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上海交大许敏:中国乘用车动力总成中长期发展规划

2020/12/11 16:18:39

2020年12月10日,由国内行业最具影响力的整车厂、高等院校、科研机构及零部件供应商60余家相关单位共同提议、吉利汽车牵头,中国内燃机工业协会乘用车动力总成专业委员会成立大会在宁波杭州湾召开。大会期间,上海交通大学汽车工程研究院院长 许敏先生《中国乘用车动力总成中长期发展规划》为题发表了主题报告。

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以下为演讲实录:

谢谢李教授的介绍!非常感谢受我们乘动会的委托让我做一个简单的报告,因为这个中长期报告应该是我们成立之后,专家委员会会员单位共同思考讨论,然后经过实验以后才能总结出来的,所以今天只能说是思考。

我们讲我们自己的规划思考之前,我们想首先简单地来回顾一下、学习一下日本的SIP他们是怎么组织,是什么样的框架结构,是怎么样分配任务的,怎么样确定技术路线,怎么样达到他们的效果,可能有很多我们可以借鉴的地方。

刚才很多人讲到他们有9家汽车制造商开始建立的AICE这样的联合企业组织,然后通过撬动政府和大学之间的合作,形成日本内阁府的战略性创新创造项目叫SIP项目,有一系列产学研结合的平台,80多家单位完全是成立在一起,就跟我们今天是一样的,我们今天成立虽然只有60家,但是马上会超过100。

这个项目主要是针对创新燃烧技术来做,这里面有四个大的项目,一个是汽油机的燃烧组,一个柴油机的燃烧组,还有专门做发动机控制的,还有减磨减损的,还有一批前瞻技术,暂时没有办法用上,但是非常有潜力的。我们今天主要讲的是汽油机组,主要是研究高效汽油机的超稀薄燃烧研究。柴油机是京都大学的石山教授做的。后面就不一一赘述了。

我们主要是做汽油机的研究,项目主持单位是庆应义塾大学,四技术路线带头单位有广岛大学、东京大学、千叶大学、九州大学,参与单位还有22所日本大学,共同研发,协同作战。采用了标准化测试手段,这样的话用同样的油、同样的设备在各个高校之间做保持结果的一致性。

主要是在技术路线方面分成几方面,点火是三个学校,爆震也有五个学校,以及发动机内部的传热的研究等等。所以涵盖的面是很广的,基本上都是在发动机燃烧领域,我们还涵盖了混合动力,刚才王总说这是对我们来讲更有挑战的地方。

这里面有四个方面。

第一,超稀薄,怎么实现超稀薄和快速燃料,主要的工作,稀薄的点火是重要的。刚才王志老师介绍了很多的点火的思路方向以及机理、点火系统具体工程化。

第二,火焰传播增强怎么样快速燃烧,这里面是传流燃烧的基本研究。

第三,化学反应机理

第四,抗爆震技术,这里面包括了模型的研究,怎么样降低传热损失,特别是在边界层里面的传热模型的建立都是很新的前沿研究。

组织技术路线,目标是实现50%热效率,实现超稀薄,采取的办法是通过行业的智慧交流,在科学原理上创造我们所要的应用技术。最后的解决方案有高能点火、高滚流,燃烧时温度控制以及燃烧时热传导的控制,实现了我们想达到的目标。他们做得非常细,在每一个小组里面都分了五年的工作计划,每年都有非常详细的小课题、方向内容。成立了两个新的组,循环波动组、建模组。这里面具体实现51%的话,在燃烧方面的贡献基本上是10%来自于燃烧,3.5%的贡献是从减摩来的。

从他们SIP组织上学到了什么呢?有几点是值得我们反思的。

第一,SIP组织体现了校企协作与大平台的优势,他们有那么多单位在一起做达到这个目标。所以说人多力量大,各方面的智慧结合在一起是非常重要的。

第二,策略是多条技术路线共同发展,互相互补。各个企业、零件商、主机厂尽量发挥各自的竞争优势,共同提升汽油机的性能。

SIP有非常完备的标准化测试设备、测试体系,共享的单缸机以及燃料。以及管理完善运行效率很高,确实做到了技术开放和兼容并包。在这样一个很好的范例的影响下,我们应该怎么样组织好我们自己的SCP的平台活动,整体思想方针就是各个主机厂、零部件商、高校研发机构协同合作、协同开发。

我们主要是希望聚焦三个技术。

第一,我们目前已经成熟被应用的前沿技术,所谓的前沿技术就是马上就可以用了,但是并不一定可以用得很好,或者用到什么程度,具体量化到什么程度,这个可能是我们企业现在关心最多的,这个我们希望通过行业企业的交流,大家互相之间互学,互相之间探讨,能够把我们的前沿技术在每一个产品上体现到最佳。

第二个是前瞻技术,我们想引领突破肯定要前瞻,我们国内很多厂家的主机厂已经接近国际水平,但是在前瞻方面做得太少。所以前瞻方面需要突破也是发挥了我们高校的作用。我想我们国内很多的高校都在做,我们有些企业也在做,我们怎么样把前瞻的技术进一步在这个平台上进行探讨、推进。

第三个就是我们今天反复提到的卡脖子技术,我们今天讨论到芯片,卡脖子技术上怎么样攻关、怎么样扶持零部件公司,怎么样把一个整零关系达到最佳,改善我们目前非常恶劣的整零关系。我们能够帮助零部件公司一起攻关,发挥各自的特长,实现技术共享,提升我国的核心竞争力,这是我们想做的。

我们要建立科学的组织架构,我们的专委会有很多,我们要做得跟别人不一样,要务实,可以推进行业发展。所以我们商讨决定方向课题开了几次会,昨天我们的闭门会议也是超时了,讨论得很激烈,形成了一些方向。分工协作组织资源,评价和分享成果。我们会定期地进行技术交流、研讨,校企之间的技术互补、人员互访、信息互通和共同发展。

我们今天成立的专业委员会,下面有专家委员会和秘书处,这两个部门一个是在管理方面,一个是在技术方面在进行统筹组织决策。这里面具体只有四个方面,主要是高效能的发动机开发,或者我们低碳的发动机开发,还有混合动力总成的关键技术攻关,节能减排技术的推广。这些更多的是应用方面,还有前瞻技术的研究,我们会提出一系列的技术需求,从市场、主机厂的需求,以及未来国家法规的要求或者中长期规划的要求提出需求,一个性能指标,我们来立项,有一些很好的技术路线或者该设计来立项申请,安全评审项目管理的方式做截题和总结,最后有财务核算和成果分享的具体做法。很多细节现在还在探讨中,还没有形成。我们形成一个团队作战,而不是单打独斗这么一个具体的平台。

目前专家委员会,我们首先以这10个单位开始,不断地引入新的单位,没有什么别的想法,开始有一个团队讨论起来,这也是前期我们讨论比较多的。

我们主要的一些研究课题,刚才说的8个课题,实际上我这里面列了一下,比这8个还多了一个,就是专委会的建设,也是很重要的课题,实际上是9个课题。

第一个是国家战略研究,研究政策研究、技术战略规划,探讨政策对企业的影响,反馈政策中不合理的内容,形成研究报告。

第二个是行业标准。我们现在没有一个非常严肃全套的办法,没有征求所有的相关企业的意见,所以我们想形成一个比较大的行业标准制定的机构、圈子,让更多的人参与进来,关键是引进一些先进的国外制定的流程和做法。

第三个是高效能发动机开发。一方面是前沿技术的推广,怎么样很快实现41%-43%。另一方面前瞻研究怎么到45%-50%,以及一些卡脖子零部件怎么办,我们的喷油系统等等这些东西一直依靠国外,是不是自己要攻关。这些方面需要进一步研究。

第四个是混合动力总成技术也是存在卡脖子技术攻关。

第五,前瞻技术强调原创性、引领性、颠覆性的研究和验证。

第六,关键零部件,我们主机厂提出对每一个关键零部件卡脖子的地方遴选一到两家公司优先给予支持,不仅有技术的支持,还有市场的支持,我们大家一起齐心协力共同扶持一两家公司的话可能很快就可以实现了。任何的技术没有市场去尝试,不让它犯错成长的话是没有办法做起来的。

第七,行业的技术宣传,我们认为非常重要。尤其是今天看到的新能源的宣传非常好,我们怎么样向他们学习,也是能够把我们的宣传工作做好,作为市场上主流的动力总成系统,不要对我们放弃得太早,我们还有很好的希望,我们不要对立,形成一个融合体,这是一个很好的宣传交流的场景。

最后就是专委会怎么做得更好、管理得更科学,怎么样真正地实现互惠互利,共同发展。好多会员单位说积极性很高地来参加,结果没有得到什么好处,耽误了很多时间,还不如自己回去单干,那就麻烦了,希望不要发生这种情况。

下面简单地讲一下几个技术初步的想法。在高效发动机前沿技术上,好多技术在使用或者很快被使用,我们准备在燃烧、点火、进气、燃料、尾气利用、热管理、排放几个方面,可以看到有很多新的东西可以玩,我们可以做组合。有很多互相之间是抵消、冲突的,有一些是互补的,我非常赞同李院士讲的未来的高效率发动机应该越做越简单,但是今天要往上加。等到燃烧发动机的运行区间放在线上或者点上的时候,当我们不需要控制爆震这种复杂情况的时候,搞不好就可以做得很简单。我非常赞同这个观点。

在前瞻技术方面还有大量的研究,也有很多要起来,刚才王志老师介绍的点火方面,还有微波点火、激光点火等等。燃烧方面有多冲程循环,不一定是四冲程,如果我们超稀薄到什么程度,2.5以上行不行?还有进气的地方,还有可变压缩比等等很多的东西可以做。我们在燃料方面喷射压力越来越高,我们做了十几年完全是跟高压喷雾不一样的,还有各种各样新的技术都是很有可能在未来被作为关键核心的技术来使用使我们的热效率更高。我们可以提前做上去。

在混合动力方面,我们看到了很多混合动力方面的构架研究、概念方面的研究,以及电机耦合、变速箱方面的研究,我们很多企业已经起来了,到底什么样是最好的,这里面有哪些核心的东西现在不行,尤其是控制方面怎么去做,以及怎么拥抱智能化,以及48V等等电池方面的问题,我们国家的电池非常先进,但是可能也有很多的问题需要解决。这都是目前一些前沿技术需要解决的,能够保证下一轮发动机的电动化、内燃机的电动化,不要在电动方面受太多的限制、出现太多的问题。

这方面的前瞻研究刚刚开始,全世界都刚刚开始,我们现在对纯电动研究得特别多,但是对于混合动力专用的电池、电机系统、电机控制器这方面研究得不是太多。我相信我们的电池不会跟纯电电动一样的,我们的电机可能是更加小巧、效率更高,不一定追求更高功率,我们电机本身的性价比肯定要求非常高。我们这里面整个的控制,尤其是跟发动机控制、变速箱控制方面的技术要求更高,有很多新的智能控制的东西会引进,这里面现在可以把很多IT方面的新型的东西带进来,以及好多整体构架方面可以发出一些中国自己的混合动力构架,不一定什么都要学欧洲和日本的。为什么他们日本三家公司不一样,我们中国这么多公司要搞成一样呢?这都是值得我们去挖掘的,有没有更新的、更合理的系统。

具体的每一个目标确定以后,我们要对目标分解,我们发现在中国主机厂、大学谈太多概念,我们用各种技术,每个技术到底贡献度是多少,到底我们为什么用这些技术,怎么组合、分解,目标分解量化做得特别少,所以我们希望对每一个目标认真进行分解,到底我们能得到什么样的好处,为此花多少钱,是不是最佳的技术选择,这里面可以做一个很好的理性的判断和规划,让我们最后一定能实现,不是拍脑袋说可以实现50%。我把这些技术加起来就是超过50%,这样每一个小的加起来就是大的。所以有一个比较严格、科学、理性的判断来确定我们的判断,不是那种拍脑袋的规划。

技术路线也不是单一的,有多条技术路线,我们有高能点火的路线,刚才王志老师讲的预燃式,还有氢气引燃的超稀薄,其实想把火烧起来有各种各样的做法,不一定就一个做法,到底哪个做法是最好的,可能还有更多其他的做法。

一方面是混合动力发动机的技术,另外混合动力系统怎么样做好,这是两回事,这里面有大量的细节和技术在里面,需要我们开发研究。这里面好多的东西不是把一个事情做好,所有事情就解决了,我就是做50%、51%或者55%的热效率发动机,别的东西不行还是不行,所以整个车子的低碳化是我们要考虑的。所以混合动力可能对我们团队来讲,对我们SIP来讲最大的挑战,怎么样完全拥抱它,真的变成电的专家、电动化的专家,不只是在搞燃烧,我们是为了电动化做燃烧。我们的电动化是为我们的燃烧系统服务的,在双方完全理解的基础上做好工作。

当然还有很多创新,怎么样实现深度稀薄燃烧,从燃料方面怎么考虑,怎么样从化学反应角度做最佳的化学组份的组合,以及火焰分布动力学的特征,组织最理想的燃烧,要上升到学术的层面,然后在学术上指导工程,实现我们在工程上想都想不到的燃烧技术。点燃方面也是什么样的点燃机理是最好的,用什么样的方法点燃,是用提升化学反应的能量还是提高其他的中间产物,哪一种方法最有效,这种方法的机理到底是什么,我们怎么样最好地用某一种或者用他们的结合点把这个点火的问题彻底解决。以及我们反复提到的碳中和燃料,可能以后要实现2060年重大目标或者2030碳排放的峰值要实现的话,光靠燃烧的效率提高还是不行,而是要捕捉二氧化碳。这是我们必须要面对的问题。

最后讲卡脖子的技术,卡得我们有多痛、多难不用我讲了,变速箱在混合动力系统里面都有,主要是芯片等等。凡是有些零部件需要靠外国合资大品牌,自己做不了的,我们都要注意,万一有一天他们供不上了或者不能供了就麻烦了。这是我们必须要考虑的事,希望大家多支持我们把卡脖子技术给攻一攻。

国际公司以往对我们的支持,我们也是非常感谢的,但是我们必须在这方面要做出一些自己的东西,这里面也举了一个例子,在这个里面主机厂的作用非常重要,我们平台的作用非常重要。我们一定要支持弱小的零部件公司,虽然我们有6万多家零部件企业,但是大多数是比较薄弱的,在技术上需要我们的支持。所以从主机厂来讲可以提供很好的需求,然后产品的需求,因为我们更知道从使用角度来讲能提供什么,他们能做到什么样,很多企业不知道产品需求,只能实现功能,但是不知道性能方面的要求,在功能、性能、可靠性方面有各种需求,这些都需要我们主机厂支持他们。

还有一些技术难点,由于他们自己的研发能力的局限,不一定能把难点全部攻破,这样高校和主机厂能够帮他们。我们希望能够扶持至少两家核心企业,我们提供市场技术和资金支持,能够帮助他们,我们以前想办法降价,找他们麻烦,现在主动帮他们。如果能够形成这种健康良好的环境,我想一定会有大的发展。

最后我想总结一下,虽然这不是一个规划,只是一个思想,我们准备这么去做。今天开完会之后,我们秘书长说马上要开始详细地做,然后跟王总汇报下面一步一步怎么做,但这只是基本的框架和思路,还希望大家献计献策给我们提出更多的建议,我们希望能够把这个东西做实做细,真正把它做到有效果,每个人都觉得我们专委会的确是对我们行业发展起到很重要的作用。

我们重申一下,我们的核心价值观是:客观、公正、权威、专业。我们还要有愿景:交流、合作、创新、引领。我们切实地推进主机厂、零部件与高校之间深度务实的合作,不但是互相信任,更多的是互相依赖。我相信双方都需要,但是我们一起进步、一起发布。

我们切实能够发挥专委会的平台作用,使企业高校可以各显其能、百花齐放,切实发挥专家委员会的监督评判作用,进行充分的项目过程监督和结果考核,实现成果的公平、有、有偿、多赢、分享。我们可以有各种各样的形式,我相信一旦有成果以后,共享一些东西是可以共享的,分别落实在我们每个公司自己的产品当中,大家都有自己的智慧,可以用工程化的方法来实现。

我的报告就到此为止,谢谢大家!

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)

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