德国大陆Lee Guo：变速箱控制单元的技术挑战

　　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。

　　以下是德国大陆集团Lee Guo先生报告实录。

　　Lee Guo：在开始之前，我想做一点说明，这个演讲本来大家看到原来是定下来是由我们大陆汽车集团，就是一个工程总监给我们做见解，因为火山灰的原因，所以他没有能够到中国来，现在我帮他做这个介绍。今天我要讲的题目是《变速器控制单元所面临的技术挑战》，昨天讲到了变速器是汽车的灵魂，那么从某种意义上来讲呢，这个控制单元变速器的一个控制单元的硬件，加上底层软件，在加上控制策略，构成了灵魂的很重要的一部分，非常重要的一部分。那么在就是说进入到正题之前，我想给大家多多少少介绍一下，因为每年我们研讨会都会有很多新面孔，很多新人参加，那么我想就是说，把大陆很多可能在中国因为只是在一个汽车界这么一个行业里头，对大陆集团有可能有很多新人不一定了解，那么我想做一个介绍。大陆汽车集团是做什么的。那么大陆汽车集团是一个全球性的汽车零部件的供应商，那么全球大概是需要的销售额现在是在250亿欧元左右，然后全球的员工大概是有14万。大陆的所有的事业主要是分成两大块，一个是汽车电子这么一块，还有一个是橡胶件这么一块，这块大家也能看到在市场上有很多德国的马牌轮胎，是大陆的橡胶事业部。除了轮胎以外，还有很多做连接键，密封键。我们主要做汽车电子这一边，这边主要分三大块，一块做底盘和安全，另外是动力总成，另外是相当于汽车内部的控制。我们所在的单位是变速器的这个事业部，那么是在动力总成这一块底下。

　　事业部我们基本上是全球这个产品涵盖了现在所有的变速器的，跟变速器有关，或者是跟驱动有关的一些产品，这里头包括了传统的AT，然后包括了DCT，包括CVT，包括AMT，然后还有就是说，四桥驱动也是我们的一个强项之一。Transfer case，大陆的产品可以看到，有一个比较长的历史，就是说1982年的时候，那个时候做出了第一块整个变速器的控制器，那么你可以看到，从历史上走了很多，包括世界上全球第一款的机电一体的集成式的变速器，也是大陆在1998年已经推出，剩下还有很多产品作为集成式的相当于湿式的双离合器，另外还有干式的双离合器，还有电机式的离合，因为这个待会儿讲到执行机构的时候，现在实际上世界上的潮流，是有大部分液压，现在也开始出现了以电机驱动为方式的这种驱动方式。那么大陆集团的这个事业部在全球范围里头大概有几个第一，那么其中一个就是说，这个TCU市场份额，现在是全球最大的，那么DCT领域，大陆是第一家和VW一起推出这个实际应用的DQ250的变速器，控制器，那么大陆在里头呢，不只是提升这个底层软件和硬件，同时上层整个的控制策略，因为整个策略是一起开发的。大陆是全球第一家推出叫机电一体化的集成式的这种TCU控制器，另外大陆在中国也是第一个在中国进行量产，TCU进行大规模量产的一家公司。

　　刚才我们谈到TCU，整个TCU加底层软件，加控制软件，构成了变速箱的控制的整个的核心部分。那么在市场上就是说，根据我们对TCU的不同的适用范围，那么有一些就是说，对TCU做了一个粗略的划分，就是说这个划分实际上是就是说，从分离式到集成式，恐怕是一个很大的跨越，从我们所讲完全分离式，还有叫附着式，实际上是放在变速器的就是说装了变速箱上面的，这个要求可能稍微高一点。

　　那么相对而言就是说，我们有这种完全的独立式的这种TCU，这个TCU就是说，特点就是说，对温度的要求，对振动的要求会相对低一点，因为放在的位置，是放在大部分是汽车的乘用厢里头，环境要好很多。技术要求对装载变速器本身上的TCU，要求就是说高了很多，因为有很多振动，然后有很多很热，对它的散热要求也不一样。因为它变速器本身有的时候和地面不会有密封，所以灰尘和水各种各样的油污，都会对它进行污染，那么这个要求呢，这个也要保证，有可靠性。

　　同时就是说，下一个TCU的，代表TCU最顶尖的一个技术就是现在就是说，这个内部是一个集成式的，把所有的传感器，执行器，还有很多机械的，包括一些液压的控制的回路，都可以放在一个集成模块里头，这个就是说，这个里头实际上涉及了很多技术的挑战。所以我今天讲的主要的内容就是说，给大家介绍一下大陆的一些TCU的顶尖技术，前面的东西相对而言技术的挑战不是特别大，要小一些。

　　在TCU的执行里头，我们刚才讲到了，有这种电机式的驱动，也有传统的就是说，用液压，液压阀来驱动的这种模式，也是对TCU的安装，包括工艺加工和包括工程开发，都会有一些不同的要求。那么大陆公司是在这几方面，都有着领先的技术和很强的技术的Knowhow。

　　这是一个图片，相对于变速器本体，就是说一个是液压的执行机构，这是TCU的控制器，包括一个外壳，放在一起以后，放在变速器的里头，外壳封装，这样整个就把它装在变速箱的里面。这个是另外一方面的图，那么你要看这是像一个动画一样的，这就是它的相当于液压执行机构，然后这是把TCU给放在上面。所以这个说集成实际上到什么程度了呢？实际上把在机体一体的一个大的模块里头，把所有的传感器，执行机构，电机，然后包括一些机械机构，液压机构，电子控制，还有包括一些所谓的电缆，实际上没有电缆了。通过软体的连接，走线，放在一个集成的模块里面。这个图只是讲就是说，给大家一个概念，就是说平常的时候，你有这么多分离的元件，有传感器，有TCU的控制单元，有电机，把这些东西都放在一个固定的模块里面去了。这个模块看了展台的话，应该能看到模块，在博格华纳的展台上，有一个奥迪的液压控制模块，里面有一个像有机玻璃一样，能看到里面的芯片的东西，这个整个的模块，是我们大陆的集成式的液压控制模块。

　　那么在整个做液压控制模块的组合当中，我们是把所有的传感器，还有机械部件，然后电子控制元件，包括一些专用的集成线路，还有机构和软件，像这些东西做成一个一个模块化的东西，放在每一个就是说集成在一个整体上，分别对待我们有一个很清晰的结构，所有东西全是模块化的，那么这些就是说，作为一个平台或者说一个产品的话，这些东西就是说，有很多的灵活性在里面。

　　我分别介绍一下，在每一个具体的小模块里头，就是说作为一个研发这样的一种TCU，就是说我们要面临着一些特殊的一些技术挑战。因为我们都知道，就是说这个刚才也说到，就是说每一个TCU，我针对的应对的环境是完全不一样的。比如说你这个是装在驾驶舱里头的TCU，环境温度要求85度到95度的要求就足够了，而且振动的要求少了很多。但是相反呢，如果是一个集成式的TCU的话，那么它的环境因为是在变速箱的油里面，而且在变速箱里面是封起来的，封装的，不能放在一个洞，油会漏出来，所以环境很恶劣的。有的就是说一般的环境到这种程度，大概能够可能最高能达到150度的高温。那么这样就是说，因为这种环境，所以要求TCU的制造，包括它的板子不能用传统意义上的PCB来做，是承受不了这种程度的，有些元器件也承受不了。一般的就是说，把TCU的基板可以看到，有传统的PCB的基板，也有做集成式的，有很多不同的材料，基本上以陶瓷基片为基板，所有的元器件可以看到所有的东西都是在陶瓷基片上，这样就是说，从一个大的意义上讲，实际上这一个大的TCU，成了一个大的系统芯片，就这样的状况。这里面加工的工艺有很多，而且每一种原材料也有不同的要求。

　　所以整个从PCB的技术上来讲可以看到，一般分离式的TCU很简单，就是PCB，集成式有很多了，有大电流的情况下，还要专门做，因为散热的情况不是特别好，有大电流驱动的时候，还要用DBC这么一个金属直接把它放到这个陶瓷基片上，覆盖，所有的东西焊上去，做一个散热处理。这种东西大部分是分离的，但是大陆也有特殊的技术，可以做在一起，散热是另外单独要处理的。

　　另外大陆在前期投入的时候，还有一些很多专用的一个技术，所以讲到专用的芯片上面，集成电路上面。这是一个很，实际上这个图是一个大陆的集成式的DCT的框图，可以看到这里头有芯片，有系统芯片，那么这一类相当于什么，对电源供电了，这样的芯片。那么有CPU，有很多传感器的输入电路的控制，有通讯的控制，还有剩下就是驱动这一部分。

　　从大陆所拥有的技术的一些来讲，对电源控制实际上是有关系到这个叫什么，TCU的操作能不能正常运行，因为有很多抗干扰，在车上有很多像低负荷，有可能电磁接反这种情况，就是说有很多保护，然后同时呢，它对这个传感器的供电，也有很多要求，有精度上的要求，对电源的精度要求也很高。这样促使就是说大陆在这方面专门有一些独特的技术，来专门开发这方面的电源芯片。那么同时也是就是说，对驱动电路，驱动电路有很多是需要闭环控制，同时要考虑整个系统的控制。那么以这种情况就是说，大陆也在这方面有很多方法，怎么样做电流控制，大陆有自己的专用芯片。这就是说，一般用的大陆的一些芯片的典型代表，有一些元器件。

　　那么接下来我们讲到软件，大陆现在实际上是就是说，可以对所有的趋势，变速器各门各类，所有的变速器的控制策略，都可以提供软件的支持，因为大陆都有这方面的技术。DQ250是比较典型的例子，整个的开发是我们和VW一起合作的。

　　除了整个系统的技术以外，大陆还有一些特殊的关键的控制，变速器上面的控制，也有很多就是说比较很精很精，或者很细化的技术。那么这里头有一个要提到的，就是一个双离合器的控制策略。接下来就是说，我们可以讲到执行机构。

　　执行机构是一个我们用在GM的六速变速器上面的，GM六的执行变速机构，这是TCU，这是整个的Lee Guo里头放了很多电磁阀，全都是集成在上面，还有好多传感器，都是集成在这上面，整个集成这是液压控制的比较典型的代表。然后这个是用无刷电机作为驱动的执行机构，然后还有一些很多机械方面的东西，比如像密封都有很多讲究。因为整个变速器包括TCU本身要密封，因为TCU整个的集成模块，大部分在变速器里头，放在油里面。在油里面有很多油的腐蚀性，还有温度，各方面的环境，它的相对环境比一般的分离式的TCU恶劣了很多。那么这样就是说，造成了对这种集成式的TCU，有很多独特的要求。那么我们也谈到就是说，集成式对工程提出了更高的要求。

　　那么这个里头呢，我们就是说在整个研发的流程当中，其实我们要做很多的工作。有大量的仿真要做，这里头要把所有的稳定性分析，热平衡，所有的电磁通路，电流的驱动能力，因为电流大了以后，涉及到要散热，有很多东西在里头。因为还对制造工艺，还得要提出很多要求。那么这个所有的很多这种模拟，模拟的目的是什么呢？减少在开发当中的一些不必要的浪费。很多东西可以超前，在东西没有出来之前，可以大概知道，我现在的设计，能够达到什么样的效果，不是百分之百的精确，但是最少给你一个相当于定性的报告，在做下一步工作的时候，给你很多信心。

　　那么我们也谈到热分析，热分析实际上也是，因为这个在所有的这种电子元件，最大的敌人是什么呢？一个是振动，一个是散热。那么散热实际上是一个很大的课题，就是说，尤其是把TCU放到油里头，这么恶劣的环境里头。这个里面就是说，实际上我们有一个相当于一个不断完善的循环，就是说，你从概念开始到分析，然后到设计，然后到测试，然后发现问题，然后再进行改进。一直要转到什么时候，达到你的系统要求为止，所以这个实际上是一个很大的投入的工程。

　　振动分析也是一样的，就是我们要做很多的分析，就是说在它的从宏观上，你要作为一个整体要分析，就是说很多也都是可以在模拟，也可以具体的做一些测试。那么在这个小的，很小的这种，很细的这种结构上，我们也会做很多这种分析，就是分析它就是说，将来它的可靠性是什么样子，就是说，它如果要会损坏的话，会损坏什么样的状况。所以这些东西都是就是说，跟将来你的设计，你要达到的指标，达到的可靠性，达到的寿命要求有很多关系。

　　同时也会对很多的环境，就很多的测试，因为你最后的验证，就是说你的设计能不能达到要求，是要通过测试来进行验证的。那么这里头呢，也有很多这样的测试。我们谈到环境测试，然后热流量的分析，有一些光谱分析，在测试当中看，有的东西不能去损伤了以后来做测试，所以你要想一些做这种的Non-distructive测试，还有的专门做一些破坏性的测试。

　　然后设计工艺实际上也是有很多讲究，在这个里面实际上有的线什么样子，把铝箔放在塑料的里面，然后Lee Guo作为一个相当于一个分流器，或者集成器把东西放在一块，怎么样密封，因为涉及到液压的控制零部件，那么有些地方把传感器放进去以后，还有相当于柔性的这种薄膜式的PCB放在里头，考虑怎么样子作为一个液压系统，作为一个整体，还能可靠地工作。这些涉及到很多像密封这样的工具。

　　传感器也是一样的在正常分离式的TCU的状况，传感器可能在设计变速箱的时候，还得考虑传感器朝哪儿放，得留出位置来，专门考虑不去干扰其他的机械零部件。作为这个集成式，因为相对而言已经放在集成里头了，这样模块是一个大的模块，这样就是说，它相对而言就是说，对你机械的考量，怎么样子再去把传感器放在哪儿，这种要求小了很多。但是同时这种传感器，实际上有的传感器对机械的压力，对很多外界的干扰，其实也是相当相当敏感的。比如像霍尔元件，如果有机械的这种strength的话，它有可能就是说，会给你出这种相当于错误信息，所以不能相信它。那么怎么样子就是说，把这个元器件，这个传感器放在TCU里头，然后怎么样子放到合适的位置，怎么样子包装封装，那么这些就是说，其实就是说，大陆这边有很多很多的技术，去支持这种技术。我们谈到怎么样子焊接，包括怎么样子去做很多分析，就是说，他们的一个传感器能够正常工作。那么大陆都会在设计上，会提出一些考量。

　　那么这是我们一个相当于线形的集成式的DCT，用到各类产品的状况，可以看到DCT的，CVT的都有。现在我要总结一下就是说，讲了这么多，你说有这么多的作为一个集成式的TCU，有这么多的麻烦，为什么还要去做呢？实际上这个里头有很多的做这种集成式的TCU，实际上有很多在分离式的TCU上面，不能得到的效果。比如说因为是一个集成的元器件，对变速器和机械的要求，相对而言少了很多。然后对传感器的安装，你不需要单独去考虑它怎么样子封壳，怎么样子安装。接插件少了很多，每一个要加传感器在变速箱里头的话，都要考虑因为要穿过变速箱的壳体。一旦要穿过壳体，要考虑泄漏的可能性。这个实际上是相对而言，我只要有一根线，因为是集成的，只要把这一根线给拿出来就可以了。这样的话，就用不着去考虑这么多的密封的状况。另外因为集成了以后，相对而言如果作为标定来讲，因为就是说，在变速器设计的时候，实际上把每一个精度不会一样，那么这样的话就是说，你要是用在集成式的话，实际是一个统一的模块，把这些因素统统消除了，因为做模块的时候，进行一个相对独立的系统的标定，那么有一些参数的不一致性，可以在整个集成式的里头做出来。

　　因为是集成式的，对一些零部件，随着时间的推移，不像分离元件那样，因为是坐在一块，很多东西可以做一些，对一些寿命的这种曲线做一些补偿。所以相对而言就是说，也看到现在从TCU整个制造工艺来讲，就是说有大陆的产品，基本上覆盖了TCU的整个一个家族，就是说从分离式的TCU，到这种装在变速器上面的TCU，那么还有就是说，放在变速器里头的TCU，那么这些技术就是说，都是大陆在长期地跟这些变速箱和整车厂的合作当中积累起来的技术，而且大陆也付出了很多投入。基本上就是说，有很多挑战，但是大陆支持供应商所有的开发，这个基本上是我要讲的主题，谢谢大家。（掌声）

　　韩枚：有什么问题吗？

　　提问：是不是有多少量的一个门槛量呢，你们在研发这些机电一体的变速器的时候，有没有入门的第一批生产的量方面的限制？

　　Lee Guo：的确大家可以看到，这种TCU的复杂度，所以呢，这个成本肯定是很高的， 但是在另一方面如果你们考虑下，如果把系统实现集成，从整个系统来说，把所有的连接，还有这个线缆已经集成到了整个框架之下，所以你就取消了很多的一些额外的步骤。所以呢，要实现成本，我们来平衡这两方面的话，还是可以看到我们的成本是有效率的。目前根据我们的计算，我们大概是每年的产量是三十万个，目前的产量是三十万，年产量，如果有了这样的年产量的话，肯定要比单独的TCU的价格是要低一点的。

　　提问：您的报告里面讲到芯片，有的是60安培，还有作为马达的输出，马达的电流是多少？

　　Lee Guo：具体我不是特别清楚，设计不是我在搞，下面可以帮你找到。

　　提问：你们是浮铜吗？

　　Lee Guo：对的。