一汽混合动力汽车.pdf

混合动力客车开发关键技术研究混合动力客车开发关键技术研究混合动力客车开发关键技术研究混合动力客车开发关键技术研究RESEARCH ON KEY TECHNOLOGY OF HYBRID ELECTRIC VEHICLERESEARCH ON KEY TECHNOLOGY OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE中国第一汽车集团公司技术中心中国第一汽车集团公司技术中心R&D CENTER CHINA FAW GROUP CORPORATION刘明辉 赵子亮刘明辉 赵子亮LIU MINGHUI ZHAO ZILIANG2006年年7月 北京月 北京JULY.2006 Beijing目 录目 录前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术目 录目 录前言前言前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术前 言-前 言-开发电动汽车的驱动力开发电动汽车的驱动力能源安全和环境压力是未来汽车技术发展的主要驱动力能源安全和环境压力是未来汽车技术发展的主要驱动力燃油价格的居高不下燃油价格的居高不下摆脱石油依赖进口的政策压力导致汽车燃油消费法规出台（例如：增加燃油税）摆脱石油依赖进口的政策压力导致汽车燃油消费法规出台（例如：增加燃油税）主要石油产地不稳定的局势影响石油供应的安全（例如：中东）主要石油产地不稳定的局势影响石油供应的安全（例如：中东）从商业角度看，目前尚无其它可替代石油的资源从商业角度看，目前尚无其它可替代石油的资源能源因素能源因素能源因素能源因素在在CO2、污染物和噪声排放方面严格的法规可能会与不同的燃油税赋结合在一起、污染物和噪声排放方面严格的法规可能会与不同的燃油税赋结合在一起由于道路运输而带来的日益增长的温室气体排放导致全球气候变暖由于道路运输而带来的日益增长的温室气体排放导致全球气候变暖由于尾气排放导致部分城市地区的污染日益严重由于尾气排放导致部分城市地区的污染日益严重环境因素环境因素环境因素环境因素提高传统车动力传动系统的燃油效率和排放水平提高传统车动力传动系统的燃油效率和排放水平采用具有低排放、低油耗的替代动力传动系统采用具有低排放、低油耗的替代动力传动系统公众的关注汽车工业面临的挑战杠杆公众的关注汽车工业面临的挑战杠杆资料来源：Mckinsey Drive报告前 言-前 言-未来汽车技术的开发路线未来汽车技术的开发路线柴油机CNG发动机柴油混合动力燃料电池汽油机汽油混合动力氢发动机资料来源：Mckinsey Drive报告柴油机会被柴油机会被CNG或柴油混合动力取代？或柴油混合动力取代？CNG、柴油混合动力、汽油混合动力不同的发展趋势？柴油机、汽油机如何共享开发？汽油机会被汽油混合动力取代？目前的技术是否还有应用的前景？、柴油混合动力、汽油混合动力不同的发展趋势？柴油机、汽油机如何共享开发？汽油机会被汽油混合动力取代？目前的技术是否还有应用的前景？前 言-前 言-一汽混合动力客车研发一汽混合动力客车研发技术特征技术特征?动力总成为双轴并联结构，采用电控发动机、动力总成为双轴并联结构，采用电控发动机、AMT自动变速器、交流感应电机、镍氢动力电池组。自动变速器、交流感应电机、镍氢动力电池组。?动力性与传统车相当；经济性提高动力性与传统车相当；经济性提高38%，排放降低，排放降低30%。HCU研发历程研发历程通过三轮样车开发，完成产品定型、公告，开始示范运行。通过三轮样车开发，完成产品定型、公告，开始示范运行。TCUECUBCUMCUACUAMTBATT.INV.EMICEPowerSplitCAN BUS研发成果研发成果?自主开发了整车控制器、电控发动机、自动变速箱等关键总成，形成了自主开发了整车控制器、电控发动机、自动变速箱等关键总成，形成了HEV总成产品平台。总成产品平台。?“产学研产学研”联合攻关，开发了满足整车要求的国产电机及电池系统产品。联合攻关，开发了满足整车要求的国产电机及电池系统产品。?掌握了混合动力汽车整车开发技术、控制系统开发技术、试验匹配和标定技术。掌握了混合动力汽车整车开发技术、控制系统开发技术、试验匹配和标定技术。?开发了开发了11米和米和10米两种车型，整车技术指标达到国内领先水平，整车及关键总成具备了产业化条件。米两种车型，整车技术指标达到国内领先水平，整车及关键总成具备了产业化条件。前 言-前 言-一汽混合动力轿车研发一汽混合动力轿车研发主要工作主要工作?通过三轮样车开发，整车技术指标达到开发要求。通过三轮样车开发，整车技术指标达到开发要求。?动力总成为双电机混联结构，采用电控发动机、动力总成为双电机混联结构，采用电控发动机、AMT自动变速器、交流感应电机、镍氢动力电池组。自动变速器、交流感应电机、镍氢动力电池组。?动力性与传统车相当；经济性提高动力性与传统车相当；经济性提高45%，排放降低，排放降低30%。启动机启动机G/MM动力电池主电机逆变器副电机逆变器DC/DC转换器12V电池AMT总体方案总体方案总体方案总体方案电动压缩机空调逆变器EPS控制器动力系统结构动力系统结构研发成果研发成果?自主开发了具有发明专利权的双电机混联整车构型，掌握了混合动力汽车整车开发技术、控制系统开发技术。自主开发了具有发明专利权的双电机混联整车构型，掌握了混合动力汽车整车开发技术、控制系统开发技术。?“产学研产学研”联合攻关，为关键总成满足整车要求并实现产业化进行深入研究。联合攻关，为关键总成满足整车要求并实现产业化进行深入研究。?整车性能指标具有国际水平，掌握了混合动力轿车产品设计与开发技术，为一汽在整车性能指标具有国际水平，掌握了混合动力轿车产品设计与开发技术，为一汽在“十一五十一五”期间进行混合动力轿车产品开发奠定了技术基础。期间进行混合动力轿车产品开发奠定了技术基础。前 言-前 言-混合动力客车研发的关键技术混合动力客车研发的关键技术整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池及管理系统技术动力电池及管理系统技术目 录目 录前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术1.整车构型和功能整车构型和功能2.汽车行驶工况开发汽车行驶工况开发3.整车性能模拟整车性能模拟4.整车性能测试与评价整车性能测试与评价5.整车高压安全与整车高压安全与EMC整车集成技术-整车集成技术-整车构型和功能整车构型和功能5-10%1、车辆低速行驶时，电机驱动，解决发动机小负荷运行的低效率问题、车辆低速行驶时，电机驱动，解决发动机小负荷运行的低效率问题2、发动机停机，达到零油耗和排放、发动机停机，达到零油耗和排放纯电动驱动纯电动驱动25-10%1、正常行驶发动机单独驱动（发动机、正常行驶发动机单独驱动（发动机Downsizing）发动机单独驱动发动机单独驱动47-10%5-7%5-8%3-5%节油贡献度（节油贡献度（%）6531序号序号1、发动机驱动，同时，电机发电，维持发动机工作在经济区、发动机驱动，同时，电机发电，维持发动机工作在经济区2、电池充电，维持电量平衡、电池充电，维持电量平衡发动机驱动并充电发动机驱动并充电1、滑行、制动时，电机按比例再生发电，充分回收制动能量、滑行、制动时，电机按比例再生发电，充分回收制动能量2、对轿车，更需要与、对轿车，更需要与ABS/EBS协调控制协调控制再生制动再生制动1、急加速、大油门行驶时，电机助力，保证必需的加速性、急加速、大油门行驶时，电机助力，保证必需的加速性2、利于发动机维持在经济区运行、利于发动机维持在经济区运行3、后置电机可以保持动力无中断，改善平顺性、后置电机可以保持动力无中断，改善平顺性电机助力电机助力1、消除停车时的发动机怠速，降低油耗、消除停车时的发动机怠速，降低油耗发动机启停发动机启停功能具体描述功能具体描述控制策略控制策略起步低速行驶加速行驶巡航滑行制动停止起步低速行驶加速行驶巡航滑行制动停止整车集成技术-整车集成技术-汽车行驶循环工况的开发汽车行驶循环工况的开发行业调研、咨询行业调研、咨询筛选出有代表性的干路、次干路、支路、出行时间、出行里程筛选出有代表性的干路、次干路、支路、出行时间、出行里程在选定的有代表性的道路、时间段进行跟车试验，获取参考在选定的有代表性的道路、时间段进行跟车试验，获取参考VA图图与参考与参考VA对比对比,满足要求？满足要求？试验路段和时间试验路段和时间结束结束YN路边调查路边调查交通流统计信息交通流统计信息断面录像断面录像试验路段和时间试验路段和时间通过通过VA图分类选取有代表性的道路、时间段图分类选取有代表性的道路、时间段已有工况美国纽约城市循环工况日本的已有工况美国纽约城市循环工况日本的10.15欧洲的欧洲的ETC循环工况开发技术动力传动系开发的基础数据库循环工况开发技术动力传动系开发的基础数据库整车集成技术-整车集成技术-整车性能模拟整车性能模拟整车性能仿真平台整车性能仿真平台Matalab/Simulink/StateflowAdvisorCruise性能预测性能预测动力性动力性经济性经济性排放排放性能控制性能控制动力总成构型动力总成构型总成参数匹配总成参数匹配控制策略控制策略整车集成技术-整车集成技术-整车性能测试与评价整车性能测试与评价试验方法试验方法动力性动力性经济性经济性排放排放试验评价指标试验评价指标0-50Km/h加速时间加速时间直接挡加速时间直接挡加速时间坡路行驶能力坡路行驶能力。试验开发方法试验开发方法动力总成试验动力总成试验整车转鼓试验整车转鼓试验整车道路试验整车道路试验用户使用试验用户使用试验转鼓试验转鼓试验整车集成技术-整车集成技术-整车高压安全与EMC整车高压安全与EMC高压安全高压安全整车高压安全满足整车高压安全满足GB/T19751-2005测试方法和手段、整车高压安全的测试方法和手段、整车高压安全的FMEA分析分析部件高压安全整车技术要求的分解、测试方法和手段、供应商培育部件高压安全整车技术要求的分解、测试方法和手段、供应商培育借鉴国际标准和其他领域的经验借鉴国际标准和其他领域的经验电磁兼容性电磁兼容性EMC与与EMI整车测试和分析手段整车测试和分析手段部件技术要求确定和相关测试手段部件技术要求确定和相关测试手段目 录目 录前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术1.计算机辅助开发技术计算机辅助开发技术2.整车能量管理控制策略整车能量管理控制策略3.整车能量管理控制算法整车能量管理控制算法4.整车工作模式切换过程控制整车工作模式切换过程控制5.整车网络技术整车网络技术整车控制技术-整车控制技术-计算机辅助开发技术计算机辅助开发技术控制系统开发过程控制系统开发过程建模、离线仿真建模、离线仿真dSPACE 快速原型快速原型应用应用Targetlink自动生成代码自动生成代码ECU虚拟测试虚拟测试ECU标定标定整车控制技术-整车控制技术-整车能量管理控制策略整车能量管理控制策略优化方法优化方法?模拟开发（基于模拟开发（基于Matlab/Simulink/Stateflow控制器软件开发）控制器软件开发）?试验开发整车工作模式试验开发整车工作模式?发动机单独驱动发动机单独驱动?发动机驱动并充电发动机驱动并充电?电机助力电机助力?发动机发动机ON/OFF?滑行时的再生制动滑行时的再生制动?再生制动再生制动?电起车电起车?电机起机电机起机?纯电动纯电动整车控制技术-整车控制技术-整车能量管理控制算法整车能量管理控制算法功率分配功率分配Propelling驱动驱动Braking制动制动CostDown滑行滑行整车控制技术-整车控制技术-整车工作模式切换过程控制整车工作模式切换过程控制AMTICEEMWheelWheelFDINVBATTaxleICEICE助力增加助力增加助力增加助力增加EMEM助力减少助力减少助力减少助力减少发动机和电机动力平滑过渡发动机和电机动力平滑过渡换档过程控制换档过程控制制动过程综合控制制动过程综合控制整车控制技术-整车控制技术-整车网络技术整车网络技术HCUECUE/M/GTCUBMSEngineMotorAMTAccelerator Accelerator Brake pedalBrake pedalPRNDLPRNDLCAN busCAN busBattery网络系统通信网络系统通信网络系统定义网络系统定义网络系统概念设计网络系统概念设计网络系统参数设计网络系统参数设计网络系统通讯协议网络系统通讯协议网络系统诊断协议网络系统诊断协议网络系统验证策略网络系统验证策略网络系统实车验证网络系统实车验证目 录目 录前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术1.发动机发动机2.变速箱变速箱3.制动系统制动系统4.电动附件电动附件专用总成技术-专用总成技术-发动机发动机设计原则设计原则经济性优先经济性优先优化特定工作区域优化特定工作区域适应频繁起停适应频繁起停90010001100120013001400150016001700180019002000210022002300SPEED rpmTORQUE Nm080160240320400480560640720800205210210215215220220220220220225225225225225230240250260270280300320340102030405060708090100110120130140TORQUE Nm080160240320400480560640720800200205205210210215215215215220220220220220220225225225240260280300320340优化后与优化前（蓝色）油耗对比燃油经济性优化燃油经济性优化燃烧系统设计燃烧系统设计电控系统匹配标定电控系统匹配标定采用新的燃烧循环采用新的燃烧循环专用总成技术-专用总成技术-变速箱变速箱AMT技术技术TCU控制系统控制系统专用总成技术-专用总成技术-制动系统制动系统ABS调节器ABS调节器ABS调节器ABS调节器ABS调节器ABS调节器ABS调节器ABS调节器制动气室制动气室制动气室制动气室右前轮右前轮左前轮左前轮右后轮右后轮左后轮左后轮继动阀继动阀制动气室制动气室轮速传感器轮速传感器轮速传感器轮速传感器制动阀制动踏板制动气室制动气室轮速传感器轮速传感器轮速传感器轮速传感器制动阀制动踏板主动补气阀主动补气阀双向单通阀双向单通阀真空助力器真空助力器湿储气筒湿储气筒气泵卸载阀气泵卸载阀排气手动阀排气手动阀四回路保护阀四回路保护阀三通三通快放阀快放阀三通三通排气排气前储气筒后储气筒前储气筒后储气筒HCUABSABS加速踏板加速踏板制动灯信号排气排气排气排气CAN驾驶员需求压力传感器压力状态传感器ABS控制策略制动系统的改进设计控制策略制动系统的改进设计专用总成技术-专用总成技术-电动附件电动附件转向、制动、离合器的操纵助力转向、制动、离合器的操纵助力电动空调电动空调电动空压机电动转向电动空压机电动转向目 录目 录前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术动力电机与电力电子技术-动力电机与电力电子技术-驱动电机驱动电机技术要求技术要求高性能、低重量和小尺寸；高性能、低重量和小尺寸；具有低速大扭矩和高速恒功率的特点；具有低速大扭矩和高速恒功率的特点；在较宽的转速范围内有较高的效率；在较宽的转速范围内有较高的效率；响应特性好；响应特性好；能适应频繁的起停、能够实现电动和发电状态的切换；能适应频繁的起停、能够实现电动和发电状态的切换；噪声小；噪声小；EMC等。等。电机效率电机效率平均效率增加平均效率增加3%电机转速(rpm)电机转速(rpm)电机扭矩*10(Nm)电机扭矩*10(Nm)电机扭矩*10(Nm)电机扭矩*10(Nm)电机转速(rpm)电机转速(rpm)正常工作范围正常工作范围正常工作范围正常工作范围效率效率A MOTORB MOTOR动力电机与电力电子技术-动力电机与电力电子技术-驱动电机驱动电机需求的电机转速响应时间关键技术需求的电机转速响应时间关键技术电机控制技术电机控制技术电机动态响应特性电机动态响应特性故障诊断功能故障诊断功能产品化技术产品化技术重量、重量、NVH、EMC和可靠性控制和可靠性控制工艺性开发工艺性开发EMC特性、高压安全和防护等级特性、高压安全和防护等级低成本技术低成本技术关键部件的成本和可靠性关键部件的成本和可靠性旋转变压器或编码器旋转变压器或编码器IPM（IGBT）功率模块 关键部件技术）功率模块 关键部件技术 专用芯片技术 专用芯片技术目 录目 录前言前言整车集成开发技术整车集成开发技术整车控制技术整车控制技术专用总成技术专用总成技术动力电机与电力电子技术动力电机与电力电子技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术动力电池与管理系统技术-动力电池与管理系统技术-动力电池动力电池寿命长（性能稳定性好）；寿命长（性能稳定性好）；SOC的精度高，稳定性好；的精度高，稳定性好；电磁辐射尽量小；电磁辐射尽量小；成本低。成本低。技术要求技术要求高性能、低重量和小尺寸；高性能、低重量和小尺寸；大功率充放电能力；提高电池的快速充电能力大功率充放电能力；提高电池的快速充电能力充放电效率高；充放电效率高；42444641558001000119212981006102030405060能量密度(Wh/Kg)0日本松下D型（6.5Ah）日本三洋D型（6Ah）中国中国中国中国D D D D型型型型(8Ah)松下方型塑料外壳（6.5Ah)松下方型钢壳（6.5Ah)0200400600800100012001400能量密度功率密度20002004200420052005资料来源：“十五”863电动汽车专项报告功率密度(W/Kg)动力电池与管理系统技术-动力电池与管理系统技术-动力电池动力电池关键技术关键技术提高提高SOC精度和稳定性精度和稳定性大功率充放电能力和充放电效率大功率充放电能力和充放电效率产品化设计与验证产品化设计与验证工艺性工艺性可靠性可靠性EMC和高压安全和高压安全使用寿命使用寿命降低成本降低成本。SOC突发跃变突发跃变产品电池包装产品电池包装总结-总结-混合动力汽车技术构成混合动力汽车技术构成传统汽车技术传统汽车技术动力电机及电力电子动力电机及电力电子动力电机及电力电子动力电机及电力电子?电机系统结构设计电机系统结构设计?电机系统可靠性电机系统可靠性?电机系统的电机系统的EMC?电机系统技术要求电机系统技术要求?电机系统仿真与测试电机系统仿真与测试?电机系统响应特性电机系统响应特性动力电池及管理系统动力电池及管理系统动力电池及管理系统动力电池及管理系统?电池系统结构设计电池系统结构设计?电池系统可靠性电池系统可靠性?电池系统的电池系统的EMC?电池电池SOC精度精度?电池系统技术要求电池系统技术要求?电池充放电特性电池充放电特性?电池系统响应特性电池系统响应特性整车电子控制技术整车电子控制技术?整车工作模式控制整车工作模式控制?工作模式切换控制工作模式切换控制?计算机辅助开发计算机辅助开发?整车网络整车网络整车集成技术整车集成技术?整车构型与功能整车构型与功能?行驶循环工况行驶循环工况?整车性能仿真整车性能仿真?整车测试与评价整车测试与评价?高压安全与高压安全与 EMC专用总成技术专用总成技术专用总成技术专用总成技术?发动机发动机?AMT?动力合成箱动力合成箱?电动附件电动附件?制动系统综合控制制动系统综合控制混合动力技术混合动力技术