淺談汽車行業(yè)整車產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)流程

江培應(yīng)

摘 要：整車技術(shù)方案的制定是整車開發(fā)的基礎(chǔ)，決定著整車各系統(tǒng)的開發(fā)難度、整車各項(xiàng)性能的優(yōu)劣、整車開發(fā)成本的高低，生產(chǎn)設(shè)備改造投資的多少等。文章重點(diǎn)從整車開發(fā)角度出發(fā)，以性能開發(fā)為前提，綜合考慮技術(shù)難度、成本控制、開發(fā)周期、生產(chǎn)工藝等方面，對后續(xù)電動汽車的整車開發(fā)具有較強(qiáng)的實(shí)用參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車行業(yè);整車產(chǎn)品;設(shè)計(jì)

1 電機(jī)和電池選型

1.1 電機(jī)選型

1.1.1 電機(jī)類型選擇

從電動汽車的使用工況分析，要求其驅(qū)動電機(jī)能夠適應(yīng)頻繁的啟動/停車、加速/減速工況，并要求在啟動、低速行駛和爬坡時具有較大的驅(qū)動扭矩，高速行駛時具有恒功率特性，同時具有較寬的調(diào)速范圍，以滿足整車動力性和經(jīng)濟(jì)性要求。目前市場上純電動汽車所搭載的電機(jī)大多采用永磁同步電機(jī)。從電機(jī)特性來看，永磁同步電機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，在有效減小機(jī)艙布置空間的同時，能夠減輕整車質(zhì)量，對提高整車動力性和經(jīng)濟(jì)性、增加整車?yán)m(xù)駛里程具有重要意義。隨著永磁同步電機(jī)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，其研發(fā)和使用成本也將不斷降低，所以永磁同步電機(jī)正逐漸成為純電動汽車的主流電機(jī)之一。

1.1.2 電機(jī)參數(shù)匹配

電動汽車驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)主要包括峰值功率、額定功率、最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電機(jī)的功率直接影響著整車的動力性能，整車的動力性主要體現(xiàn)在整車的最高車速、爬坡性能和加速性能三方面。所以，通常從最高車速、最大爬坡度以及加速時間來確定電機(jī)的最大功率。通常電動汽車最高車速為驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的90%～95%，所以可依據(jù)整車定義的最高車速，初步選擇驅(qū)動電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值稱為電機(jī)的擴(kuò)大功率區(qū)系數(shù)β，隨β值的增大，驅(qū)動電機(jī)可在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得較大的扭矩，有利于提高整車的加速性能和爬坡性能，但β過大，會導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)的工作電流過大，從而增大電機(jī)逆變器的功率損耗和結(jié)構(gòu)尺寸，因此，β值一般取2～3。由此，可初步計(jì)算驅(qū)動電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速范圍。

1.2 電池選型

1.2.1 電池類型選擇

動力電池作為純電動汽車的唯一動力源，其性能直接影響著整車的動力性及續(xù)駛里程。目前，市場上應(yīng)用于電動汽車的電池類型主要有：鋁酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鐵電池等。其中鋰離子電池以其能量密度大、單體額定電壓高、充放電效率高、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)、故障率小、自放電率小等優(yōu)點(diǎn)得到純電動汽車的廣泛應(yīng)用。

1.2.2 電池參數(shù)匹配

純電動汽車電池參數(shù)匹配主要包括動力電池組電壓和能量的匹配。動力電池組電壓等級需與驅(qū)動電機(jī)的電壓等級一致，且滿足驅(qū)動電機(jī)電壓范圍的變化，同時，由于電動汽車上其他用電設(shè)備如電動空調(diào)、電動真空泵、DC-DC、電動助力轉(zhuǎn)向等附件的功率消耗，因此，動力電池組總電壓應(yīng)高于驅(qū)動電機(jī)額定電壓。由續(xù)駛里程設(shè)計(jì)值，可初步推算出動力電池組的能量。電動汽車在不同工況下，單位行駛里程所消耗的能量差別很大，難以用統(tǒng)一的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，可用試驗(yàn)方法求取。

2 底盤系統(tǒng)調(diào)整

電動汽車整車整備質(zhì)量比同級別傳統(tǒng)燃油汽車質(zhì)量要重?cái)?shù)百千克，為保證整車姿態(tài)、懸架承載能力、操縱穩(wěn)定性能和制動性能，需對底盤懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性匹配。以某車型為例來闡述底盤系統(tǒng)的適應(yīng)性調(diào)整。當(dāng)整車各系統(tǒng)布置方案確定后，整車空載前后軸荷分別增加150kg和200kg，為滿足整車車身姿態(tài)以及懸架承載能力的要求，需對前后懸架的螺旋彈簧進(jìn)行剛度匹配設(shè)計(jì)、前后減震器阻尼重新匹配、前后輪轂軸荷進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)、后橫梁重新設(shè)計(jì)。由于整車質(zhì)量及前后軸荷的變化較大，制動主缸帶真空助力器總成需要調(diào)整，后制動鉗體模塊需要重新匹配。同時新增真空泵、真空罐及支架等，ABS/ESP重新匹配標(biāo)定。由于前軸荷變化較大，需對EPS電機(jī)進(jìn)行適應(yīng)性匹配設(shè)計(jì)。

3 下車身結(jié)構(gòu)調(diào)整

電動汽車車身結(jié)構(gòu)的調(diào)整主要考慮動力電池布置安裝、碰撞安全以及輕量化設(shè)計(jì)等方面。傳統(tǒng)車改制的電動汽車，動力電池箱一般布置在地板下，地板結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)適應(yīng)動力電池箱的布置和安裝。動力電池質(zhì)量達(dá)數(shù)百千克，所以需對車身安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以保證動力電池安裝的牢固性和車身安裝部位的疲勞耐久性。另外，為提高動力電池容量，需盡量增大動力電池的布置空間，這就要求地板下動力電池安裝邊梁應(yīng)盡量往地板兩側(cè)布置，加大動力電池Y向布置空間。從碰撞安全性角度考慮，在正面碰撞時，從機(jī)艙傳遞的碰撞力需通過地板縱梁向后傳遞，但是電動汽車地板下為給動力電池箱讓出空間，地板傳力縱梁向車身兩側(cè)布置，導(dǎo)致機(jī)艙縱梁與地板傳力縱梁的Y向間距較大，同時由于在傳統(tǒng)車基礎(chǔ)上改制，機(jī)艙縱梁與地板縱梁Z向距離也在200mm以上，這就導(dǎo)致在正面碰撞時，碰撞力不能很好地按照傳力路徑進(jìn)行傳遞。基于以上考慮，在地板結(jié)構(gòu)調(diào)整時需考慮至少解決1個方向上的間距過大問題，保證力的有效傳遞。在側(cè)碰時，為盡量減小動力電池在碰撞時的受擠壓變形，需考慮加強(qiáng)門檻梁結(jié)構(gòu)以及座椅安裝橫梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

純電動汽車控制系統(tǒng)具有較好的市場前景，并且有其一套完整的控制系統(tǒng)。作為純電動汽車控制系統(tǒng)的核心，整車控制器具有協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)的作用，在配合整車控制策略的同時可以更好地發(fā)揮其功能，從而使純電動汽車能夠正常行車。

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