基于混合度的HEV車型布置研究

俞敬，余碩乾，武磊

（上海汽車集團股份有限公司技術中心整車集成部，上海 201804）

前言

隨著全球汽車的大量使用，已經產生了嚴重的環境及能源問題。為此，在國務院發布的《中國制造2025》[1]以及工業和信息化部、國家發展改革委及科技部聯合發布的《汽車產業中長期發展規劃》[2]中對2020年之后的我國汽車節能發展目標提出了明確要求：到2020年，新車平均燃料消耗量乘用車降到5.0 L/100 km、節能型汽車燃料消耗量降低到4.5 L/100 km以下，到2025年，新車平均燃料消耗量乘用車降低到4.0 L/100 km。因此電驅動化的混合動力車型開發成為解決燃油消耗量的重要途徑之一，本文即基于混合度差異，研究混合動力車型布置工作。

1 混合動力分類

混合動力電動汽車總功率是電機的峰值功率與發動機的額定功率之和。根據混合度的大小，混合動力電動汽車有如下分類。

1.1 微混合型混合動力電動汽車

以發動機為主要動力源，電機作為輔助動力，具備制動能量回收功能的混合動力電動汽車。電機的峰值功率和總功率的比值小于10%。

1.2 輕度混合型混合動力電動汽車

以發動機為主要動力源，電機作為輔助動力，在車輛加速和爬坡時，電機可向車輛行駛系統提供輔助驅動力矩的混合動力電動汽車。一般情況下，電機的峰值功率和總功率的比值大于10%，小于30%。

1.3 重度混合（強混合）型混合動力電動汽車

以發動機或電機為動力源，一般情況下，電機的峰值功率和總功率的比值大于30%，且電機可以獨立驅動車輛正常行駛的混合動力電動汽車。

2 各混合動力優缺點

2.1 微混系統

12 V啟停系統（微混系統）主要有啟動機/發電機一體式（BSG）及分體式兩種結構，主要起到智能啟停作用，節油率一般5%。主要硬件系統由強化后的啟動機、發電機及12 V電池構成，對基礎車型影響較小。

2.2 輕混系統

輕混系統具有技術簡單、成本低、技術承接性好及通用性強等特點，相應的由于電機混合度較低，及調控內燃機工況能力有限，節油率一般約15%。

以市場48 V輕混系統為例，其主要系統構成有BSG電機、48 V電池、DCDC及相應的電池熱管理系統等。除微混的啟停功能外，新增加速輔助及制動能量回收功能。

2.3 強混系統

強混系統具備高效節能、平順性好及綜合實用性強等優點，節油率約35%以上。

表1 不同混合度的特點

電機的深度參與使得內燃機始終工作在高效率區域，滿足了發動機工況解耦，實現了動力系統在車輛行駛中的高速、低速、急加速、急減速等工況下的最高效率。通過內燃機、電機的協調配合，混合動力車型可以實現不同工況相對傳統燃油車更為平順的動力性輸出。動力系統一般采用機電耦合機構配合小容量電池組的策略，讓其成本增加可控，并且其采用了成熟的內燃機技術，可靠性高，日常使用需求和傳統燃油車相差無異。

3 強混系統整車布置分析

3.1 動力耦合機構布置

強混系統在前艙的布置會相對復雜一點，在保留原有發動機及傳統的相關系統（進排氣系統、制動系統、燃油系統、轉向系統、電子電器系統等）的基礎上， 對變速箱及發動機附件進行升級，對應的使用混動變速箱及BSG電機。

混動變速箱主要新增了P3電機及PEB模塊，同時為滿足純電模式的潤滑和壓力，新增電子油泵及線束。新的動力總成布置對原有的前艙會產生很大的影響，主要是新增的混動變速箱上集成了PEB、DCDC模塊，同時為了考慮中央通道線束及管路布置難度會采用電子換擋機構，變速箱側所占的空間會增加一倍，基本和發動機齊平，造成與縱梁間隙不足問題導致變速箱側的懸置及車身縱梁需要匹配更改，布置時還需考慮懸置安裝時制造工具空間是否滿足要求。蓄電池一般都布置在變速箱側的縱梁上方，混動變速箱Z向空間已經侵占蓄電池的布置位置，此時蓄電池需要重新布置在備胎倉或擠占原保險絲盒位置（保險絲盒進行拆分布置）。

其次，冷卻系統需要配套混動系統進行升級，混動車型P3電機、PEB及DCDC冷卻需新增一套獨立冷卻系統，包含低溫散熱器、水泵、水壺及相關冷卻管路，低溫散熱器布置在傳統冷卻模塊前端，固定于 MFE不影響原冷卻模塊結構，獨立水壺需要固定在大燈支架上，Z向保證min線高于混動系統出水口20 mm同時壺蓋滿足行人保護要求。

最后，混動系統新增高壓系統，需要通過高壓線束進行連接，動力電池布置于后方，高壓線從前至后連接PEB和動力電池。考慮高壓線電磁干擾對車內用電器及乘員影響，高壓線建議布置于艙外，走向拐彎半徑不小于4D（4倍高壓線線徑），同時高壓線連接動力總成段與周邊保留一定的動態間隙。

3.2 能量存儲系統布置

在強混動力開發過程中，不同的純電續航里程要求決定了電池容量、體積及重量。由此需要在早期確定電池的布置策略。

對非外接充電強混車型，電池主要布置在前排座椅底部、后排座椅底部及行李艙。布置在前排座椅底部，電池受到離地間隙及縱向通過角的影響，在Z向的要求就非常嚴格，對電池挑戰太大。目前主流的方案主要是布置后排座椅底部及行李艙。

電池布置在后排座椅底部，大部分日系車企采用此方案，在保證后排人體的坐姿及頭部空間的前提下，可能會對第二排進出性及座椅舒適性讓步，同時油箱容積相比傳統車會減小，電池布置在座椅下方及燃油箱上方。在X向上，對于后排踵板需要盡量向前靠近，對于后懸系統，如果采用四連桿對X向布置有很大的幫助，但采用扭梁結構，就需要將扭梁盡量布置在靠近后輪心區域來增大X向空間，留給電池及燃油箱油泵布置。在Y向上，主要考慮電池散熱的進出風口布置，在不影響座椅布置的情況下，進出風口分布在電池左右兩側，風道及鼓風機靠近電池后端，風道橫截面盡量壓扁，因為電池還有高壓線束需要向前連接混動系統，電池高壓線出口需要X向靠前，減少對油箱容積的影響，同時考慮高壓線束接插件的裝配空間。在Z向上，后排座椅骨架需要盡量Z向做薄，控制坐墊角度防止乘員易陷入并考慮防下潛及翻轉，取消坐盆采用特殊的座椅固定支架來增大空間，油箱采用異形設計，同時考慮排氣管及換擋拉索的避讓。

電池布置在行李艙，為了不影響行李艙空間，首先是考慮取消備胎，利用備胎艙空間來布置電池，但需要根據車身沖壓深度確定電池高度，從而確定電池對后行李箱容積的影響，同時考慮電池后邊界到后保的X向距離來確定是否滿足安全后碰要求。其次需要考慮電池冷卻系統，一般考慮風冷策略，冷卻方式是通過風機將乘客艙內的空氣引向電池進行風冷（風機在電池進風口前方的為吹風，風機在電池排風口后方的為吸風），所以進風風口的位置基本在C柱飾板上方或者二排坐墊前方，不可布置在后行李艙里面。進風口的風道附近布置有濾芯，需要方便拆卸更換濾芯，排風風口最好能引到泄壓閥排到艙外，但占用一部分泄壓閥區域，需要確保不影響關門壓力。最后是高壓線路，基于安全及電磁干擾的考慮，高壓線束盡量不要布置在乘客艙內，一般考慮從第二排坐墊下方穿出，這樣高壓線束線長較短，成本較低同時方便與電池插件對接，但需要考慮與燃油箱的安全間隙，高壓線束在車身上得過孔盡量小（開孔尺寸與高壓線插件大小有關系），將有利于NVH及車身剛度。

表2 插電式混合動力電池主要布置區域

4 結語

《節能與新能源汽車技術路線圖2.0版》規定，至2035年，我國節能汽車與新能源汽車年銷量將各占一半，傳統能源車型將全部轉為混合動力車型[3]。故本文從混合度差異出發，總結了當前市場上混合動力車型結構特點及節油率，并介紹了強混車型動力耦合機構與動力電池包的布置集成內容，希望對混合動力車型前艙及下車體布置集成工作有所借鑒。