插電式混動汽車格柵上隱藏式充電口布置

張建國，張志云，周王軍

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插電式混動汽車格柵上隱藏式充電口布置

張建國，張志云，周王軍

（上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

以插電式混合動力車型充電口為研究對象，對格柵上充電口布置提出了解決方案；結(jié)合全新帕薩特插電式混合動力車型的開發(fā)，闡述了格柵上充電口布置涉及到的碰撞、行人保護、人機操作、開啟校核、緊急解鎖、充電蓋板縫道等實際問題的解決方案，通過實驗驗證有效。為后續(xù)車型開發(fā)提供了一定的參考。

插電式混合動力汽車；充電口蓋板；充電接口；充電槍

前言

普遍認為未來是純電動汽車的天下，但是目前電池技術(shù)問題阻礙著電動汽車的廣泛應用。電池的能量密度與汽油相比相差懸殊，電動汽車還無法取代燃油發(fā)動機汽車。作為燃油車向純電動汽車過渡的產(chǎn)物，插電式混合動力汽車既能解決純電動車的里程焦慮，又能優(yōu)化傳統(tǒng)燃油汽車的油耗問題[1]，短途節(jié)能明顯，還可以跑長途，受到越來越多消費者的歡迎，尤其是在上海、深圳、廣州等受限購或者車牌政策影響的城市。插電式混合動力汽車可以利用固定的充電設(shè)備充電，研究充電口在車身上的布置具有重要的市場價值。

1 插電混動汽車充電口在車身上位置選擇

目前市場上銷售車輛的充電口位置千變?nèi)f化，將充電口蓋板布置在側(cè)圍、翼子板、后蓋、上格柵、后保險杠、后尾燈等各位置的車型都有。對于全新造型的純電動汽車或者插電式混合動力汽車，可以根據(jù)造型、產(chǎn)品家族特性、技術(shù)成本、人機要求等考慮布置在各個位置。而對于造型僅作小改款的車型，充電口最經(jīng)濟的布置方案就是放在上格柵的中間[2]或者側(cè)面。因為插電式混合動力汽車仍然兼有傳統(tǒng)燃油車的特性，很多燃油車的結(jié)構(gòu)方案需要保留下來。選擇沿用傳統(tǒng)燃油車的車身鈑金覆蓋件，只進行前后保險杠造型改款，可以有效的降低開發(fā)周期和成本。充電口布置在上格柵中間或者側(cè)面的方法是類似的，但是隨著造型趨勢和智能化駕駛模塊的普及，上格柵中間LOGO后面的空間，有時會布置ACC（自適應巡航控制模塊），有時會布置可發(fā)光LOGO模塊。對于這種車型，選擇將充電口布置在上格柵駕駛員一側(cè)最為合理。如圖1所示為全新帕薩特PHEV車型充電口的布置位置，充電口蓋板后面是充電接口模塊，充電接口模塊通過支架固定于前橫梁和前端模塊上，可滿足充電時用力插拔的操作。

圖1 某插電混合動力車型前視圖

2 插電式混動汽車充電模塊簡介

插電式混動汽車因為裝配了燃料箱，電池容量要比純電動汽車小，所需充電時間也短。因此通常只需要考慮布置一個交流充電接口即可。充電接口模塊需要符合GB/T 20234.2- 2015的相關(guān)定義[3]。全新帕薩特的交流充電接口以及隨車配置的充電槍如圖2所示。

圖2 交流充電接口模塊及充電槍

3 插電式混動汽車充電口布置方案

3.1 充電口碰撞安全解決方案

圖3 充電口碰撞及行人保護要求

根據(jù)國家強制法規(guī)GB17354-1998《汽車前后端保護裝置》中的要求[4]，在發(fā)生接觸和輕微碰撞時，車輛前后端的保護裝置能保證車輛不產(chǎn)生嚴重損傷。充電口系統(tǒng)是插電式混動汽車的重要功能性零件，需要通過國標擺錘實驗的驗證。在正碰擺錘碰撞實驗時，要求充電接口不被撞壞，充電蓋板能夠打開進行正常的充電操作。考慮到了汽車底盤高度偏差提出的解決方案是，保證充電蓋板下邊沿至少高于擺錘撞擊頭10mm以上。另外，如果充電插口位于防撞橫梁之前，汽車低速撞墻時，充電插口會先接觸到墻體被擠壓，得不到橫梁的保護，存在損壞風險，故要求充電插口完全布置于橫梁之后，以滿足企業(yè)內(nèi)部實驗標準，在時速4km/h的0°墻碰實驗中不被損壞。充電口的碰撞要求如圖3所示。

3.2 充電模塊行人保護解決方案

將充電接口布置在汽車格柵處，還需要滿足行人保護的要求。即充電插口在碰撞時不會對行人造成傷害?！禖-NCAP管理規(guī)則（2018版）》增加了行人保護的實驗及評價[5]，規(guī)則中要求使用柔性下腿型進行實驗及評價。根據(jù)所設(shè)計車型相關(guān)的實驗經(jīng)驗，行人保護下腿型在碰撞過程中，會產(chǎn)生約20°的彎折變形。柔性下腿型沖擊實驗的瞬間狀態(tài)如圖4所示。

為滿足行人保護，總布置方案設(shè)計時，首先會在橫梁前面留出一定的距離安裝行人保護緩沖泡沫。該緩沖區(qū)域內(nèi)禁止布置堅硬的零件或者安裝結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上考慮到柔性下腿型的碰撞過程，將充電接口模塊向后傾斜20°布置。充電口的行人保護要求如圖4所示。

圖4 柔性下腿型沖擊車輛實驗照片

3.3 充電槍的人機操作空間分析

考慮將充電口向后傾斜20°進行布置，除了滿足行人保護的要求之外，還有方便充電操作的原因。所設(shè)計車型的前格柵距離地面高度為700mm左右，位置低于大部分人手自然下垂高度，而且在插入充電槍的時候充電接口需要可見，因此插拔充電槍時需要適當彎腰。將充電插口布置的有一定上傾角度，更符合人機工程要求。

圖5 充電槍操作圖片

充電槍的操作過程如圖5所示，手掌握住充電槍把手，大拇指按下充電槍解鎖按鈕，向外拔出充電槍，插入充電槍的過程反之。在總布置方案中要保證操作的拇指空間和手握空間。其布置空間如圖6所示。大拇指操作空間需要15mm以上，手掌操作空間需要25mm以上。值得注意的是，方案布置時應該考慮所有充電槍的操作空間，而不是僅僅考慮隨車配備的充電槍。因為用戶有可能使用其他形狀的充電槍進行充電的。因此方案設(shè)計時應該按照GB/T 20234.2-2015中的充電槍外輪廓限制面[3]校核手部空間要求。

3.4 充電口蓋板的運動校核及縫道優(yōu)化

為充電方便，充電口蓋板旋轉(zhuǎn)打開角度一般要求大于等于90°，開啟過程中要求充電口蓋板與格柵固定部分的最小間隙大于2mm。通常格柵造型的立體感較強，使得充電口蓋板鉸鏈處的縫道要做到6mm左右才能保證啟閉過程中的間隙要求?？p道過大不滿足造型意圖。為了協(xié)調(diào)造型和技術(shù)的需求，全新帕薩特PHEV提出了利用格柵造型特征優(yōu)化縫道視覺效果的方案。首先將格柵所有的豎條由原來的單根變?yōu)殡p根，雙根豎條間距為6mm左右，將其作為充電口蓋板左右的縫道。其次利用格柵橫條造型凸起的特征，將充電口蓋板上下的縫道設(shè)置在橫條凸起的下方，視覺上突起的格柵橫條可以起到遮擋上下縫道的作用。通過這些造型特征可以在視覺上隱藏比較大的充電口蓋板縫道，圖8所示為充電口蓋板縫道方案。

圖7 充電口蓋板運動校核

圖8 充電口蓋板縫道優(yōu)化

3.5 充電蓋板的緊急開啟方案

充電口蓋板是通過電子鎖止裝置進行鎖止和開啟的，在極端情況下會出現(xiàn)車輛饋電，充電口蓋板無法打開的情況。為了滿足GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放測試[6]，充電口蓋板也需要設(shè)置緊急機械解鎖裝置，否則電量完全用完，需要先加油發(fā)動，才能打開充電口蓋進行充電，增加不必要的排放。充電口緊急機械解鎖裝置方案是，操作時首先打開前蓋，之后通過事先設(shè)置在發(fā)動機艙中的充電口蓋機械解鎖拉索，來解鎖充電口。

4 結(jié)論

本文結(jié)合作者的研發(fā)經(jīng)驗，提供了一種較好的插電式混合動力汽車充電口布置方案。給出基于碰撞、行人保護、人機操作、開啟校核等要求的格柵上充電口的布置方案。并提出了一種優(yōu)化充電口蓋板視覺縫道的方案，達到視覺上的“隱藏式”效果。全新帕薩特PHEV車型的試車驗證結(jié)果表明，相關(guān)的實車碰撞及道路試驗中均滿分通過。布置方案合理有效?？蔀槠渌囆皖愃频某潆娍谠O(shè)計提供參考。

[1] 李明,劉楠.現(xiàn)代車輛新能源與節(jié)能減排技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2018.06.

[2] 邱國華,俞梅.汽車內(nèi)外飾設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2019.01.

[3] GB/T 20234.2-2015電動汽車傳導充電用連接裝置第2部分:交流充電接口[S].

[4] GB 17354-1998汽車前,后端保護裝置[S].

[5] 中國汽車研究中心. C-NCAP管理規(guī)則（2018版）[S].

[6] GB 18352.6-2016輕型汽車污染物排放限值及測量方法[S].

PHEV hidden Charging Socket Package in the Grille

Zhang Jianguo, Zhang Zhiyun, Zhou Wangjun

（SAIC Volkswagen Automotive CO., LTD, Shanghai 201805）

Charging Socket of PHEV (Plug in hybrid electric vehicle) is the subject under discussion. Provide the package solution for the Charging Socket in the Grille. Explain the relative concepts to solve the practical problems including the crash, pedestrian protection, ergonomics, kinematics, emergency unlock, gaps and so on. The concepts are provided accor -ding the new Passat PHEV development and confirmed by the next tests. These concepts can be as reference for the other analogous projects.

PHEV;Charging Cover Plate; Charging Socket; Charging Pistol

U469.72

A

1671-7988(2019)09-32-03

U469.72

A

1671-7988(2019)09-32-03

張建國（1976-），男，工程師，就職于上汽大眾汽車有限公司，從事整車外飾總布置方案設(shè)計研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.009