基于TRIZ的混合動(dòng)力汽車方案研究PPT課件

1、SEM市場戰(zhàn)略及技術(shù)導(dǎo)入規(guī)劃項(xiàng)目參與人：陳詩杰、鄭荔、張敏基于TRIZ的混合動(dòng)力汽車方案研究2020.09.24目 錄p 研究背景與初始問題描述p 分析問題p 解決問題p 方案評(píng)價(jià)p 總結(jié)p 項(xiàng)目信息與初始問題描述p 混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車研究背景研究背景n 近年來，我國環(huán)境問題日益凸顯，治理迫在眉睫。新能源產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)，將會(huì)是我國汽車行業(yè)未來發(fā)展的主要方向。n 混合動(dòng)力汽車有著相對(duì)成熟的技術(shù)，就市場情況來看，有著不錯(cuò)的口碑和較高的銷量。n 混合動(dòng)力產(chǎn)品在燃油汽車和純電動(dòng)汽車之間起銜接的作用，會(huì)有很大的發(fā)展空間，發(fā)展混合動(dòng)力汽車有其必然性。n 自 Prius 問世以來，混動(dòng)車到

2、現(xiàn)在走過了近 20年，混合動(dòng)力車還很年輕。作為向電動(dòng)汽車的過渡形態(tài)，面臨各種問題，如技術(shù)瓶頸，政策法規(guī)的限制，消費(fèi)者對(duì)新能源汽車的接受程度等。如何解決這些問題是汽車廠商獲得核心競爭力的關(guān)鍵因素。n 混合動(dòng)力汽車出現(xiàn)的目的就是為了減少化石燃料的燃燒，降低排放。致力于優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能，改善排放性能，降低燃油消耗量。降低排放污染（減少約25%）動(dòng)力性提升（起步加速時(shí)間減少）油耗減少（約20%以上）應(yīng)用混合動(dòng)力系統(tǒng)p 發(fā)展混動(dòng)的必要性發(fā)展混動(dòng)的必要性制動(dòng)距離（能量回收輔助制動(dòng)）提高耐久性能提高操控性能p 項(xiàng)目信息與初始問題描述p 項(xiàng)目信息與初始問題描述p 主要問題描述主要問題描述 整車開發(fā)要求：1、開發(fā)

3、周期短；2、性能目標(biāo)高；3、油耗排放低；4、匹配難度??；5、開發(fā)成本低。開發(fā)周期成本性能如何開發(fā)高性能、低成本的混合動(dòng)力系統(tǒng)，同時(shí)盡可能縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品市場競爭力?p 項(xiàng)目信息與初始問題描述p 最理想結(jié)果（最理想結(jié)果（IFR） 開發(fā)一個(gè)動(dòng)力性好、油耗低、可靠性好、成本低且符合企業(yè)現(xiàn)有資源規(guī)劃的混合動(dòng)力系統(tǒng)，并考慮整體的項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間短，保證對(duì)市場的快速反應(yīng)。p 分析問題p 功能模型功能模型 p 解決問題p 入手點(diǎn)：入手點(diǎn)： 應(yīng)用技術(shù)矛盾：問題分析：應(yīng)用混合動(dòng)力系統(tǒng)會(huì)造成整車成本增加、車型研發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)增加?；靹?dòng)方案較多，選擇符合企業(yè)實(shí)際情況的方案難度大。技術(shù)矛盾改善的參數(shù)：整車油耗、排放、

4、動(dòng)力性等惡化參數(shù)：重量、成本、匹配難度p 解決問題p 解決問題的思路工具解決問題的思路工具 物理矛盾技術(shù)矛盾知識(shí)庫p 創(chuàng)新原理創(chuàng)新原理1：分割：分割 抽取有利或有害的屬性，進(jìn)行對(duì)比分析。抽取電機(jī)位置屬性，對(duì)方案區(qū)分。p 解決問題p 創(chuàng)新原理創(chuàng)新原理2：抽?。撼槿?將混動(dòng)系統(tǒng)通過不同的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行分割，分為增程式方案、并聯(lián)式方案、混聯(lián)式方案。p 創(chuàng)新原理創(chuàng)新原理5、組合、組合 同一空間上的系統(tǒng)進(jìn)行組合，提高系統(tǒng)集成度，降低成本。p 解決問題p 初步解決思路初步解決思路 串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)一般由內(nèi)燃機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，產(chǎn)生的電能通過控制單元傳到電池，再由電池傳輸給電機(jī)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，最后通過變速機(jī)構(gòu)

5、來驅(qū)動(dòng)汽車。方案：增程式混聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的特點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有一套機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，兩套機(jī)構(gòu)或通過齒輪系，或采用行星輪式結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，從而綜合調(diào)節(jié)內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)之間的轉(zhuǎn)速關(guān)系方案：串并聯(lián)(P0/1+P2/P3/P4)、PS并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)有兩套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)既可以同時(shí)協(xié)調(diào)工作，也可以各自單獨(dú)工作驅(qū)動(dòng)汽車。主要方案：P2利用triz資源分析初步可把混合動(dòng)力方案分為串聯(lián)式混合動(dòng)力、并聯(lián)式混合動(dòng)力以及混聯(lián)式混合動(dòng)力。 混合動(dòng)力即通過發(fā)動(dòng)機(jī)或者電機(jī)進(jìn)行車輛驅(qū)動(dòng)，通過電機(jī)布置位置的不同，可以分為P0/P1/P2/P3/P4。 因?yàn)镻0/P1位置驅(qū)動(dòng)車

6、輛需要克服發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失，同時(shí)能量回收效率低，一般不單獨(dú)作為主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，更多的是和P2/P3/P4進(jìn)行組合，P2/P3/P4也可以進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)不同的動(dòng)力模式。PS為高集成的專用混動(dòng)變速器。p 解決問題1、 P0方案，電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)通過皮帶結(jié)合P0方案通常是指BSG技術(shù)，是一項(xiàng)弱混技術(shù)，在發(fā)動(dòng)機(jī)前端用BSG電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接，取代了發(fā)動(dòng)機(jī)原有的發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了混合動(dòng)力系統(tǒng)一體化。該混合動(dòng)力系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)轎車上的12V啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，以保證電池電量過低時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)能正常起動(dòng)。奔馳C級(jí)、吉利博瑞GE優(yōu)勢優(yōu)勢 整車布置方便，系統(tǒng)變更小，量產(chǎn)成本低，無需高壓保護(hù)。改善車輛起步性及發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性。 劣勢劣勢 節(jié)油

7、效果不明顯（能量回收效果差，發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化有限），2018年SEM在在研的DX9車型上進(jìn)行了BSG技術(shù)的油耗實(shí)測，實(shí)測節(jié)油率約6%。p 解決問題2、P2方案，電機(jī)與變速箱前端集成帕薩特PHEV、奧迪A3 e-tron、BMW530E、奔馳E級(jí)P2只需要一個(gè)電機(jī)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的變速器和兩個(gè)離合器。兩個(gè)離合器可以單獨(dú)的分離、接合發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)。優(yōu)勢優(yōu)勢 相較于開發(fā)一套新的混動(dòng)系統(tǒng)，P2混動(dòng)更容易實(shí)現(xiàn)，并且由于P2為模塊化設(shè)計(jì)，集成也較為方便，對(duì)于汽車廠商來說屬于比較便捷的一種方式。另外，由于其對(duì)原有變速箱生產(chǎn)線的改動(dòng)不大，因此投資收益率也相對(duì)較高。供應(yīng)商體系較為完備，零件可靠性好；主要適用于PHEV，較P

8、0制動(dòng)能量回收效率高，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)純電驅(qū)動(dòng)。 作為PHEV車型，可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，A條件下的油耗為0，NEDC工況的綜合油耗將明顯下降，對(duì)企業(yè)的平均油耗有明顯幫助。劣勢劣勢 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本難控制。軸向布置受限，不利于整車布置；不利于在市區(qū)長期使用，NEDC工況下的節(jié)油率可以達(dá)成15%20%，但在電池饋電情況下，由于重量增加，油耗較原車增加3%5%，客戶實(shí)用性差。 作為PHEV車型，若客戶無良好充電習(xí)慣，將導(dǎo)致節(jié)油效果不佳。 P2在節(jié)能減排及動(dòng)力性上有顯著的效果，大部分都匹配高端車的高配車型上，節(jié)油效果有限，同時(shí)P2電機(jī)研發(fā)難度大， 存在壟斷等諸多問題，導(dǎo)致越來越多的變速箱企業(yè)放棄了P2的研究。p

9、 解決問題3、P2.5，電機(jī)集成與變速箱的偶數(shù)軸上GJT 7DHT300：2019年東南汽車與格特拉克針對(duì)東南汽車DX7車型搭載7DHT300混動(dòng)變速箱進(jìn)行技術(shù)檢討，原車搭載1.5TGDI發(fā)動(dòng)機(jī)及格特拉克7DCT300變速器，擬搭載7DHT300變速器在偶數(shù)軸位置增加電機(jī)及對(duì)應(yīng)減速機(jī)構(gòu)，對(duì)變速器的改動(dòng)小，并且可以實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)和高效能量回收。優(yōu)勢優(yōu)勢整車布置方便，軸向尺寸無變更。兼容弱混及強(qiáng)混方案。較P0方案，能量回收效率較P2效率高?？蓪?shí)現(xiàn)電蠕動(dòng)/電驅(qū)動(dòng)，有效提高節(jié)油效率。變速器集成度高，結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕。劣勢劣勢 方案存在換擋頓挫問題，純電行駛時(shí)由于擋位數(shù)減少，而且沒有交錯(cuò)換擋的可能，換擋的動(dòng)

10、力中斷較P2更加惡化，類似于AMT存在換擋頓挫和不平順； 由于保留的原變速器，導(dǎo)致變速箱的成本較高， 不存在串聯(lián)或者轉(zhuǎn)速的解耦，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作區(qū)間優(yōu)化有限；吉利繽越、博瑞GE、嘉際、帝豪GL及星越PHEVp 解決問題4、P03雙電機(jī)串并聯(lián)方案2015年與PUNCH合作在DX3車型上進(jìn)行P03方案的PHEV研究，系統(tǒng)構(gòu)架如下：優(yōu)勢優(yōu)勢整車布置方便，軸向尺寸無變更，電機(jī)為平行軸布置。能量回收效率高，且可以實(shí)現(xiàn)電蠕動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)，有效提高節(jié)油效率。劣勢劣勢存在嚴(yán)重的功率不匹配的狀況，高速工況P3電機(jī)無法獲得持續(xù)的電能補(bǔ)充，高速行駛時(shí)，由于系統(tǒng)重量增加較多，高速行駛更耗油。而市區(qū)工況由于發(fā)動(dòng)機(jī)處于低效區(qū)，轉(zhuǎn)

11、換電能再電動(dòng)輸出的轉(zhuǎn)化效率將進(jìn)一步降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，在重量增加的同時(shí)，導(dǎo)致市區(qū)工況更耗油。PUNCH CVT本身效率不高，鋼帶長時(shí)間處于高扭矩多變工況下，可靠性下降。增程發(fā)電的發(fā)電效率不高，駐車充電等模式不適用。p 解決問題5、 P04，雙電機(jī)串并聯(lián)方案2017年東南汽車與綠控合作研發(fā)P04架構(gòu)PHEV，車輛前驅(qū)動(dòng)橋動(dòng)力總成擬采用1.8T發(fā)動(dòng)機(jī)+上齒6DCT+BSG電機(jī)的組合； 在后橋處增加一個(gè)電機(jī)動(dòng)力總成，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器及減速器組成； 前后軸可單獨(dú)也可同時(shí)驅(qū)動(dòng)車輛，前后軸動(dòng)力分配控制由混動(dòng)控制器（HCU）來控制。優(yōu)勢：優(yōu)勢：控制邏輯簡單，傳動(dòng)動(dòng)力總成變更小。劣勢：劣勢：主要適用于

12、PHEV車型，后備箱空間小。由于充電電機(jī)的限制，無法支持長時(shí)間中高速行駛。并聯(lián)方案需要解決扭矩的路面解耦，受路面及道路環(huán)境的影響較大，并聯(lián)難度較大。饋電情況下，節(jié)油效果差。長城WAY P8 PHEVp 解決問題6、P13，雙電機(jī)串并聯(lián)方案上汽EDU方案（榮威插電混）、廣汽G-MC方案（GA3，三菱祺智、GS4插電混），精進(jìn)EDU方案、GKN混動(dòng)（三菱歐藍(lán)德PHEV）本田i-MMD：通過C1離合器的控制，可實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)的模式切換，電機(jī)平行軸布置。其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)以及離合器集成形成了電動(dòng)耦合e-CVT，取代了傳統(tǒng)的變速箱，發(fā)電機(jī)始終與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，主要用于發(fā)電，驅(qū)動(dòng)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)車輪相連，主要用于驅(qū)

13、動(dòng)車輛行駛，在制動(dòng)的時(shí)候，電機(jī)可以回收能量對(duì)電池進(jìn)行充電。優(yōu)勢優(yōu)勢適用于PHEV及HEV，可以實(shí)現(xiàn)高效純電驅(qū)動(dòng)；由于可以實(shí)現(xiàn)增程，市區(qū)工況油耗會(huì)明顯下降，市區(qū)油耗可降低30%57%；在郊區(qū)和高速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)直驅(qū)或者并聯(lián)驅(qū)動(dòng)；該構(gòu)型不需要更改發(fā)動(dòng)機(jī)；結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，節(jié)油策略易實(shí)現(xiàn)劣勢劣勢不適合短距離行車，高速省油不明顯（由于本田在電機(jī)效率上有突破，節(jié)油率有明顯提升）；平順性較THS類型差。p 解決問題6、P13，雙電機(jī)串并聯(lián)方案單擋：本田、精進(jìn)多擋：上汽、廣汽、長城、GJT、精進(jìn)p 解決問題7、功率分流方案雪佛蘭 Volt、福特Fusion/C-max/蒙迪歐混動(dòng)、科力遠(yuǎn)功率分流方案CHS

14、、東安DH40優(yōu)勢優(yōu)勢平順性好，轉(zhuǎn)速和車速解耦后，可以實(shí)現(xiàn)高速段發(fā)動(dòng)機(jī)維持低轉(zhuǎn)速，保證車輛的安靜舒適。節(jié)油效率高，HEV模式下節(jié)油效率可以達(dá)到30%。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩同車輪的轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩同車輪的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)解耦，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)可以獨(dú)轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)解耦，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)可以獨(dú)立控制。立控制。劣勢劣勢高速動(dòng)力性差。對(duì)工藝要求高。節(jié)油率和發(fā)動(dòng)機(jī)的效率關(guān)系大。由于不能直驅(qū)，高速段降油耗不明顯，但普銳斯的電機(jī)效率高，高速段油耗可以有效控制。豐田THS四代：雙電機(jī)ECVT+單行星排p 解決問題8、增程式，發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器串聯(lián)2013年SEM進(jìn)行了V5車型技術(shù)方案的檢討及功能驗(yàn)車的試制，動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下

15、：優(yōu)勢：優(yōu)勢：控制模式簡單，技術(shù)門檻低；實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)及車速的解耦，對(duì)于低速油耗較差的發(fā)動(dòng)機(jī)可以有效降低市區(qū)油耗；對(duì)于e-Power的小電池方案，整車重量增加少，系統(tǒng)成本易控制，純電的駕駛感受，平順性及駕駛性好。劣勢：劣勢：在電池電量低情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入高功率點(diǎn)運(yùn)行工況，易產(chǎn)生噪聲及震動(dòng)問題；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)的壓力程度高，必須采用高效發(fā)動(dòng)機(jī)及高效充放電電機(jī)；國家補(bǔ)貼方面歸于混合動(dòng)力汽車，補(bǔ)貼劣勢明顯，各地的政策扶持差異大；僅適用于城市工況較多的條件使用，無法實(shí)現(xiàn)超高速的電平衡；高速油耗高：因?yàn)樵龀淌狡噭?dòng)力多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換本身要消耗能量，導(dǎo)致高速時(shí)油耗相比傳統(tǒng)燃油車要更高，如理想ONE的高速油

16、耗達(dá)到了10L/100km，高速時(shí)的能效不理想也是增程式汽車要解決的問題。寶馬i3、日產(chǎn)e-Power、理想ONEp 解決問題p 創(chuàng)新原理創(chuàng)新原理7：嵌套：嵌套 p 解決問題通過扭矩的嵌套，達(dá)到驅(qū)動(dòng)力不斷增加的效果。p 關(guān)于動(dòng)力性的分析關(guān)于動(dòng)力性的分析 輪胎扭矩驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小電機(jī)扭矩增程式汽車僅驅(qū)動(dòng)電機(jī)參與驅(qū)動(dòng)車輪，動(dòng)力性最差。p 解決問題p 關(guān)于動(dòng)力性的分析關(guān)于動(dòng)力性的分析 輪胎扭矩并聯(lián)式汽車：驅(qū)動(dòng)電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)可同時(shí)參與驅(qū)動(dòng)車輪，動(dòng)力性較好。p 解決問題驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小電機(jī)扭矩p 關(guān)于動(dòng)力性的分析關(guān)于動(dòng)力性的分析 輪胎扭矩混聯(lián)式汽車：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)及小電機(jī)可同時(shí)參與驅(qū)動(dòng)車

17、輪，動(dòng)力性最佳。p 解決問題驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩小電機(jī)扭矩p 創(chuàng)新原理創(chuàng)新原理2：抽?。撼槿?p 解決問題抽取影響油耗表現(xiàn)最關(guān)鍵的參數(shù)-損失。抽取影響成本變化的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比。p 關(guān)于油耗的關(guān)于油耗的（以同款發(fā)動(dòng)機(jī)為（以同款發(fā)動(dòng)機(jī)為BASE） p 解決問題p 關(guān)于成本的分析（以同款發(fā)動(dòng)機(jī)為關(guān)于成本的分析（以同款發(fā)動(dòng)機(jī)為BASE） p 解決問題p 關(guān)于開發(fā)周期的分析（以同款發(fā)動(dòng)機(jī)為關(guān)于開發(fā)周期的分析（以同款發(fā)動(dòng)機(jī)為BASE） p 解決問題精進(jìn)EDU（類似本田i-MMD） ：發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)速比發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)速比2.62.6最大純電輪端扭矩4500Nm/3000Nm最大輪端轉(zhuǎn)速1400rpm（可調(diào)）驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大功率100-150kW系統(tǒng)長寬高（mm）400/360*554*495新一版EDU，采用電機(jī)異軸布置，進(jìn)行了體積上的大幅壓縮便于機(jī)艙布置，各種計(jì)算都已經(jīng)完成了。準(zhǔn)備試制。p 方案評(píng)價(jià)1、精進(jìn)的EDU方案油耗表現(xiàn)2、目前國內(nèi)主機(jī)廠均已將P13方案作為混動(dòng)的最終解決方案。DX7DX3發(fā)動(dòng)機(jī)4A91T4A95TGDI4A91T原車油耗L/100km8.47.27.5原