2019年福特新能源汽車系統及控制設計.pdf

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1、新能源汽車系統及控制設計新能源汽車系統及控制設計全球汽車行業正處在三個相互交織的科技變革之中：電動化的動力總成技術、自動駕駛的智能化技術、以及信息和數據相關的網聯化技術汽車技術發展的新“三化”智智能能化化：汽汽車車終終將將實實現現無無人人駕駕駛駛福福特特在在開開發發自自動動駕駕駛駛汽汽車車的的道道路路上上已已取取得得了了顯顯著著進進展展。我我們們期期待待更更多多合合作作，致致力力于于發發揮揮自自動動駕駕駛駛汽汽車車的的全全部部潛潛能能20042004200520052006200620072007200820082009200920132013201520152016201620172017福

2、福特特汽汽車車自自動動駕駕駛駛技技術術的的發發展展旅旅程程智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司福福特特在在業業內內首首次次進進行行無無人人駕駕駛駛車車輛輛的的雪雪地地測測試試智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界互互聯聯化化：從從物物聯聯網網到到車車聯聯網網智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司提提升升用用戶戶體體驗驗改改善善駕駕駛駛性性能能

3、和和安安全全性性自自行行診診斷斷和和預預定定維維修修服服務務提提高高燃燃油油經經濟濟性性提提供供自自動動駕駕駛駛的的云云計計算算平平臺臺互互聯聯化化：無無限限可可能能只只有有您您想想不不到到的的，沒沒有有做做不不到到的的“早早上上好好，KarenKaren！您您今今天天的的行行程程非非常常忙忙碌碌”“您您冰冰箱箱里里的的牛牛奶奶不不多多了了，需需要要去去超超市市再再買買點點嗎嗎？”互互聯聯化化：卓卓越越的的用用戶戶體體驗驗智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司SYNC用

4、用戶戶通通過過語語音音指指令令無無需需動動手手就就能能撥撥打打電電話話播播放放音音樂樂激激活活其其他他應應用用程程序序智智能能化化：SYNCSYNC遠遠程程啟啟動動/關關閉閉引引擎擎遠遠程程鎖鎖定定/解解鎖鎖車車輛輛定定位位車車輛輛檢檢查查油油量量智智能能化化：福福特特派派自自由由出出行行空空氣氣污污染染交交通通堵堵塞塞資資源源緊緊缺缺電電氣氣化化被被視視為為可可持持續續化化自自由由出出行行解解決決方方案案的的關關鍵鍵要要素素智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司201

5、62016-20262026年年新新能能源源汽汽車車市市場場份份額額增增長長0%0%5%5%10%10%15%15%20%20%25%25%Increasing amount of city Increasing amount of city restrictions expected restrictions expected 20162016201720172018201820192019202020202021202120222022202320232024202420252025 20262026新新能能源源汽汽車車市市場場占占比比700萬臺新能源車數數據據來來源源：IHS IHS 新

6、新能能源源汽汽車車市市場場20172017年年預預測測報報告告中中國國新新能能源源汽汽車車市市場場的的快快速速增增長長智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司混混合合動動力力chargercharger插插電電式式混混合合動動力力chargercharger純純電電動動改善內燃機運行效率用電機和電池代替發動機剎車過程中回收車輛動能電電氣氣化化：汽汽車車行行業業的的可可持持續續性性發發展展智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制

7、制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司2020世世紀紀初初期期電電氣氣化化概概念念汽汽車車2020世世紀紀6060年年代代福福特特ComutaComuta 概概念念電電動動車車19981998福福特特RangerRanger純純電電動動面面世世20042004第第一一輛輛混混合合動動力力SUVSUV-福福特特 Escape HybridEscape Hybrid20052005福福特特福?？丝怂顾谷既剂狭想婋姵爻剀囓?0122012福福特特FusionFusion混混合合動動力力車車&插插電電式式混混合合動動力力車車福福特特CC-MaxMax混混合合動動

8、力力車車&插插電電式式混混合合動動力力車車福福特特福?？丝怂顾辜兗冸婋妱觿榆囓?020202013款電氣化新車型福特汽車計劃于2020年之前在全球范圍內投資45億美元用于發展電氣化業務電電氣氣化化：福福特特電電氣氣化化進進程程2025 2025 年年長長安安福福特特全全系系車車型型都都將將提提供供電電動動版版本本中中國國電電氣氣化化戰戰略略關關鍵鍵要要點點超過1,000項電動汽車方面的專利全球擁有三個核心電氣化技術中心自2013年上市以來，福特Fusion Energi成為美國市場銷量最高的PHEV之一在美國現已售出超過600,000臺電動汽車電電氣氣化化：福福特特汽汽車車是是電電氣氣化化領領

9、域域的的全全球球領領導導者者智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司ECOBOOSTECOBOOST智智能能發發動動機機混混合合動動力力電電動動車車插插電電式式混混合合動動力力電電動動車車純純電電動動車車電電氣氣化化：澎澎湃湃動動力力，盡盡在在選選擇擇智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司 發發動動機機和和車車輪輪機機械械解解耦耦 發發動動機機功功

10、率率通通過過電電力力路路徑徑（發發電電機機到到電電動動機機）傳傳遞遞到到車車輪輪BatteryTranselectric machineBatteryTranselectric machine串串聯聯 發發動動機機通通過過變變速速器器和和車車輪輪機機械械耦耦合合 發發動動機機的的輸輸出出與與電電機機并并聯聯結結合合，再再傳傳遞遞到到車車輪輪TransBatteryTransBattery并并聯聯 發發動動機機通通過過行行星星齒齒輪輪和和車車輪輪機機械械耦耦合合 發發動動機機的的輸輸出出同同時時通通過過電電力力路路徑徑（串串聯聯）和和機機械械路路徑徑（并并聯聯）傳傳遞遞到到車車輪輪Battery

11、PlanetaryG earG earBatteryPlanetaryG earG ear串串聯聯 并并聯聯*根根據據發發動動機機功功率率與與電電機機結結合合方方式式分分類類功功率率分分流流式式混混合合動動力力系系統統：結結構構簡簡單單而而巧巧妙妙，燃燃油油經經濟濟性性最最大大化化、駕駕駛駛平平順順、增增加加駕駕駛駛樂樂趣趣混混合合動動力力類類型型*Mondeo Energi新蒙迪歐插電混動版Electrified Powertrain System Configuration&SizingSubsystem Characteristics&EfficiencyVehicle Controls

12、&Calibration置置太太陽陽輪輪齒圈齒圈行行星星齒齒輪輪系系統統發發電電機機發發動動機機電電氣氣連連接接機機械械連連接接新新蒙蒙迪迪歐歐插插電電混混動動版版基基于于福福特特先先進進的的電電氣氣化化技技術術：簡簡單單高高效效馬馬達達charger置置太太陽陽輪輪齒圈齒圈行行星星齒齒輪輪系系發發電電機機發發動動機機電電氣氣連連接接機機械械連連接接馬馬達達charger電電氣氣化化駕駕駛駛：響響應應迅迅速速、行行駛駛平平順順、充充滿滿樂樂趣趣的的動動態態體體驗驗電電動動汽汽車車驅驅動動器器太太陽陽輪輪齒圈齒圈行行星星齒齒輪輪系系generator發發動動機機電電氣氣連連接接機機械械連連接接馬

13、馬達達charger混混合合動動力力駕駕駛駛:順順暢暢、高高效效、富富有有駕駕駛駛樂樂趣趣混混合合驅驅動動rsc +=)1(1)1(逆逆變變控控制制器器斷斷開開離離合合器器：接接合合與與脫脫離離駕駕駛駛中中斷斷源源頭頭有有級級傳傳動動：換換擋擋駕駕駛駛中中斷斷源源頭頭發發動動機機工工作作：有有限限的的級級速速比比效效率率提提高高受受限限電電動動汽汽車車驅驅動動器器混混合合驅驅動動動動力力分分離離電電氣氣化化動動力力總總成成：在在純純電電動動行行駛駛的的響響應應速速度度、平平順順性性方方面面要要優優于于P2GeneratorEngineSunRingPlanetaryRingHV battery

14、TractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)E El le ec ct tr ri ic c D Dr ri iv ve eMechanical pathElectrical path動動力力耦耦合合系系統統工工作作模模式式GeneratorEngineSunRingPlanetaryRingHV batteryTractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)H Hy yb br ri id d D Dr ri iv v

15、e eMechanical pathElectrical path動動力力耦耦合合系系統統工工作作模模式式GeneratorEngineSunRingPlanetaryRingHV batteryTractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)E El le ec ct tr ri ic c B Bo oo os st tMechanical pathElectrical path動動力力耦耦合合系系統統工工作作模模式式GeneratorEngineSunRingPlanetaryRingHV battery

16、TractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)I Id dl le e C Ch ha ar rg gi in ng gMechanical pathElectrical path動動力力耦耦合合系系統統工工作作模模式式GeneratorEngineSunRingPlanetaryRingHV batteryTractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)R Re eg ge en ne er ra at ti io on

17、 nMechanical pathElectrical path動動力力耦耦合合系系統統工工作作模模式式HV busContactorcommandGenerator controlEnginecommandFrictiontorquecommandMotor controlBrakesubsystemHydraulicsVehiclesystemcontroller(VSC)Ignition keyPRNDLAccelerator pedalClimate controlBrake pedalVehicle statusPowersplit transaxleBatterysubsystem

18、Engine subsystemSpeed control整整車車控控制制架架構構動動力力耦耦合合機機構構的的整整車車控控制制Dynamic performanceEconomyBattery lifeAuxiliary functionality整整車車控控制制的的關關鍵鍵目目標標 Explain requested driving/regeneration power/torque via driver input Power/torque control strategy to guarantee planet gear set output torque matches driving

19、/regeneration demand Power distribution strategy to maintain battery in proper status Power strategy to charge/discharge battery when necessary Power distribution strategy to avoid unnecessary fuel consumption(idle,crawl)Optimize engine operation point to achieve high fuel efficiency Integrated powe

20、r demand evaluation,contain main auxiliary power consumption Engine start strategy via thermal request整整車車控控制制Driver request analysis:estimate demanded mechanic power output on planet gear set to achieve expected dynamic performance.Engine power evaluate:decide current engine power target via drivin

21、g/regeneration demand,auxiliary consumption and battery charge/discharge request.Engine operation point optimization:decide engine speed and torque control target to achieve high fuel efficiency in certain power requestPlanet gear set dynamic calculation:decide generator and motor control target in

22、accordance with planet gear set dynamic function to realize expected power/torque output and engine efficiency 整整車車控控制制-D Da at ta a f fl lo ow wElectric boostEngine power targetDrive/regendemandAux demandBattery preferred power Target engine powerTarget engine power Charge during driveEngine power

23、targetDrive/regendemandAux demandBattery preferred power Target engine powerLower power limit to stop engine max power limit to stop engine Lower power limit to stop engine max power limit to stop engine Engine power targetDrive/regendemandAux demandBattery preferred power Target engine power=0Pure

24、electric driveEngine power targetDrive/regendemandAux demandBattery preferred power Target engine power=0Regeneration能能量量管管理理瀑瀑布布圖圖Engine operation point optimizatione.g.Engine power request is 40kw Optimized speed is around 2500rpmAccording to engine map on the left side發發動動機機工工作作點點優優化化GeneratorEng

25、ineSunRingPlanetaryRingHV batteryTractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)?_?/?_?_?_?/?_?_?_?_?7!?!#?:?_?,?_?,?_?,?_?;?_?,?_?,?_?4&?(!?!#?:?_?decided by drive/brake request?_?decided by current vehicle speed?_?and?_?known as engine optimized operation pointMotor&generator c

26、ontrol target solution get from dynamic functionsMotor&generator control target solution get from dynamic functionsunique solution available3?!?&?*?行行星星齒齒輪輪動動力力學學關關系系GeneratorEngineSunRingPlanetaryRingHV batteryTractionmotorIntermediate shaftOutput gears(helical transfer gears)Mechanical pathElectri

27、cal pathEngineMotorGeneratorTorque0?_?_?/?0Speed0?,(_?,(_?_?_?Power0./?_?_(?0When:?_?_?=00,(_?_?=0Electric Mode整整車車控控制制-純純電電驅驅動動EngineMotorGeneratorTorque?_?_?_?_?/?_?_?_?_?_?_?_?_?_?Speed0,(_?_?,(_?0,(_?_?_?_?_?,(_?_?_?Power./?_?_?./?_?_(?_?_?,(_?_?_?-(./?_?_?_?_?,(_?_?12?_?)Case 1:./?_?_?|Generato

28、r power|HV battery discharge(electric boost)Case 2:./?_?_?./?_?_(?|Motor power|Generator power|HV battery charging during vehicle driveCase 3:./?_?_?=./?_?_(?|Motor power|=|Generator power|HV battery idle(Engine drive)Hybrid Drive整整車車控控制制-混混合合驅驅動動Idle Charging ModeEngineMotorGeneratorTorque?_?_?0?_?

29、_?_?_?_?Speed0,(_?_?00,(_?_?_?_?_?Power./?_?_?0-./?_?_?Where:total drive/regen power=0整整車車控控制制-駐駐車車充充電電EngineMotorGeneratorTorque0?_?_?/?0Speed0?,(_?,(_?_?_?Power0./?_?_?0Regeneration Mode整整車車控控制制-能能量量回回收收4110001500200025003000350040004500500055006000020406080100120140160180發發動動機機扭扭矩矩(牛牛米米)最最佳佳制制動動燃

30、燃油油消消耗耗率率x智智能能專專利利系系統統確確保保能能源源效效率率的的智智能能控控制制系系統統優優化化x發發動動機機優優化化發發動動機機轉轉速速（每每分分鐘鐘轉轉速速）42智智能能智智能能控控制制行行駛駛效效率率和和駕駕駛駛體體驗驗 Engine SpeedEngine Torque BSFC Engine SpeedEngine Torque BSFCANC主動噪音消除不約束發動機工作，實現更高的效率Engine Torque發動機轉矩Engine Speed發動機轉速BSFC有效燃油消耗率43電動汽車模式普普通通插插電電式式混混合合動動力力汽汽車車普普通通插插電電式式混混合合動動力力汽汽

31、車車電電動動汽汽車車區區域域識識別別智智能能優優化化控控制制規規劃劃伺伺機機充充電電SOC混混合合模模式式電電動動汽汽車車模模式式混混合合模模式式智智能能實實現現定定制制化化的的智智能能優優化化44智智能能智智能能化化自自適適應應優優化化，提提高高效效率率駕駛員在山地行駛時，打開該系統后，可以根據路況，自動調整設定車速，提高駕駛效率。E EC CO O自自適適應應巡巡航航控控制制系系統統45能能源源輔輔助助人人車車互互聯聯駕駕駛駛員員設設置置加加速速和和制制動動輔輔助助得得分分能能源源輔輔助助：通通過過人人機機界界面面反反饋饋使使駕駕駛駛員員參參與與其其中中并并顯顯著著提提高高行行駛駛全全電電

32、動動性性能能。46制制動動輔輔助助人人車車互互聯聯提高再生能源獲取Regen CaptureTimePercent of Available Regen Captured2010MY Fusion2013MY Fusion駕駕駛駛員員制制動動輔輔助助47新新蒙蒙迪迪歐歐插插電電混混動動版版 提提供供出出色色的的功功能能配配置置倒車影像功能胎壓監測系統倒車雷達感應系統BLIS盲區監測系統帶行人檢測功能的防碰撞輔助系統*48蒙蒙迪迪歐歐插插電電混混動動版版 提提供供出出色色的的功功能能配配置置語音導航SYNC3MyFordMobileEV 模式 選擇E-shifter 旋鈕式換檔器SmartGau

33、gewith EcoGuide49EV MODEREGULAR PHEV普普通通插插電電式式混混合合動動力力汽汽車車駕駕駛駛員員選選擇擇模模式式智智能能優優化化控控制制規規劃劃伺伺機機充充電電SOC混混合合模模式式電電動動汽汽車車模模式式混混合合模模式式EVEV混混合合動動力力新新蒙蒙迪迪歐歐插插電電混混動動版版提提供供多多種種EV模模式式選選擇擇智智能能汽汽車車服服務務智智能能世世界界鄺鄺明明朗朗自自動動駕駕駛駛車車輛輛及及控控制制部部門門車車輛輛控控制制及及架架構構技技術術主主管管福福特特汽汽車車公公司司“當審視現狀時，比起目前取得的成就，更讓我們自豪的是，面對人類發展的新機遇，我們有著冷靜而清楚的認識?！焙嗪嗬?福福特特:自自由由出出行行推推動動人人類類進進步步