容。在这个案例当中呢，我们有一个扭矩相关的发动机控制功能，还有电机的控制功能，那么对于扭矩相关的发动机的控制功能，我们可以测量实际的发动机的转速和相位，可以计算实际的发动机扭矩，计算最小和最大的扭矩，另外还有预测有限时间范围内的扭矩的情况，包括增加的压力，还有烟度极限等等，另外可以计算实际的燃油效率，在不同情况下的燃油消耗的尺度比等等。

　　另外电机控制功能方面，可以测量实际的电机转速和相位，可以计算实际的电机的扭矩，还有最小或者最大的一个扭矩。并且我们可以计算在某些秒时间范围内的最小或者最大的扭矩，其中包括电池的充电状态，电流的极值，以及温度的控制等等。另外在发动机的扭矩的通信接口，就是曲轴和离合器之间的通讯接口，那么对于整个的电驱动系统的内容的方面的最后一部分，我们需要有电子控制功能，比如说我们需要能够测量实际的充电状态，控制电池的一个温度，还有呢，我们要计算短时期范围内的最小的，或者是最大的一个充电量。而且呢我们这个界面呢，还可以来预测具体范围内，最小和最大的充电潜力。

　　这里是我们的变速器控制的功能内容，对于这个变速器的控制功能方面，我们可以来控制实际的一个换档的质量。那么根据我们的这里不同的具体的信息可以来选取不同的档位，计算发动机的转速。并且不同的档位的计算，燃油消耗的一些潜力，可以实现与发动机的通讯。而且我们还可以再通过控制换档的质量，进行离合器的控制等。并且呢，我们还可以获得不同的这种计算，不同档位的一些具体的驾驶的状态，根据驾驶的状态，计算出档位，这样可以计算出燃油的消耗潜力，并且能够来在某种具体的状态下，找到你最想用的一个档位。

　　这个过程中，我们需要这种变速器的控制性的功能，并且呢，我们需要使用发动机，转速和车速的一个接口。这里是我们刚才讲到的发动机转速和车速的接口这部分，第二个是关于扭矩的设计，这里展示出了一个接口的驾驶状态和零部件状态的标准化的情况，对于每一个动力总成的扭矩控制架构的主要的任务，其中包括零部件单元，所属的零部件的状态以及潜力，而且各个零部件的控制单元，需要零部件的扭矩潜力，带宽和最佳的运行的状态。并我们还需要来降低发动机的扭矩不稳定的动态特性，我们还有这种动力总成的扭矩控制，我们要使用常规的模块组合程序库，利用预先定义的标准化接口，而且呢，我们还使用软件开发商，OEM，或者一级的供应商，利用对象编码文件进行软件的集成，而且我们还可以根据客户的需求，来定制相关的匹配。我们还可以用系统控制架构编译器开关进行处理。

　　这里再看另外一个例子，是OEM和供应商开发分离，用共同接口的案例。首先看到有一个OEM的主控制器，这里的一个主要的内容是这个扭矩的一个协同器，还有在客户需求方面的一个解析。那么第二个模块的重要的一个作用就是刚才我们说的，对于驾驶员的要求的一个解析，另外呢，把它分到进行自动的这种离合的定义，这样的一个架构呢，是需要一个这种内燃机，而且每一个整个过程中，我们需要有自动的变速的技术，而且呢，我们可以把他们进行一个平衡的集成，来使用供应商定制的零部件的控制器。对于主控制器来讲呢，整个的变速系统，可以来进行总体的控制。而且呢，我们在供应商还有OEM之间实现这种零部件控制器的定制，我们使用彼此之间的这些不同的部件，可以更快更容易地进行控制。基于我刚才讲的这一些呢，我们可以把控制模块的成本，实现大幅度地降低。

　　所以最后呢，我想给大家做一个总结。未来的发展趋势，那么未来发展的趋势怎样呢？对于动力总成的控制架构的统一标准化方面，我们需要使用统一标准化的接口和模块，减少开发的成本，能够提高整个系统的质量的状态，因为我们有更好的一个测试的准确性。从另外一个角度，我们可以达成一个业界同仁的共同任务，接受标准化的接口，接口其他公司对象的编码模块，进行软件的集成，实现方案，Autosar已经向这个方向迈出了一步，而且至少这个最重要的问题是，变速器的控制单元，最理想的主控器，是不是仍然有效，现在是不必要的，但是非常有利，让我们实现统一的标准化，谢谢大家。（掌声）

　　管欣：由于供应商率先采用发展，全球供应商采用不同的体系，目前Autosar发展需要一个抽象的整体的架构，能够发展出来，所以正好因为Roland Serway先生提了一个Partnership。针对动力系统的扭矩控制，架构了一整套体系。各位在传动方面有什么问题，正好可以请教专家。

　　提问者：我也是来自大陆集团的，在你们的幻灯片12页上面，讲到了系统的集成，是由编码器实现的，能解释一下什么意思？实际上你提到了系统的架构，是通过编辑器实现的，能给我们解释一下，这是什么意思吗？

　　Roland Serway：是可以由软件来实现的，我刚才讲的编码器。可以通过软件进行处理，不光是编译器，因为我们必须有系统的结构的模拟，看一下第12页。

　　管欣：还有其他问题吗？最后一排的第二位。

　　提问者：想问一下咱们现在目前在国内起步阶段1939协议，和您提出的架构之间，目前的1939还能应用多长时间，您所提及的系统的话，在国内应用的话，还需要多长时间。

　　Roland Serway：实际上这只是一个概念，在欧洲还没有进行生产。