十二五电动汽车形势分析及纯电动微型轿车的研发过程.docx

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十二五电动汽车形势分析及纯电动微型轿车的研发过程

“十二五”电动汽车形势分析及纯电动微型轿车的研发过程

        1 “十二五”电动汽车形势分析

        1.1 新能源汽车的发展将成为中国汽车产业的主旋律

        自2001年第十个五年发展规划开始，国家便启动了电动汽车重大科技专项，新能源汽车战略初露端倪。

2006年，国家发改委工业司在《中国汽车产业“十一五”发展规划纲要》中明确指出“积极推广新能源汽车，企业应根据市场需求积极做好产业化工作”，我国的新能源汽车开始大范围启动。

在中国汽车产业的“十二五”规划中，新能源汽车被列为中国汽车行业今后5年发展的重中之重。

作为国家节能减排的重要组成部分，新能源汽车更是被列为加快培育和发展的七大战略性新兴产业之一，将继续在资金和政策层面给予重点支持。

        从诞生之日起，新能源汽车就成为了国家政策的宠儿，市场培育、研发扶持，不一而足。

        早在2009年，财政部和科技部就共同出台了《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》，对乘用车和轻型商用车、混合动力汽车进行最高每辆6万元的补贴政策；

        国家针对新能源动力汽车的产业化又推出了“十城千辆”计划，将在连续3年内，每年发展10个大中城市，每个城市在公交、出租、公务、市政、邮政等领域推行1000辆新能源汽车进行商业化示范运行；

        北京汽车产业“十二五”发展规划由北京汽车行业协会提出，北京私人购买纯电动车将享受优厚待遇。

根据规划，2015年，北京的纯电动汽车在用车将达到10万辆的规模，并将以乘用车为主。

除汽车产业投融资、企业战略并购，总体产量、产值目标，自主创新和品牌建设目标等重点之外，电动汽车的节能减排目标、发展规模、零部件发展以及汽车零部件再制造等也被写入北京市汽车和交通设备产业发展“十二五”规划目标之中。

虽然纯电动车是北京发展新能源车的重点，但是不排斥发展插电式、混合动力等其他类型新能源车。

        1.2 发展电动汽车是技术进步与产业升级的必然选择

        我国正在成为全球最大的汽车生产和消费国，面临节能减排的重大挑战。

按目前发展趋势，我国2020年的汽车年产销量将超过2500万辆，甚至达到3000万辆，保有量将达到2亿辆左右，甚至有可能超过美国，车用燃油消费量将超过3亿吨，甚至达到3.5亿吨（相应的石油消费量达到5亿吨），总体石油对外依存度将超过70%。

        按照“十一五”减排20%的要求，2010年我国乘用车平均排放应达到151.6g/km,相当于6.48L/100km；按照减排45%的要求，到2020年，我国乘用车平均排放应达到104.2g/km，相当于4.45L/100km。

        进入“十二五”，新能源汽车也跨入产业化阶段，相应的政策更是层出不穷。

《节能与新能源汽车发展规划（2011年至2020年）》和电动汽车科技发展“十二五”专项规划草案相继面世，两者的目标直指产销量世界第一的宝座。

        除了政策支持外，新能源汽车的“钱途”亦是不可估量，据《节能与新能源汽车产业发展规划（2011-2020年）》草案称，未来10年政府财政将投入1000亿元，打造新能源汽车产业链。

国内车企发布新能源汽车投资规划，少则几十亿，多则上百亿，而地方政府的新能源产业基地投资规模均不低于十亿元。

        在国家积极扶持的同时，相关的企业也没有停下探索的步伐。

国家电网表示，国家电网建设的电动汽车充电站将以换电为主、插充为辅、集中充电、统一配送的基本商业模式运作。

国家电网2011年将在北京、天津等城市建设电动汽车充换电服务网络，以加快电动汽车充换电站的布局和建设。

        在诸多利好政策的支撑下，业界对于2020年产销量达到1500万辆以上的目标都表现出了乐观的态度。

通过分析电动汽车的发展与当前形势，未来20年内，混合动力和纯电动汽车将是电动汽车发展的主流。

        1.3 各国电动汽车扶持政策开始加速

        1.3.1 国外政府最新支持政策：

        于2010年6月确定将进一步投入60亿美元，用于补贴电动汽车发展，包括支持研发汽车电池技术、帮助修建充电站、提供购车消费税抵免等。

同时，已经支出250亿美元资金以帮助汽车制造商更新设备、24亿美元资金用于电池开发和其他项目、以及每辆7,500美元的电动汽车购车消费税抵免。

        日本经济产业省于2010年4月提出，到2020年，使HEV和EV等“新一代汽车”占新车销量比例达到20-50%。

具体指标为：

到2020年达到普及目标：

HEV为20-30%、EV/PHEV为15-20%，FCV为1%以下，清洁柴油车为5%以下。

        2010年1月，法国政府宣布实施“发展电动汽车全国计划”。

预计到2020年，将推广200万辆电动汽车。

法政府将为此投入15亿欧元以上，主要用于建充电站。

在该计划中，纯电动和油电混合动力汽车成为重点鼓励对象。

        1.3.2 我国新能源汽车发展情况

        国家三大部委已将关注及投入重点统一到着重发展纯电动和插入式混合动力汽车的产业化上，同时也将加大对混合动力汽车的市场推广力度。

        从“十二五”新兴战略产业形势看，发展电动汽车是我国汽车工业技术转型和培育战略新兴产业的历史机遇。

“十二五”是将汽车小型化和动力电气化两大潮流相汇合，发展我国小型电动轿车的黄金机遇期。

                                                                                                                     电动汽车产业发展总体目标

        2 纯电动微型轿车的研发过程

        新车型的研发是一个非常复杂的系统工程，以至于它需要几百号人花费上3、4年左右的时间才能完成。

随着汽车设计技术及装备的不断发展，新车型设计开发的周期也在不断的缩短。

不同的汽车企业其汽车的研发流程有所不同，我们下面讲述的是正向开发的一款纯电动微型轿车的研发流程。

下面主要介绍汽车研发中的核心流程，也就是专业的汽车设计开发流程，这一流程的起点为项目立项，终点为量产启动，主要包括5个阶段：

        2.1 方案策划阶段

        一个全新车型的开发需要上亿元的资金投入，投资风险非常大，需要经过周密调查研究与论证才能上马新项目，因此市场调研和项目可行性分析就成为了新项目至关重要的部分。

汽车市场调研包括市场细分、目标市场选择、产品定位等几个方面。

项目可行性分析是在市场调研的基础上进行的，根据市场调研报告生成项目建议书，进一步明确汽车形式（也就是车型确定是微型车还是中高级车）以及市场目标。

可行性分析包括外部的政策法规分析、以及内部的自身资源和研发能力的分析，包括设计、工艺、生产以及成本等方面的内容。

在完成可行性分析后，就可以对新车型的设计目标进行初步的设定，设定的内容包括车辆形式、动力参数、底盘各个总成要求、车身形式及强度要求等。

        将初步设定的要求发放给相应的设计部门，各部门确认各个总成部件要求的可行性以后，确认项目设计目标，编制最初版本的产品技术描述说明书，将新车型的一些重要参数和使用性能确定下来。

在方案策划阶段还有确定新车型是否开发相应的变形车，确定变形车的形式以及种类。

项目策划阶段的最终成果是一份符合市场要求，开发可行性能够保证得到研发各个部门确认的新车型设计目标大纲。

该大纲明确了新车型的形式、功能以及技术特点，描述了产品车型的最终定位，是后续研发各个过程的依据和要求，是一份指导性文件。

        设计纯电动汽车首先要进行选型设计，除了车型选择外，电机类型与其性能参数、电池类型与其性能参数、控制方式的选择、电池数量的选择等都是首先要确定的。

要根据市场调研得出的分析结果，初步确定所要开发的款适是否合城针对人群，其中包括了此款车的相关参数，比如续驶里程、外形设计、电机连接减速器驱动后桥类型等。

        2.2 概念设计阶段

        2.2.1 总体布置草图

        总体布置草图也称为整体布置草图、整车布置草图。

绘制汽车总布置草图是汽车总体设计和总布置的重要内容，其主要任务是根据汽车的总体方案及整车性能要求提出对各总成及部件的布置要求和特性参数等设计要求；协调整车与总成间、相关总成间的布置关系和参数匹配关系，使之组成一个在给定使用条件下的使用性能达到最优并满足产品目标大纲要求的整车参数和性能指标的汽车。

而总体布置草图确定的基本尺寸控制图是造型设计的基础。

        总体布置草图的主要布置内容包括：

车厢及驾驶室的布置，主要依据人机工程学来进行布置，在满足人体的舒适性的基础上，合理的布置车厢和驾驶室。

承载式车身底板的布置、前后悬架的布置、制动系的布置、电池、备胎和行李箱等的布置、空调暖风装置的布置。

        2.2.2 造型设计

        汽车的造型设计是汽车研发中至关重要的环节，包括外形和内饰设计两部分。

而造型设计过程也分为设计和模型制作两个阶段。

汽车造型设计师根据要设计的车型，首先收集同类车型的图片资料，对同类车型进行造型上的比较，根据这些车型在市场上的受欢迎程度，总结出目前的流行的一些设计趋势以及时尚元素，作为设计的主题或关键词。

比如简洁、复古、前卫等词语。

        设计阶段包括设计草图和设计效果图两个阶段，设计草图是设计师快速捕捉创意灵感的最好方法，最初的设计草图都比较简单，它也许只有几根线条，但是能够勾勒出设计造型的神韵，设计师通过设计大量的草图来尽可能多的提出新的创意。

每个设计师都会对少数几个自己认为比较好的草图进行完善，包括绘制多个角度的草图，进一步推敲车身的形体，突出造型特征等等。

        草图绘制到了一定阶段后，设计工作室内部会进行一次讨论，将从设计师的设计草图中挑出几个相对较好的创意，进行深入的设计。

接下来就是绘制被选中的草图的精细设计效果图，随着计算机辅助设计的发展，以及其所带来的方便和快捷，越来越多的设计师开始使用各种绘图软件进行效果图的绘制。

设计师绘制精细效果图的目的是为了让油泥模型师或者数字模型师（其使用3D软件将设计师的设计由效果图变为3维的电脑数据模型，这种模型能够直接将数据输入5轴铣削机，铣削出油泥模型）看到更加清晰的设计表现效果，以便保证以后的模型能够更好的与设计师的设计意图相一致。

设计效果图绘制完毕以后要进行一次评审，这次评审会决定让其中的几个方案进行1：

5的油泥模型制作。

        2.3 工程设计阶段

        2.3.1 总布置设计

        在前面总布置草图的基础上，深入细化总布置设计，精确的描述各部件的尺寸和位置，为各总成和部件分配准确的布置空间，确定各个部件的详细结构形式、特征参数、质量要求等条件。

主要的工作包括电池详细布置图、底盘详细布置图，内饰布置图、外饰布置图以及电器布置图。

        2.3.2 车身造型数据生成 

        车身或造型部门在油泥模型完成后，使用专门的3维光学扫描仪对油泥模型进行扫描，扫描的数据包括外形和内饰两部分。

测量生成的数据称为点云，工程师根据点云使用汽车A面制作软件，比如Alias、UG、Catia等来构建汽车的外形和内室模型。

在车身造型数据完成以后，通常要使用这些数据来重新铣削一个模型，目的是验证车身数据是否有错误。

这个模型通常使用代木或者高密度塑料来进行加工，以便日后保存。

        2.3.3 白车身工程设计　

        所谓白车身指的是车身结构件以及覆盖件的焊接总成，包括发动机罩、翼子板、侧围、车门以及行李箱盖在内的未经过涂装的车身本体。

白车身是保证整车强度的封闭结构。

白车身由车身覆盖件、梁、支柱以及结构加强件组成，因此该阶段的主要工作任务就是确定车身结构方案，对各个组成部分进行详细设计，使用工程软件比如：

UG、CATIA等完成3维数模构建，并进行工艺性分析完成装配关系图及车身焊点图。

        2.3.4 底盘工程设计

        底盘工程设计的内容就是对底盘的4大系统进行详细的设计，包括：

传动系统设计、行驶系统设计、转向系统设计以及制动系统设计。

主要工作包括:

（1）对各个系统零部件进行包括尺寸、结构、工艺、功能以及参数等方面的定义；

（2）根据定义进行结构设计以及计算，完成3维数模；

        （3）零部件样件试验；

        （4）完成设计图和装配图。

        其中传动系统的主要设计内容为电动机、驱动桥，行驶系统的主要设计内容为悬架设计，转向系统的主要设计内容为转向器以及转向传动机构的设计，制动系统的设计内容包括制动器以及ABS的设计。

汽车在行驶过程中，通过一定的传动比来满足不同行驶工况的需要。

传动比起到减速增矩的作用。

尽管电机一般都具有较宽的调速范围，但在纯电动汽车的设计过程中要选择合理的传动比，一方面满足不同工况要求，另一方面使得电机在不同工况运转时，尽量处于高效率范围内，以获得较高的转化效率，减小功率损失。

        电机功率的选择将对电动汽车的动力性和经济性有着重要的影响。

对于纯电动汽车用电机，在选择电机的功率时还要考虑以下几个因素:

a、最高车速；b、加速性能；c、由于汽车的行驶工况较为复杂，需要电机具有一定的过载能力。

        由于电动汽车在行驶过程中所遇到的阻力随车速的变化而变化，变化范围很宽，单靠电动机的力矩变化无法满足电动汽车的行驶性能要求。

为了满足电动汽车的行驶性能，同时也使驱动电机经常保持在高效率的工作范围内工作以减轻驱动电机和动力电池组的负荷，电动汽车在电动机和驱动轮之间需要安装减速器和变速器。

        电动汽车的传动系参数匹配设计主要包括变速器的匹配设计和主减速器的匹配设计。

在电动机输出特性一定时，传动系传动比的选择主要取决于电动汽车的动力性要求，即最大传动比取决于整车的最大爬坡度，最小速比取决于整车的最高车速。

         2.3.5 电器工程设计

        电器工程负责全车的所有电器设计，包括电池、控制器、雨刮系统、空调系统、各种仪表、整车开关、前后灯光以及车内照明系统。

电动汽车要求动力电池系统具有较高的比能量和比功率，以满足汽车的续驶里程和动力性的要求，同时也希望动力电池系统具有与汽车使用寿命相当的充放电循环寿命，拥有高效率、良好的性价比以及免维护特性。

        在电动汽车上，电池系统是一项关键核心的部件。

特别是在纯电动汽车上，蓄电池作为惟一的动力源而尤为重要。

出于实际运行的需要，电动汽车对电池性能提出了一定的要求，主要包括：

（1）能量密度高，以提高运行效率和续航里程；

（2）输出功率密度高，以满足驾驶性能要求；（3）工作温度范围宽广，以满足夏季高温和冬季低温的运行需要；（4）循环寿命长，保证电池的使用年限和行驶总里程；（5）无记忆效应，以满足车辆在使用的时候常处于非完 全放电状态下充电需要；（6）自放电率小，满足车辆较长时间的搁置需求；此外，还要求电池安全性好、可靠性高以及可循环利用等。

        动力电池是纯电动汽车最主要的能量源，其性能直接影响整车动力性，是电动汽车发展的关键技术。

其性能指标主要包括比能量、能量密度、比功率、功率密度、循环充放电次数及成本等。

其中锂离子电池的高能量和充放电速度快等优越性能得到越来越多的关注，是目前市场前景最好的一种产品。

        动力电池系统的电压等级要与电动机电压等级相一致且满足电动机电压变化的要求。

由于电动空调、电动真空泵和电动转向助力泵等附件的功率消耗，所以电池组的总电压要大于电动机的额定电压。

动力电池一般有能量型与功率型两种，为满足纯电动汽车的行驶，要求采用能量型电池，匹配时主要考查其能量要求，即电池应具有较大的容量，以增加车辆的续驶里程。

电池容量与其功率成正比，容量越大，其输出的功率大，所以其输出功率均能满足整车电力系统的要求，因此主要是根据其续驶里程来确定电池容量，并且确定的电池容量还须符合市场现有产品的标准，并通过对现有产品反复验证进行设计。

        经过以上各个总成系统的设计，工程设计阶段完成，最终确认整车设计方案。

此时可以开始编制详细的产品技术说明书以及详细的零部件清单列表，验证法规。

确定整车性能后，将各个总成的生产技术进行整理合成。

        工程设计阶段完成以后进入样车试制和试验阶段，样车的试制由试制车间负责，根据工程设计的数据和试验需要制作各种试验样车。

样车的试验包括两个方面：

性能试验和可靠性试验。

性能试验，其目的是验证设计阶段各个总成以及零部件经过装配后能否达到设计要求，及时发现问题，做出设计修改完善设计方案。

可靠性试验的目的是验证汽车的强度以及耐久性。

试验应根据国家制定的有关标准逐项进行，不同车型有不同的试验标准。

根据试制、试验的结果进行分析总结，对出现的各种问题进行改进设计，再进行第二轮试制和试验，直至产品定型。

        汽车的试验形式主要有试验场测试、道路测试、风洞试验、碰撞试验等。

各个汽车企业都有自己的试验场，试验场的不同路段分别模拟不同路况，有沙石路、雨水路、搓板路、爬坡路等等。

                                                                                                                        国内某汽车企业试验场 

        道路测试是样车试验最重要的部分。

通常要在各种不同的区域环境中进行，在我国北到黑龙江南到海南岛都有进行道路测试，以测定在不同气候条件下车辆的行驶性能以及可靠性。

试验阶段完成以后，新车型的性能得到确认，产品定型。

        2.5 投产启动阶段

        投产启动阶段的主要任务是进行投产前的准备工作，包括制定生产流程链，各种生产设备到位、生产线铺设等等。

在试验阶段就同步进行的投产准备工作包括，模具的开发和各种检具的制造。

投产启动阶段大约需要半年左右的时间，在此期间要反复的完善冲压、焊装、涂装以及总装生产线，在确保生产流程和样车性能的条件下，开始小批量生产进一步验证产品的可靠性，确保小批量生产3个月产品无重大问题的情况下，正式启动量产。

至此，一辆电动汽车的研发过程结束，开始进入批量生产阶段。

        电动汽车市场发展潜力巨大，电动汽车车辆使用成本的比较优势明显。

随着电动汽车技术的进步及完善，依靠国家政策的大力扶持、社会的广泛参与，电动汽车将在国家“十二五”的大好形势下获得广阔的发展空间。