基于傳統(tǒng)燃油車型拓展的純電動汽車布置分析

宋瀚 徐晗 鄒星 龔侃 汪沛?zhèn)?/p>

（東風(fēng)汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心）

純電動汽車（EV）是由車載動力電池作為能量源的零排放汽車，是當(dāng)前解決能源短缺和環(huán)境污染問題的可行技術(shù)之一。近年來，電動汽車的研制熱潮在全世界范圍內(nèi)興起，逐步向小批量商業(yè)化生產(chǎn)的方向發(fā)展。電動汽車是以傳統(tǒng)燃油汽車為基礎(chǔ)演變而來，其開發(fā)是將傳統(tǒng)燃油汽車的發(fā)動機(jī)更換為純電動汽車的電池和電動機(jī)，對懸架和車身的匹配進(jìn)行重新校定。文章介紹了一款純電動汽車設(shè)計階段的底盤懸架、人機(jī)工程優(yōu)化及布置可行性分析。

1 新能源系統(tǒng)簡介

1.1 新能源系統(tǒng)主要零部件構(gòu)成

新能源模塊主要包含電驅(qū)動模塊、儲能模塊及高壓附件（高壓線束、整車控制器、充電系統(tǒng)及高低壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)），相關(guān)零件示意圖，如圖1所示。整車采用固定式電池包，可以滿足高容量的新體系電芯模塊要求。

圖1 新能源系統(tǒng)構(gòu)成圖

高壓電驅(qū)動總成（電動機(jī)系統(tǒng)）為自主開發(fā)，采用集成化設(shè)計，將電動機(jī)、電動機(jī)控制器及整車控制器集成為一體。高壓供電總成（電池包）具備液冷技術(shù)，可以實現(xiàn)電池低溫加熱及高溫冷卻，電池具備快、慢充功能。

1.2 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)方案

動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)可實現(xiàn)電池寒區(qū)加熱及熱區(qū)冷卻功能，其主要運(yùn)行原理，如圖2所示。

圖2 動力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)運(yùn)行原理圖

2 新能源系統(tǒng)新增零部件布置

2.1 新能源汽車機(jī)艙布置

新能源汽車的機(jī)艙布置概況，如圖3所示。布置原則主要有以下3點：1）在保證該車型機(jī)艙邊界不變的前提下，將傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)及傳動軸替換為動力系統(tǒng)和驅(qū)動控制系統(tǒng)；2）機(jī)艙主要變更零件為驅(qū)動電動機(jī)控制器、主驅(qū)動電動機(jī)、減速箱、直流轉(zhuǎn)換器及高壓電氣分配盒；3）滿足法規(guī)、功能、空間及美觀性的要求，同時整體布置緊湊、美觀、間隙合理、空氣流動性好且裝配維修性好。

圖3 新能源汽車機(jī)艙布置圖

2.2 機(jī)艙布置校核

純電動汽車的機(jī)艙布置完成后需要進(jìn)行DMU校核，其DMU校核要求，如表1所示。

表1 純電動汽車機(jī)艙DMU校核要求 mm

經(jīng)判斷，該車靜態(tài)間隙都大于要求值，不會發(fā)生動態(tài)干涉，并滿足電池系統(tǒng)的工藝合裝要求。

2.3 電池包布置

純電動汽車電池包的布置需遵循以下2點要求：1）保證整車最小離地間隙與傳統(tǒng)車一致，如圖4所示。2）前/后排人機(jī)R點與傳統(tǒng)車保持一致，盡量滿足乘客舒適性，如圖5所示。因電池包與后排踵點干涉，根據(jù)合理斷面布置，將踵點上抬。因平臺車型后排頭部空間比較緊湊，后排R點無抬高空間，踵點抬高后，后排坐姿 H1下降[1]。

圖4 下車體電池包布置圖

圖5 整車環(huán)境下人機(jī)硬點圖

2.4 充電口布置

2.4.1 前格柵處

充電口布置在前格柵處的位置示意圖，如圖6所示。

圖6 充電插頭布置在前格柵處示意圖

因傳統(tǒng)車?yán)鋮s風(fēng)扇與前保險杠、格柵間隙小，故新能源車需充分考慮充電接口電纜及管路的布置，布置時需考慮：1）支架強(qiáng)度；2）快充電纜與慢充電纜的布置空間，避免自身發(fā)生干涉；3）快充電纜轉(zhuǎn)彎半徑不得大于85 mm，同時需避免與環(huán)境件干涉；4）快充插座支架和電纜上的卡扣不能固定在前防撞梁上，避免外絕緣層虧折。

2.4.2 左右前翼子板處

當(dāng)充電口布置在左右前翼子板時，如圖7所示，其開發(fā)范圍為左右翼子板、充電口固定支架、除氣室及管路。布置要點為：1）快慢充電纜布置通道中有除氣室阻擋，需更改除氣室進(jìn)行空間避讓；2）增加充電口固定支架，翼子板增加開閉機(jī)構(gòu)。

圖7 充電頭布置在前翼子板示意圖

2.4.3 側(cè)圍加油口處

充電口布置在側(cè)圍加油口位置圖，如圖8所示。布置要點為：1）如將充電口布置在汽車后部，因高壓供電功能設(shè)備在機(jī)艙，需涉及到高壓配電盒及電池的更改，以及車身等其他系統(tǒng)的配合變更；2）如車載充電機(jī)及高壓配電盒保持不變，高壓電纜需要布置在車身地板底層，需要在車身地板上預(yù)留電纜通道并增加可靠性保護(hù)。

圖8 充電頭布置在加油口位置示意圖

綜上：充電口布置在格柵處會影響前臉造型，并需變更前保險杠，支架布置空間不足；充電頭布置在側(cè)圍加油口處，需要對電池殼體進(jìn)行變更；充電頭布置在前翼子板處，只需要焊接支架，新增一套前翼子板，開發(fā)代價相對較小，所以從成熟的燃油車型轉(zhuǎn)化到純電動汽車，充電口的布置位置首選左右前翼子板。

3 傳統(tǒng)基礎(chǔ)車型涉及變更

3.1 車身系統(tǒng)變更點

根據(jù)電池布置，車身地板需要進(jìn)行調(diào)整[2]，主要相對位置，如圖9所示。其中車身系統(tǒng)變更零件清單，如表2所示。

圖9 下車體電池布置示意圖

表2 車身系統(tǒng)變更零件清單

3.2 整車質(zhì)量變更導(dǎo)致的布置方案變更

新能源汽車整車布置采用前置前驅(qū)形式，動力總成及高壓部件布置在前艙，動力電池布置在座椅下方。整車質(zhì)量及前后軸荷相對燃油基礎(chǔ)車有所增加，由于動力電池質(zhì)心靠后，電動車后軸相對于基礎(chǔ)車后軸質(zhì)量增加100 kg。為適配整車質(zhì)量變化，基礎(chǔ)車型的底盤系統(tǒng)發(fā)生部分變更。

3.2.1 懸架系統(tǒng)

前懸掛模塊、后扭力梁模塊在傳統(tǒng)車基礎(chǔ)上適應(yīng)性加強(qiáng)。大部分零部件（托架、三角臂、彈簧、減振器及輪轂軸承等）做結(jié)構(gòu)加強(qiáng)或調(diào)整[3]。前/后減振器根據(jù)整車性能進(jìn)行適配，提升阻尼；前彈簧絲徑加大，剛度加大，增加彈簧中徑。其余零件（如轉(zhuǎn)向節(jié)、前輪轂及軸承等）由于強(qiáng)度不足需重新開發(fā)。

3.2.2 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

因電動化平臺載荷較燃油車型增加較多，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基于目前結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，部分零件進(jìn)行重新開發(fā)。前/后制動器適應(yīng)電動車的質(zhì)量進(jìn)行能力加強(qiáng)，真空助力器的助力能力進(jìn)一步提升。同時基于制動系統(tǒng)，加大制動盤和電子卡鉗的尺寸，原車配置的輪轂直徑為40.64 cm，車輪在空間上無法布置，需重新適配選擇直徑43.18 cm以上的輪轂。

3.2.3 制動系統(tǒng)

升級制動系統(tǒng)，制動盤、制動鉗及助力器等需適應(yīng)性開發(fā)，ABS/ESC需重新標(biāo)定，需具備制動能量回收功能。整車制動系統(tǒng)開發(fā)示意圖，如圖10所示。

圖10 整車制動系統(tǒng)開發(fā)示意圖

4 結(jié)論

文章重點研究基于傳統(tǒng)燃油車型拓展純電動汽車的開發(fā)模式，通過對底盤、車身和人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)布置優(yōu)化，使傳統(tǒng)車型平臺資源和成熟的新能源系統(tǒng)相結(jié)合，有效滿足了傳統(tǒng)車與新能源平臺的高通用化率，從而快速并經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)了純電動系統(tǒng)在傳統(tǒng)燃油車上的應(yīng)用。文章通過對傳統(tǒng)燃油車拓展為純電動汽車系統(tǒng)的布置分析，總結(jié)了基于滿足最大通用化率的純電動汽車布置方法及注意要點，為后續(xù)同類車型開發(fā)提供了重要的設(shè)計依據(jù)。