面向中国制造2025的汽车数字化开发

1、面向中国制造2025 汽车数字化开发演讲 提纲一、中国制造2025浅析二、模拟技术的新内涵三、数字化开发的发展思考四、总结与展望目录2一、中国制造2025浅析目录3中国制造2025制造强国战略目标制造强国行列世界制造强国中等水平世界制造强国前列三步走 三十年202520352045核心任务十大重点 领域新一代 信息技 术高档数控机床 和机器 人航空航 天装备海洋工程装备 及高技 术船舶先进轨 道交通 装备节能与 新能源 汽车电力装 备新材料生物医药及高 性能医 疗器械农业机 械装备提高国家制造业创新能力推进信息化与工业化深度融合强化工业基础能力加强质量品牌建设全面推行绿色制造中国制造2025总

2、体蓝图对中国汽车制造业提出了新的要求一条主线信息化与工业化深度融合智能制造互联网+中国制造2025将“节能与新能源汽车”作为重点发展领域，明确了对其继续 支持方案，为产业发展指明了方向。产产业业化竞取争得力重显大著进提展升配 套 能 力 明 显 增 强燃料关 键 电 池 材料、 汽车 零 部 运 行件 逐 规 模步 国 进 一产 化 步 扩 大新能源汽车燃料 电池 堆和 整车 性能 逐步 提升轻量化、低滚阻 轮胎，车身外形 优化设计;高效率 发动机，提高热 动能量转化效率; 商用车变速器、 空调、能量回收 技术的研究优化中国制造2025节能汽车智能互联网汽车纯电动和插电式混动燃料电池汽车实 现

3、 车 辆 信 息 化 和 智 能 化到2020到2025年，掌年，掌握智能握自动辅助驾驾驶总驶总体体技术技术和和各项各项关关键技 键技术术中国制造2025为我国汽车工业转型升级指明了方向商用 车油 耗达 到国 际先 进水 平2025年 乘用 车油 耗较 20年 下降20%汽车产业作为我国制造业重点突破领域之一，如何准确把握制造业强国战略所带来 的机遇和挑战，如何有效应对是摆在全行业面前的紧迫任务。机遇一、汽车产业作为典型的制造业被列入重点突破的领域之一，包括传统内燃机汽车节能减排和新 能源汽车发展：未来，国家将继续支持电动汽车、燃料电池汽车的发展，支持和鼓励汽车业掌握低碳化、信息 化、智能化核

4、心技术，提升动力电池、驱动电机、高效内燃机、先进变速器、轻量化材料、智能控制等核心技术 的工程化和产业化能力，这将大大加快我国汽车业转型升级的步伐。二、与汽车相关的支持性产业也被列入重点突破领域，包括新一代信息技术、高档数控机床和机 器人、新材料：某一产业的创新能力和竞争能力不仅仅取决于产业本身，还取决于相关产业的支撑。我国汽车 产业大而不强、自主创新能力弱，也与我国电子工业、机床工业和新材料工业创新能力不强有直接关系。三、强化工业基础能力被确定为战略任务和重点，将有利于汽车产业的基础能力与核心能力建设：核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础（简称“四基”）等工业基础能力薄弱

5、，是制约 我国制造业创新发展和质量提升的症结所在，中国制造2025明确提出，要重点突破“四基”，着力破解制约 制造业发展的瓶颈。四、完善国家制造业创新体系将为汽车产业创新提供更好的环境：中国制造2025提出，要加快建 立以创新中心为核心载体、以公共服务平台和工程数据中心为重要支撑的制造业创新网络，开展关键共性重大技 术研究，推进制造业创新中心（工业技术基础研究基地）建设工程，到2020年重点形成15家左右的制造业创新 中心，力争到2025年形成40家左右。五、相关制度建设和政策将惠及汽车产业：为保障制造业强国及第一个十年战略目标的实现，国家势必继 续深化体制机制改革、营造公平市场竞争环境、完善

6、金融扶持政策、加大财税政策支持力度、健全多层次人才培 养体系、完善中小企业政策。中国制造2025对汽车产业的机遇与挑战汽车产业作为我国制造业重点突破领域之一，如何准确把握制造业强国战略所带来 的机遇和挑战，如何有效应对是摆在全行业面前的紧迫任务。挑战一、目标的挑战：制造业强国的具体显性指标包括三个：拥有世界级企业、世界级产品和世界 级品牌。中国汽车产业还有很多核心技术没有突破，加之传统内燃机汽车和新能源汽车需同时 实现核心技术突破。二、核心能力的挑战：核心能力是企业竞争优势的来源，而核心能力既来源于核心技术，也来 源于核心管理以及其他核心业务能力。我国汽车产业仍然存在核心管理能力、核心技术掌握

7、不 足的问题。三、新技术与新业态融合的挑战：新一代信息技术与制造业深度融合，正在引发影响深远的产业革命，形 成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。就汽车产业而言，3D打印正在改变汽车制造技术及工艺， 移动互联网、云计算和大数据正在改变汽车产业的生产方式和经营方式。我国汽车产业能否实现机械化、网络化、信息化和智能化的高度融合，是面临的重大挑战之一。四、国际化的挑战：面向国际对我国提出了两个挑战，一是国家将进一步放开一般制造业，这涉及到股比之 争问题是否要重新定论，而一旦放开合资车企的股比，对国有汽车企业集团将带来不小的冲击。二是国家将积 极推进企业“走出去”战略，实现跨国经营，拓展国外

8、市场。而“走出去”能力一直是我国整车企业的短板， 特别是传统国有大集团。中国制造2025对汽车产业的机遇与挑战目标到2020年，乘用车（含新能源汽车）新车整体油耗降至5升/100公里，商用车新 车油耗接近国际先进水平2025年，乘用车油耗降至4升/100公里，商用车新车油耗达到国际先进水平重点 工作 领域1、整车轻量化技术、低滚阻轮胎、车身外形优化设计2、柴油机高压共轨、汽油机缸内直喷、均匀燃烧和涡轮增压等高效率发动机，提 高热动能量转换效率3、商用车自动控制机械变速器、高效变速器、节能空调、起停技术和制动能量回 收技术的研究优化主要 路径1、加强对关键核心技术和零部件研发和产业化支持（促进传

9、统新能源动力系统应 用新一代增压直喷、混合动力、低摩擦等技术的开发和产业化）2、搭建产业共性技术平台，优势技术共享应用及通用技术与部件联合批量供应3、完善标准法规体系，提升检测评价能力，加强产品事中事后监管4、完善保障体系（通过税收、补贴等政策，加强混合动力系统的规模应用）5、加强国际合作（新技术、材料、关键部件开发，积极参与国际标准法规制定）节能汽车是指以内燃机为主要动力系统，综合工况燃料消耗量优于下一阶段目标值的汽车。中国制造2025对我国未来节能汽车的发展目标、重点工作领域、主要路径等做了指 示阐述。中国制造2025对节能汽车提出的目标对于节能汽车的三大关键共性技术技术领域：轻量化、低摩

10、擦技术，高效动力传动 总成技术，先进电子电器技术，我们依据国内外现状及未来发展趋势，给出从2015 年到2025年，未来十年技术研发应用的推进路线。中国制造2025对节能汽车提出的目标中国制造2025对新能源汽车提出的目标纯电动汽车是指其动力系统主要由动力蓄电池和驱动电机组成，从电网获得电力，并通过动力 蓄电池向驱动电机提供电能驱动的汽车。插电式混合动力汽车是一种能从外部电源对其能量存 储装置进行充电的混合动力汽车，具有纯电行驶模式。燃料电池汽车是指利用氢气和空气中的 氧在催化剂作用下，在燃料电池中电化学反应产生的电能作为主要动力源的汽车。战略目标纯电动及插电式汽车：产业化取得重大进展。产业竞

11、争力显著提升。配套能力明显增强。逐步实现车辆信息化、智能化。重点领域纯电动及插电式汽车：研发一体化纯电动平台。高性能插电式混合动力总成和 增程式器发动机。下一代锂离子电动力电池和新体 系动力电池，高功率密度、高可靠 性电驱动系统的研发和产业化，构 建自主可控的产业链。燃料电池汽车：关键材料、零部件逐步国产化。燃料电池堆和整车性能逐步提升。燃料电池汽车运行规模进一步扩大。燃料电池汽车：燃料电池催化剂、质子交换膜、碳纸、 膜电极组件、双极板等关键材料批量生 产能力建设和质量控制技术研究。燃料电池堆系统可靠性提升和工程化水 平的研究。汽车、备用电源、深海潜器 等燃料电池通用化技术研究。燃料电池汽车整

12、车可靠性提升和成本控 制技术。10智能网联汽车是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技 术，具备复杂环境感知、智能化决策、自动化控制功能，使车辆与外部节点间实现信息共享与 控制协同，实现“零伤亡、零拥堵”，达到安全、高效、节能行驶的下一代汽车。中国制造2025对智能网联汽车提出的目标战略目标到2020年，掌握智能辅助驾驶总体技术及各项关键技术，初步建立智能网联汽车自 主研发体系及生产配套体系。到2025年，掌握自动驾驶总体技术及各项关键技术， 建立较完善的智能网联汽车自主研发体系、生产配套体系及产业群，基本完成汽车 产业转型升级。技术突破基于大数据系统的智能化汽车

13、产业链建设，突破车联网应用、信息融合、车辆集成 控制、信息安全等关键技术。建立基于大数据系统的智能网联汽车自主研发体系和生产配套体系，基本完成汽车 产业转型升级突破环境感知与多传感器信息融合技术、信息支撑平台与协同通信技 术、智能决策及智能线控技术、智能网联汽车的车辆集成技术、智能网联汽车信息 安全技术等关键技术。重点领域1、基于车联网的车载智能信息服务系统。2、公交及营运车辆网联化信息管理系统。3、装备智能辅助驾驶系统的智能网联汽车。4、装备自动驾驶系统的智能网联汽车。12二、模拟技术的新内涵目录1、传统汽车CAE分析技术体系和支撑体系CAE分析能力分析内容优化能力分析流程分析规范实验协同数

14、据库建设团队建设管理系统开发软硬件建设与开发支撑体系2、汽车领域较为成熟的模拟技术动力总成CAE分析技术流动分析可靠性分析NVH分析冷却系统分析外流场分析安全分析疲劳分析NVH技术整车CAE分析技术3、节能汽车中国制造2025的新要求整车轻量化技术、低滚阻轮胎，车身外形优化设计柴油机高压共轨、汽油机缸内直喷、均质燃烧和涡轮增压等高效率发动机， 提高热动能量转化效率传统技术新技术性能仿真针对燃烧开发的CFD仿真结构仿真 动力学仿真气道流动缸内充气流动缸内喷雾CFD仿真整车级热管理NVH仿真先进零部件匹配节 能 汽 车 技 术 树先进发动机高效变速器混合动力替代燃料先进电子 电器低摩擦轻量化MT多

15、锥同步器技术；AT集成电子泵、宽幅锁止技术；DCT高压系统、低泄漏技术CVT液压控制系统技术等电子节温器能量管理技术；混合动力构型；控制策略；电机技术核心零部件技术等双燃料技术；燃气掺烧技术；单燃料技术；电控技术； 气瓶技术等电力总成电子节温器、电子水泵、 STT等技术；车身车窗、雨刮、中 控台等技术；底盘EPS、制动能量 回收等技术高效空调、电子进气格 栅等技术低内阻方面低张力活塞环、皮带传动、先进表面处理技术；低风阻车 身造型；低滚阻方面滚动轴承及轮 胎技术高强度钢、镁铝合金等轻质材料技 术先进制造工艺技术结构设计优 化技术3、节能汽车离合器变速器匹配、AT集成匹配分析、 液力耦合分析、密

16、封润滑分析等不同构型下的动力性经济性分析、控制 策略仿真分析、电池性能模拟、EMC 分析等燃烧效率分析、发动机性能 、机车匹 配分析等空气动力学分析、传动效率模拟、摩擦 分析等材料性能模拟、轻量化材料下汽车性能 分析、结构优化、工艺分析电子器件可靠性分析、控制策略仿真分 析、效率分析传统汽车节能技术总体情况GDI等先进燃烧技术；单涡管涡轮 增压技术；DVVT等气路控制技术；CAE仿真分析及应用发动机性能预测、配气机构动力学、热 传导、刚度和强度分析；曲轴系统、缸 内燃烧模拟、曲轴箱通风系统、喷雾模 拟仿真分析等1、GDI技术-缸内充气运动3、节能汽车模型和边界条件瞬态滚流比瞬态速度分布外特性预

17、测（试验燃烧分析标定韦伯函数）目的 内容对缸内气体运动进行流体力学分析以支持燃烧开发的台架试验。方法：瞬态CFD计算，计 算整个进气过程，动网格模拟活塞运动。结果：进气过程和点火时刻缸内的流动特性（湍 流强度、滚流），火花塞附近的流速、当量比等。3、节能汽车喷雾形态对比喷雾与气流运动相互影响不同时刻油滴运动壁面燃油量2、GDI技术-缸内喷雾目的 内容对缸内气体运动和喷雾进行流体力学分析和优化。方法：瞬态CFD计算，计算整个进气过 程，动网格模拟活塞运动。结果：进气过程和点火时刻缸内的流动特性（湍流强度、滚 流），喷雾特性、喷油器的匹配等。3、节能汽车车身弯扭刚度仿真各种典型载荷分流结构分析热成

18、型仿真分析与优化概念车身轻量化优化仿真工艺分析3、轻量化目的 内容对车身、车架、底盘、动力传动系统等在材料、结构、工艺各方面强化虚拟开发能力，涉及性 能设计、预测和控制， 实现分析、设计、试验、生产等环节的协同。4、新能源汽车中国制造2025的新要求电动一体化底盘、高性能和集成度的电机及变速箱总成、混合动力系统控制 和集成技术、高功率密度和可靠性的动力电池燃料电池催化剂、质子交换模、碳纸、膜电极组件、燃料电池堆可靠性、通 用化、低成本研究传统技术新技术纯电动汽车充电装置及控制电动汽车专用底盘性能仿真混合动力系统构型仿真开放式绕组电机OPPeD仿真动力电池管理系统仿真燃料电池零部件、辅助设备开发

19、、驱动电机性能仿真动力系统安全控制及节能策略仿真混合动力整车控制整车能量管理控制及安全控制3、新能源汽车CAE仿真分析及应用驾驶意图识别和预测、实时路况模拟、 能量分配和系统效率最优化求解、动态 规划、智能化车辆仿真等纵向动力学分析、侧向动力学分析、多 体动力学分析、轻量化分析、疲劳寿命 预测分析、悬架系统分析、可靠性制造 分析等材料分析、热传导分析、疲劳寿命预测 分析；SOC和SOH预估分析、系统建 模仿真、均衡控制分析、电化学分析等高温电力电子学分析、流场和温度场分 析、金属及半导体材料分析、电磁场仿 真、轻量化分析等电堆及制氢材料分析、储氢罐强度和疲 劳耐久分析、系统可靠性分析、燃料电

20、池和动力电池动力耦合分析混动系统建模仿真分析、混合度分析、 动力耦合机构参数优化分析、电能规划 分析、混动系统发动机控制和燃烧分析 等轻量化分析、生命周期分析、电驱动系 统布置和仿真分析、主动和被动安全仿 真分析、多档变速器仿真、能效优化分 析等新 能 源 汽 车 技 术 树整车能量管 理机电一体化 底盘动力电池与 电池管理电机驱动与 电力电子燃料电池动 力系统混合动力系 统纯电动力系 统新能源汽车技术总体情况智能化能量适时规划技术多能源动力耦合技术智能化辅助驾驶技术新材料技术高比能量、高比功率、长寿命 锂离子电池技术分析与测试技术控制器功率密度倍增技术高效轻量高性价比电机技术高温电力电子及系

21、统测评技术电堆组件与关键零部件技术燃料电池发动机关键技术燃料电池系统及整车集成技术系统构型与动态控制技术增程器匹配优化技术1热机电耦合优化技术轻量化技术基础设施关键技术轮毂电机技术轮边电机技术多档自动变速器技术分布式电动化底盘技术集中式电动化底盘技术电动化底盘性能优化技术4、新能源汽车1、电动一体化底盘1、电动一体化底盘电动化底盘相对传统而言，主要有以下变化：簧载质量：增加质量分配：更趋于1质心高度： 略低转动惯量：增加簧下质量：增加（轮 毂电机驱动）轮距、轴距：变大（小）主要方法主要内容主要结论主要问题分析结果弹性元件设计原则阻尼元件调整原则主观评价R&H折衷设计22总结问题弹簧、轮胎、衬套

22、选取原因减震器阻尼力改动原因整车DNA特性变动原因 4、新能源汽车2、整车能量管理控制相关性分析多组变量主要方法相同工况 相同条件主要结论 定性+定量 单一变量大小方向.稳态特性动态特性主要内容不同工况 相同条件不同工况 不同条件相同部件 不同变量不同部件 相同变量不同部件 不同变量变化趋势变化大小变化方向变化速度试验工况进退机制STEP 1 Energy Management工作模式切换条件部件功率输出限值Eng 启停条件及频 率STEP 2 Control Strategy基本MAP标定加速/减速意图巡航滑行需求 转矩踏板开度电机 转速条件变量EV-HV开关驾驶模式开关挡位电池SOC耗能装

23、置 工作状态 Bat/DC-DCSOC值、U与I方向 Eng/Gen CD+EV/HV 启-停- Mot工怠作点分布 Acc 开启 vs 模式功率计算运行状态电池SOC及DC- DC电流、电压波 动情况发动机工作点分布、功率跟随路径及 变化规律发动机启-停-怠过 程中转速、转矩变 化规律及频率离合器、发动机、 电机动态协调过程控制品质DC/DC与发动机功 率响应特性自动模式切换与手 动操作过程中的冲 击度STEP 3 Performance Evaluation and Fault Analysis循环工况影响性分析 循环工况适应性分析 故障模式性能分析能量管理策略驱动控制策略性能评价仿真验证

24、 对标试验 对标参量 数据处理工作点选取原因工作点变化原因切换条件变化原因 分析结果 总结问题23综合考虑长续驶里程能量来源，长根据目前燃料电池技术状态，为保证 燃料电池寿命，以plug-in方案为代表 的小功率燃料电池和大功率动力电池 动力系统与燃料电池为主的动力系统 相比，插电式燃料电池轿车可靠性较 高距离爬坡能力等实际工况需求。燃料电池所占比重越高，系统成本越低，燃料电池为主的动力系统性能优势显现，且配套基础设施相对单一4、新能源汽车燃料电池为主 蓄电池为辅蓄电池为主 燃料电池为辅VS全功率型方案插电式（plug-in）方案应用优势确保蓄电池SOC稳定 确定燃料电池最小功率满足整车动力性

25、确定整车最大需求功率不同 混合度动力性燃料经 济性电池寿配置成 命本3、燃料电池动力系统混合度设计目的 内容根据目标车型性能设计需求以及燃料电池电堆产品的部件性能合理设计选择燃料电池动力系统 中电堆与电池组的功率，并根据不同的燃料电池电堆功率选择设计相应的控制策略。5、智能网联汽车中国制造2025的新要求基于车联网的车载智能信息服务系统公交及营运车辆网联化信息管理系统 3.装备智能辅助驾驶系统的智能网联汽车 4.装备自动驾驶系统的智能网联汽车传统技术新技术车辆动力系统模拟 传动系统模拟车辆动力学模拟通信技术模拟车载传感器模拟 交通环境模拟 人因模拟高精度定位模拟 车辆集成建模 车辆应用建模结构

26、组成：环境感知传感器；智能化控制器；线控化执行器；现代通信与网络技术。9大应用行驶监控安全辅助及预警驾驶控制救援服务节能驾驶智能导航信息及娱 乐服务自动驾驶新能源汽 车应用车辆监控 与管理关键要素：人-车-路一体化；车辆与外部节点间信息共享与 控制协同；安全、高效、节能。序号领域传统仿真技术未来数字化开发技术支撑1汽车网联化1、车辆动力系统仿真2、传动系统仿真3、车辆动力学仿真。通信技术模拟，自组织网络模拟，交通场景模拟，网联化应 用模拟2公交及营运车辆管理交通场景模拟，大规模j交通流模拟，公交及营运车辆管理 应用模拟环境感知传感器模拟，驾驶员行为模拟，交通场景模拟，辅 助驾驶应用模拟2智能辅

27、助驾驶高精度定位技术模拟，交通场景模拟，自动驾驶应用模拟， 自动驾驶环境下人机交互模拟3自动驾驶5、智能网联汽车1、智能网联汽车数字化开发5、智能网联汽车序号模拟技术技术难点1摄像头单目摄像头，双目摄像头，广 角摄像头2雷达激光雷达，毫米波雷达，超声 波雷达，红外雷达3通信模块DSRC(V2V/V2I)，4G/5G,蓝牙,WiFi4其他定制传感器摄像头物理模型视觉效果，光学效应（畸变，光晕，高光溢出，星 芒，运动模糊），雨雾天气影响及衰减，光反射雷达物理建模性能模型，能量特性模型，天线增益图谱，反射截面积2、核心模块的模拟基于物理的建模问题通信模块建模发送器模型，接收器模型，通信协议集成（如D

28、SRC：SAE J2735协议与指令集），建筑物遮挡效应，天气状况与衰减5、智能网联汽车序号模拟技术技术难点1通信网络集成建模多模式、自组织网络集成建模2车辆集成建模动力系统、传动系统、悬架系统集 成，纵向/横向/垂向动力学建模3行驶环境集成建模道路建模、交通设施建模，道路使 用者建模，建筑模型，天气/气候建 模，行人模型4核心应用建模网联化应用建模，辅助驾驶应用建 模，自动驾驶应用建模5交通系统集成建模大规模交通流模拟交叉路口辅助仿真行人模拟交通标志模拟大规模交通流模拟3、智能网联汽车整车模拟实车一致性问题驾驶 辅助 系统 仿真 框架 示例网联 技术 仿真 框架 示例29三、数字化开发的发展

29、思考目录思考一、仿真设计前置整车开发CAE分析流程概念分析阶段详细分析阶段试验验证阶段产品开发产品定义目标设定概念设计工程化分析与开发样车制造产品性能分析总布置方案验证法规项应对分析性能匹配方案验证造型方案启动性能验证子目标确定零部件、子系统、整车三个级 别的设计验证产品多性能之间的平衡应用CAE方法进行产品优化与设计系统、工艺系统协同进 行产品工程化开发CAE与试验结果 比对；CAE协助开展 Troubleshooti ng工作整 车CAE分 析 流 程CAE在车型开发中的前端化趋势日益明显概念CAE详细阶段CAE工作占比验证CAE 概念CAE详细阶段CAE工作占比验证CAE2005年2015年制动过程热分析流固耦合分析刚柔耦合分析思考二、多物理场协同多物理场耦合仿真更真实模拟零件的物理特性仿真分析与新材料、