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从自主品牌电动车研发看新能源整车项目管理

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2014年06月15日    作者:侯雪璐    来源:上海汽车

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  随着汽车市场竞争的不断加剧,产品更新换代周期的缩短,要求各整车企业迅速、及时地推出新产品以满足用户需求,这无疑对项目管理在汽车产品研发中的应用提出了更高的要求。汽车产品项目管理及设计开发方法是一项复杂的系统工程。科学合理的项目管理及设计开发方法是优质、高效开发汽车产品的基础。如何从研发体系、流程、手段和验证方式上满足市场对汽车产品的需求,是汽车项目管理的新课题。


  2010年 6月 1日,国家财政部、工信部、科技1. 1项目概述部、发改委正式出台了《关于开展私人购买新能源插电式混合动力车主要在原型传统车的基础汽车补贴试点的通知》。《通知》明确,中央财政对上,将传统动力总成系统更换为混合动力总成系试点城市私人购买、登记注册和使用的插电式混统。该套混合动力总成系统包含传统的发动机、合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴。用于纯电驱动的储能电池、作为动力切换和输出补贴标准根据动力电池组能量确定,对满足支持的电驱动单元、实现整车各模式运行的控制单元条件的新能源汽车,按3 000元/kW·h给予补贴。及高压线束、充电单元等。插电式混合动力乘用车每辆最高补贴 5万元,纯电动乘用车每辆最高补贴6 万元。


  《通知》的出台,标志着国家对节能减排新能源汽车的促进机制已落实到了实处。这无疑给整车生产企业及其研发中心带来了巨大的机会与挑战。更多的自主品牌整车企业,亦希望通过新能源汽车的研发,不断提升自主整车研发和集成的能力。为响应新能源汽车的时代号召,新能源整车的项目管理必须从开发方式和流程体系上有突破,才能尽快满足新能源整车的产业化要求。


  1 插电式混合动力整车项目


  1. 1 项目概述


  插电式混合动力车主要在原型传统车的基础上,将传统动力总成系统更换为混合动力总成系统。该套混合动力总成系统包含传统的发动机、用于纯电驱动的储能电池、作为动力切换和输出的电驱动单元、实现整车各模式运行的控制单元及高压线束、充电单元等。


  同时,配合混合动力总成系统的整车布置与整车性能需求,原型车的下车体架构件、空调及热管理系统、转向系统、制动系统、燃油系统、进排气系统、传动系统、换档机构、电源管理系统及车身电器系统都需要进行全新开发。


  由此可见,从整车开发角度而言,插电式混合动力项目不仅仅是一个单纯的动力总成切换项目,而是一个从架构开发开始的全新项目,见图1。

      1.2项目难点


  从插电式混合动力项目的主要更改内容可以看出,涉及到全新开发或更改的系统较多。而这些系统的设计远比传统车上的系统设计复杂,重要的是没有参考。比如 :混合动力系统中的储能电池、电驱动单元、控制模块等,制动系统中的制动能量回收、电空调和热管理系统、电源管理系统等,都是全新概念,没有在任何整车中实现产业化,有的还处于前期的概念研究中 ;因此,从系统设计角度,在与合作供应商进行概念设计、方案确认、设计验证等技术沟通和跟踪上都存在难度。


  插电式混合动力项目是完全由本土自主研发的项目。纵观目前整车开发的情况,自主品牌的打造,大约 4~5年时间推出了 3款新车型,主要是通过技术引进、消化和国产化的方式。本土对于整车开发流程的制定、阐释和实施、对于整车开发理念的理解和融会贯通,在传统车上尚未成熟运用。现在,又要运用整车开发流程和体系支持插电式混合动力整车的产业化开发,而目前的流程体系、专业人才、软硬件设备、试验方法、数据库、知识库、供应商体系等,在完全支持混合动力整车的开发上存在不足,需要在整车项目管理方式和方法上有创新与侧重点,以满足现有开发能力下的整车项目要求。


  2项目管理关注点


  2. 1系统设计


  ( 1)确定边界条件。由于需要全新设计的系统较多,各系统之间的边界条件、接口定义显得尤为重要。此处的边界条件与接口定义既包括物理零件的连接方式、尺寸边界等的有形边界,也包括功能定义、控制器软件、信号协议等的无形边界。


  在系统概念设计的初期,边界条件的有效定义,才能使各系统的自身开发有的放矢。特别是混合动力系统与传统系统的接口定义,在系统开发初期必须明确而且在设计过程中必须坚守。


  比如混合动力系统中的电驱动单元,作为混合动力整车核心零件,完全属于全新开发。在其进行结构方案设计初期,其与传统悬置系统的装配连接方式、尺寸间隙要求等边界条件,都必须先定义明确。装配方式、连接件的强度要求,都必须在此时决定,这样才能使悬置的设计和电驱动单元的设计保持同步且符合系统的要求。


  比如混合动力系统中的控制单元,作为混合动力整车的又一核心零件,其控制策略属于全新开发。在进行控制策略开发与信号参数定义初期,与传统整车上各控制器之间的信号需求都必须定义明确。只有确定了信号数量、信号质量、信号安全等级等,才能搭建完整的网络信号架构,指导各控制器的信号设置和软硬件开发,确保控制器之间的通讯没有障碍。


  ( 2)明确试验方法。由于新能源车的系统概念均为全新设计,与传统车的差异就在于这些系统概念,各项参数指标不一定具有现成完备的验证方法和可供测试的工具。因此,在进行开发的同时,必须考虑到所进行的设计是否能够通过现有的手段进行测试。如果没有,是调整设计方案还是开发相应的试验标准和设备,必须在设计方案时同时考虑。


  比如混合动力系统中的电驱动单元,在进行此零件的设计时,必须明确是否按照传统变速器的参数指标对其进行衡量,是否可按传统的验证台架进行动力系统的试验,是否可按传统整车对变速器的试验规范进行整车试验。


  ( 3)跟踪设计。以上两方面,目前有一个有效的方式进行跟踪,即潜在失效模式的分析 ( DFMEA)。此项工作的基础,即要明确所设计系统的边界条件 ;其次搭建结构树,总结历史失效模式和潜在失效模式,并给出失效模式的测试标准。因此,必须重视零部件级别和系统级别的潜在失效模式分析工作。


  2. 2同步意识


  项目管理中一直强调同步开发。这里的同步有两种含义 :一种含义是指设计开发中的各个职能部门应该同步,比如零件的设计师、采购员、质量检测员、制造者应在相对一致的时间参与到零件的开发中,在设计前期就输入制造工艺等的要求;另一种含义是指针对项目开发中的各个重要阶段,各个职能部门的交付应该保证时间上和状态上的同步,比如架构分析、虚拟装配、虚拟分析所需的数据同步,实物造车所需的零件同步,整车验证所需的零件状态同步等 ;这两种同步,可以理解零件开发的纵向和横向同步。


  目前,对于第一种同步,共识较为明确,可以较好地做到在设计各个节点收集多方输入,并于发布点前进行各方的确认。而对于第二种同步,还缺乏共识。


  例如,在进行虚拟分析时,各个系统的最新数模必须都在数据系统中按时发布,才能进行统一分析并得出正确的结果。不能因为系统的复杂程度不同,而放弃同步点。显而易见,悬置系统与电驱动单元的数模如果没有保证时间上的同步,那么虚拟分析无法按计划开展,影响项目进度。如果没有保证状态上同步,那么即使有了结果,也是不可靠的。这对于电驱动单元这种全新开发零件的影响很大,重复劳动是其次,重要的是结论的不准确,对设计方案都有翻盘的可能。


  项目中各个重要节点及发布验证环节都会因横向的不同步而受到影响,浪费原本就比传统车高的开发成本和珍贵的开发时间。不过,每个节点的同步表现形式不同,不再做进一步阐述。需要提出的是,保持横向的同步,可以避免概念设计中的完美主义。毕竟做产业化的新能源汽车开发不是单纯的科学研究。保持横向的同步,还可以保证各个职能部门在项目运行中的相对平衡。


  2. 3虚拟分析能力


  虚拟分析随着计算机仿真分析技术的成熟而逐步运用在整车开发流程中。虚拟分析的引入,丰富了整车验证的方式,可缩短整车开发周期,降低开发成本。


  目前,虚拟分析被大量地运用在结构耐久、碰撞安全、流体力学、NVH分析等方面。但是,在电气功能、热管理、控制策略、EMDQ、整车动力性、操控性等方面,虚拟分析的能力还不足,尚不能对设计方案进行有效分析。若缺少这些性能的虚拟分析,整车的大部分性能指标只能通过实物进行验证,这对于混合动力整车十分不利。首先,实物验证的成本高,其次,零件原本就是全新开发,开发周期较长,一旦实物验证失败,时间损失大。因此,长远考虑,必须增强整车各性能的虚拟分析能力。同时,也必须寻找一种有效的验证方式,缩短虚拟分析到实物验证之间的间隔。


  图 2给出了一种适合于混合动力整车性能验证的方式。由于混合动力系统零件在开发阶段造价高,验证成本大,故在进行实物验证之前,尽可能全面地采用虚拟分析进行验证和方案调整。在进行实物验证之时,尽可能通过配重、模拟样件等方式,在原型车上进行部分改装,借用原型车的动力系统性能验证。比如,储能电池的支架强度、电压缩机 NVH问题等。具体验证方法可视零件的状态和验证环境需求进行模拟和改制原型车。这样,既可以减少开发阶段混合动力样车的数量,从而降低成本,也可以提前发现并解决问题。

 

      2. 4系统集成与验证能力


  系统集成与验证,是指在完成单个零件试验之后,装于整车进行整车试验之前,需要将系统中所有零件集成进行试验验证。目前,自主品牌在系统零件集成和台架试验上并不充分。而新能源整车对系统验证的需求却高于传统车。


  比如高压系统,这是新能源整车特有的系统,其 EMC和绝缘等的试验就需要先进行系统级的验证。按照传统车开发方式,通常单个电气零件在完成 EMC测试后,便将各零件装于整车,在整车环境下进行整车 EMC测试。即,将分别完成 EMC、绝缘等测试的储能电池、高压线束、电机及其控制器、充电单元等装于整车进行验证。这对于新能源车的开发是有风险的。因为,无法保证以上高压器件组成的高压系统是否满足 EMC、绝缘要求,若直接装于整车,和低压器件一并测试,绝缘问题将影响整车其他零件,直接上升至整车的高压安全问题。


  换而言之,单个零件的设计,零件工程师进行了详细的失效模式分析和有效的试验验证。但是,系统的集成没有定义集成工程师进行系统级的潜在失效模式分析、系统的试验方法制定、系统试验台架的搭建。因此,必须要加强系统集成与验证的能力,以减小整车验证的压力,缩短验证周期。


  2.5供应商合作控制


  供应商对于自主品牌新能源整车开发而言,尤为重要。与供应商的交流及对其开发进度控制的好坏,影响到整车方案的优劣、整车开发的进度和质量。


  由于新能源关键零部件,比如电机及其控制器、电池及其管理模块、电驱动变速器、整车热管理等零件或系统,掌握这些零件可产业化技术并具备相应研发能力的供应商为数不多。目前自主品牌尚缺这些研发能力,因此供应商在配合整车厂开发时,有较大的话语权,导致在项目进度上得不到有效控制。


  整车厂的工程研发人员必须从研发、试验到生产各个阶段与供应商,尤其国外供应商建立良好的沟通和供应往来机制。一方面,通过与供应商的共同开发和现场学习,可以提升自己的研发能力,掌握新能源关键技术;另一方面,通过和供应商制定详细的工作计划,定期现场检查项目进展的方式,可以提高对供应商零件开发的进度控制力度。采购和质量人员也应对供应商的相应体系进行了解与学习,从而提高自己对新能源零件的质量管理能力和质量标准建立。


  3 结语


  备受关注的《汽车与新能源汽车产业发展规划》草案 (下称《规划》)已出炉,根据《规划》,未来 10年,中央财政将投入上千亿元,支持节能与新能源汽车核心技术的研发和推广。《规划》还对新能源汽车企业及产品的准入管理提出了新的更加苛刻的要求,新建车用动力电池、驱动电机、整车控制系统等新能源汽车关键零部件合资企业需要具有自主研发能力和知识产权。


  如此大力度的新能源汽车发展规划和刺激政策,无疑给自主品牌新能源汽车的开发带来了无限机会。作为自主品牌混合动力整车研发,建立先进的整车设计与开发流程、突破整车设计、系统集成、动力总成、电磁兼容及高压安全等关键技术研究,是刻不容缓的工作。整车厂应该重视对新能源整车的型谱规划,将新能源整车开发作为整车厂重要的工作内容之一,提高和完善新能源整车开发流程,培养新能源整车开发能力。项目管理更应考虑如何从流程体系建设、虚拟评审方法、子系统集成验证等方面提升能力,缩短新能源整车开发验证的周期,加快新能源整车的投产步伐。


  参考文献


  [1]陈清泉,孙逢春,祝嘉光.现代电动汽车技术[M].北京:北京理工大学出版社,2002.


  [2] (美)项目管理协会.项目管理知识体系指南 ( PMBOK指南 )第 4版[M].北京 :电子工业出版社,2009.


责任编辑:李静

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