基于TRIZ的混合动力汽车方案研究PPT课件

1、SEM市场战略及技术导入规划项目参与人：陈诗杰、郑荔、张敏基于TRIZ的混合动力汽车方案研究2020.09.24目 录p 研究背景与初始问题描述p 分析问题p 解决问题p 方案评价p 总结p 项目信息与初始问题描述p 混合动力汽车混合动力汽车研究背景研究背景n 近年来，我国环境问题日益凸显，治理迫在眉睫。新能源产业作为战略转型的重要环节，将会是我国汽车行业未来发展的主要方向。n 混合动力汽车有着相对成熟的技术，就市场情况来看，有着不错的口碑和较高的销量。n 混合动力产品在燃油汽车和纯电动汽车之间起衔接的作用，会有很大的发展空间，发展混合动力汽车有其必然性。n 自 Prius 问世以来，混动车到

2、现在走过了近 20年，混合动力车还很年轻。作为向电动汽车的过渡形态，面临各种问题，如技术瓶颈，政策法规的限制，消费者对新能源汽车的接受程度等。如何解决这些问题是汽车厂商获得核心竞争力的关键因素。n 混合动力汽车出现的目的就是为了减少化石燃料的燃烧，降低排放。致力于优化发动机性能，改善排放性能，降低燃油消耗量。降低排放污染（减少约25%）动力性提升（起步加速时间减少）油耗减少（约20%以上）应用混合动力系统p 发展混动的必要性发展混动的必要性制动距离（能量回收辅助制动）提高耐久性能提高操控性能p 项目信息与初始问题描述p 项目信息与初始问题描述p 主要问题描述主要问题描述 整车开发要求：1、开发

3、周期短；2、性能目标高；3、油耗排放低；4、匹配难度小；5、开发成本低。开发周期成本性能如何开发高性能、低成本的混合动力系统，同时尽可能缩短产品开发周期，提高产品市场竞争力?p 项目信息与初始问题描述p 最理想结果（最理想结果（IFR） 开发一个动力性好、油耗低、可靠性好、成本低且符合企业现有资源规划的混合动力系统，并考虑整体的项目开发时间短，保证对市场的快速反应。p 分析问题p 功能模型功能模型 p 解决问题p 入手点：入手点： 应用技术矛盾：问题分析：应用混合动力系统会造成整车成本增加、车型研发的风险增加。混动方案较多，选择符合企业实际情况的方案难度大。技术矛盾改善的参数：整车油耗、排放、

4、动力性等恶化参数：重量、成本、匹配难度p 解决问题p 解决问题的思路工具解决问题的思路工具 物理矛盾技术矛盾知识库p 创新原理创新原理1：分割：分割 抽取有利或有害的属性，进行对比分析。抽取电机位置属性，对方案区分。p 解决问题p 创新原理创新原理2：抽取：抽取 将混动系统通过不同的驱动方式进行分割，分为增程式方案、并联式方案、混联式方案。p 创新原理创新原理5、组合、组合 同一空间上的系统进行组合，提高系统集成度，降低成本。p 解决问题p 初步解决思路初步解决思路 串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构

5、来驱动汽车。方案：增程式混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系方案：串并联(P0/1+P2/P3/P4)、PS并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。主要方案：P2利用triz资源分析初步可把混合动力方案分为串联式混合动力、并联式混合动力以及混联式混合动力。 混合动力即通过发动机或者电机进行车辆驱动，通过电机布置位置的不同，可以分为P0/P1/P2/P3/P4。 因为P0/P1位置驱动车

6、辆需要克服发动机的泵气损失，同时能量回收效率低，一般不单独作为主驱动电机，更多的是和P2/P3/P4进行组合，P2/P3/P4也可以进行组合，实现不同的动力模式。PS为高集成的专用混动变速器。p 解决问题1、 P0方案，电机与发动机通过皮带结合P0方案通常是指BSG技术，是一项弱混技术，在发动机前端用BSG电机与发动机连接，取代了发动机原有的发电机，从而实现了混合动力系统一体化。该混合动力系统保留了传统轿车上的12V启动电动机，以保证电池电量过低时发动机能正常起动。奔驰C级、吉利博瑞GE优势优势 整车布置方便，系统变更小，量产成本低，无需高压保护。改善车辆起步性及发动机启动性。 劣势劣势 节油

7、效果不明显（能量回收效果差，发动机优化有限），2018年SEM在在研的DX9车型上进行了BSG技术的油耗实测，实测节油率约6%。p 解决问题2、P2方案，电机与变速箱前端集成帕萨特PHEV、奥迪A3 e-tron、BMW530E、奔驰E级P2只需要一个电机，一个标准的变速器和两个离合器。两个离合器可以单独的分离、接合发动机和电动机。优势优势 相较于开发一套新的混动系统，P2混动更容易实现，并且由于P2为模块化设计，集成也较为方便，对于汽车厂商来说属于比较便捷的一种方式。另外，由于其对原有变速箱生产线的改动不大，因此投资收益率也相对较高。供应商体系较为完备，零件可靠性好；主要适用于PHEV，较P

8、0制动能量回收效率高，同时可实现纯电驱动。 作为PHEV车型，可以单独驱动车辆，A条件下的油耗为0，NEDC工况的综合油耗将明显下降，对企业的平均油耗有明显帮助。劣势劣势 结构复杂，成本难控制。轴向布置受限，不利于整车布置；不利于在市区长期使用，NEDC工况下的节油率可以达成15%20%，但在电池馈电情况下，由于重量增加，油耗较原车增加3%5%，客户实用性差。 作为PHEV车型，若客户无良好充电习惯，将导致节油效果不佳。 P2在节能减排及动力性上有显著的效果，大部分都匹配高端车的高配车型上，节油效果有限，同时P2电机研发难度大， 存在垄断等诸多问题，导致越来越多的变速箱企业放弃了P2的研究。p

9、 解决问题3、P2.5，电机集成与变速箱的偶数轴上GJT 7DHT300：2019年东南汽车与格特拉克针对东南汽车DX7车型搭载7DHT300混动变速箱进行技术检讨，原车搭载1.5TGDI发动机及格特拉克7DCT300变速器，拟搭载7DHT300变速器在偶数轴位置增加电机及对应减速机构，对变速器的改动小，并且可以实现电驱动和高效能量回收。优势优势整车布置方便，轴向尺寸无变更。兼容弱混及强混方案。较P0方案，能量回收效率较P2效率高。可实现电蠕动/电驱动，有效提高节油效率。变速器集成度高，结构简单，质量轻。劣势劣势 方案存在换挡顿挫问题，纯电行驶时由于挡位数减少，而且没有交错换挡的可能，换挡的动

10、力中断较P2更加恶化，类似于AMT存在换挡顿挫和不平顺； 由于保留的原变速器，导致变速箱的成本较高， 不存在串联或者转速的解耦，发动机的工作区间优化有限；吉利缤越、博瑞GE、嘉际、帝豪GL及星越PHEVp 解决问题4、P03双电机串并联方案2015年与PUNCH合作在DX3车型上进行P03方案的PHEV研究，系统构架如下：优势优势整车布置方便，轴向尺寸无变更，电机为平行轴布置。能量回收效率高，且可以实现电蠕动、电驱动，有效提高节油效率。劣势劣势存在严重的功率不匹配的状况，高速工况P3电机无法获得持续的电能补充，高速行驶时，由于系统重量增加较多，高速行驶更耗油。而市区工况由于发动机处于低效区，转

11、换电能再电动输出的转化效率将进一步降低发动机的燃油效率，在重量增加的同时，导致市区工况更耗油。PUNCH CVT本身效率不高，钢带长时间处于高扭矩多变工况下，可靠性下降。增程发电的发电效率不高，驻车充电等模式不适用。p 解决问题5、 P04，双电机串并联方案2017年东南汽车与绿控合作研发P04架构PHEV，车辆前驱动桥动力总成拟采用1.8T发动机+上齿6DCT+BSG电机的组合； 在后桥处增加一个电机动力总成，由驱动电机、电机控制器及减速器组成； 前后轴可单独也可同时驱动车辆，前后轴动力分配控制由混动控制器（HCU）来控制。优势：优势：控制逻辑简单，传动动力总成变更小。劣势：劣势：主要适用于

12、PHEV车型，后备箱空间小。由于充电电机的限制，无法支持长时间中高速行驶。并联方案需要解决扭矩的路面解耦，受路面及道路环境的影响较大，并联难度较大。馈电情况下，节油效果差。长城WAY P8 PHEVp 解决问题6、P13，双电机串并联方案上汽EDU方案（荣威插电混）、广汽G-MC方案（GA3，三菱祺智、GS4插电混），精进EDU方案、GKN混动（三菱欧蓝德PHEV）本田i-MMD：通过C1离合器的控制，可实现串并联的模式切换，电机平行轴布置。其中，驱动电机、发电机以及离合器集成形成了电动耦合e-CVT，取代了传统的变速箱，发电机始终与发动机相连，主要用于发电，驱动电机与驱动车轮相连，主要用于驱

13、动车辆行驶，在制动的时候，电机可以回收能量对电池进行充电。优势优势适用于PHEV及HEV，可以实现高效纯电驱动；由于可以实现增程，市区工况油耗会明显下降，市区油耗可降低30%57%；在郊区和高速工况，发动机可以实现直驱或者并联驱动；该构型不需要更改发动机；结构相对简单，节油策略易实现劣势劣势不适合短距离行车，高速省油不明显（由于本田在电机效率上有突破，节油率有明显提升）；平顺性较THS类型差。p 解决问题6、P13，双电机串并联方案单挡：本田、精进多挡：上汽、广汽、长城、GJT、精进p 解决问题7、功率分流方案雪佛兰 Volt、福特Fusion/C-max/蒙迪欧混动、科力远功率分流方案CHS

14、、东安DH40优势优势平顺性好，转速和车速解耦后，可以实现高速段发动机维持低转速，保证车辆的安静舒适。节油效率高，HEV模式下节油效率可以达到30%。发动机的转速与转矩同车轮的转速与发动机的转速与转矩同车轮的转速与转矩实现解耦，发动机与电机可以独转矩实现解耦，发动机与电机可以独立控制。立控制。劣势劣势高速动力性差。对工艺要求高。节油率和发动机的效率关系大。由于不能直驱，高速段降油耗不明显，但普锐斯的电机效率高，高速段油耗可以有效控制。丰田THS四代：双电机ECVT+单行星排p 解决问题8、增程式，发动机及变速器串联2013年SEM进行了V5车型技术方案的检讨及功能验车的试制，动力系统拓扑图如下

15、：优势：优势：控制模式简单，技术门槛低；实现发动机及车速的解耦，对于低速油耗较差的发动机可以有效降低市区油耗；对于e-Power的小电池方案，整车重量增加少，系统成本易控制，纯电的驾驶感受，平顺性及驾驶性好。劣势：劣势：在电池电量低情况下，发动机进入高功率点运行工况，易产生噪声及震动问题；对发动机及电机的压力程度高，必须采用高效发动机及高效充放电电机；国家补贴方面归于混合动力汽车，补贴劣势明显，各地的政策扶持差异大；仅适用于城市工况较多的条件使用，无法实现超高速的电平衡；高速油耗高：因为增程式汽车动力多了一个转换过程，转换本身要消耗能量，导致高速时油耗相比传统燃油车要更高，如理想ONE的高速油

16、耗达到了10L/100km，高速时的能效不理想也是增程式汽车要解决的问题。宝马i3、日产e-Power、理想ONEp 解决问题p 创新原理创新原理7：嵌套：嵌套 p 解决问题通过扭矩的嵌套，达到驱动力不断增加的效果。p 关于动力性的分析关于动力性的分析 轮胎扭矩驱动电机扭矩发动机扭矩小电机扭矩增程式汽车仅驱动电机参与驱动车轮，动力性最差。p 解决问题p 关于动力性的分析关于动力性的分析 轮胎扭矩并联式汽车：驱动电机及发动机可同时参与驱动车轮，动力性较好。p 解决问题驱动电机扭矩发动机扭矩小电机扭矩p 关于动力性的分析关于动力性的分析 轮胎扭矩混联式汽车：驱动电机、发动机及小电机可同时参与驱动车

17、轮，动力性最佳。p 解决问题驱动电机扭矩发动机扭矩小电机扭矩p 创新原理创新原理2：抽取：抽取 p 解决问题抽取影响油耗表现最关键的参数-损失。抽取影响成本变化的三个参数进行对比。p 关于油耗的关于油耗的（以同款发动机为（以同款发动机为BASE） p 解决问题p 关于成本的分析（以同款发动机为关于成本的分析（以同款发动机为BASE） p 解决问题p 关于开发周期的分析（以同款发动机为关于开发周期的分析（以同款发动机为BASE） p 解决问题精进EDU（类似本田i-MMD） ：发动机驱动速比发动机驱动速比2.62.6最大纯电轮端扭矩4500Nm/3000Nm最大轮端转速1400rpm（可调）驱动电机最大功率100-150kW系统长宽高（mm）400/360*554*495新一版EDU，采用电机异轴布置，进行了体积上的大幅压缩便于机舱布置，各种计算都已经完成了。准备试制。p 方案评价1、精进的EDU方案油耗表现2、目前国内主机厂均已将P13方案作为混动的最终解决方案。DX7DX3发动机4A91T4A95TGDI4A91T原车油耗L/100km8.47.27.5原