基于多目標(biāo)的電動車機艙布置方法研究

劉鶴 王旭君 李赫 吳雪珍

摘 要：以動力電池作為其動力源的純電動汽車，因其清潔節(jié)能的特點，在能源環(huán)境問題于全球范圍內(nèi)日益嚴(yán)峻的形勢下，成為今后汽車工業(yè)發(fā)展的重要方向之一。對高壓部件集成化設(shè)計的特點和需求進行比較及分析，并考慮碰撞性能，分析了電氣安全等方面。較之于傳統(tǒng)汽車的機艙布置，純電動汽車因其包括電機控制器、高壓接線盒、DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載充電機等在內(nèi)的高/低壓電器元件相對較多，導(dǎo)致機艙整體布置的空間相對緊張。同時，高壓控制件趨向集成化發(fā)展，針對這一趨勢及帶來的碰撞安全等問題，提出了多種布置解決方案，為今后集成式高壓控制部件的電動車機艙布局提供參考。

關(guān)鍵詞：電動車機艙;布置方法;多目標(biāo)

1 基于多目標(biāo)的電動車機艙典型布置方案

1.1 動力總成與高壓電器件分離布置

因為動力總成與高壓電器件等都布置在機艙里，一般按照兩層布局，主要特征是采用大支架支撐上層的高壓電器件，大支架下層布置動力總成。為了實現(xiàn)輕量化的目標(biāo)，支架通常是由鋁合金或PP+玻璃纖維塑料。分層布局的優(yōu)點是清晰的層次結(jié)構(gòu)，各高壓電器件可獨立開發(fā)與裝配，且不受動力總成的振動影響，但是管線路較復(fù)雜，機艙美觀性差，也不利于保安防災(zāi)的設(shè)計。

1.2 動力總成與高壓電器件集成布置

市場主流的集成形式為三合一（電機、減速機、電機控制器三者集成），一般電機控制器與動力總成的連接采用螺接，冷卻方式采用水冷或風(fēng)冷。集成化設(shè)計能減小物理空間，結(jié)構(gòu)緊湊，利于機艙布置與美化，所以成為未來發(fā)展的趨勢。當(dāng)前市場亦出現(xiàn)很多集成化程度較高的產(chǎn)品，比如日產(chǎn)聆風(fēng)的六合一（電機、減速機、電機控制器、高壓接線盒、車載慢充、DC-DC轉(zhuǎn)換器六者高度集成）。集成式布置時把高壓電器件作為動力總成的一部分考慮，與分離式布置比較，減小了高壓電器件的布置難度。

2 基于多目標(biāo)的電動車前機艙通用化布置

2.1 動力總成布置方法

（1）動力總成布置原則。1）初步搭載時，應(yīng)基于輪心、地面線、前艙車身數(shù)據(jù)、動力總成搭載角度及質(zhì)心等，考慮以下幾個原則：要滿足半軸角度，半軸在空載狀態(tài)角度≤5°;要滿足物理搭載空間要求，根據(jù)接口定義考慮相關(guān)附件布置可行性;要考慮懸置布置可行性;盡可能保證正碰時機艙前后緩沖區(qū)域的空間大小，要降低正碰時動力總成對駕駛室乘員的傷害，提高碰撞得分;要提高離地間隙，保證通過性;要保證行人保護緩沖區(qū)域的空間大小;要保證整車前懸尺寸，保證造型要求。2）從零部件的共用性和開發(fā)效率的角度考慮，在同一車型內(nèi)統(tǒng)一考慮各動力總成的搭載位置和搭載角度。

（2）動力總成布置總體分析。1）將差動中心作為基準(zhǔn)點，考慮周邊空間，檢查驅(qū)動軸角度：目標(biāo)值低于5°（空載狀態(tài)）。在布置時應(yīng)盡量減小驅(qū)動軸的夾角，角度越小，驅(qū)動軸的噪音越低，使用壽命越長。2）動力總成布置空間如下表1：包含布置空間、碰撞空間、工藝舉升空間、行人保護、臺階保護。3）定位動力總成位置時，要考慮懸置、驅(qū)動軸、壓縮機、水泵等附件的布置可行性。4）動力總成接口可行。根據(jù)接口定義考慮相關(guān)管路、線束的走向問題，做到管路和線束盡量短、方便連接、排列整齊;且保證管、線路滿足工藝性和裝配性需求。5）工藝性、維修方便性可行。檢查減速機排油孔/注油孔不被遮擋，注油/排油方便;檢查維修口蓋是否被遮擋，電機銘牌可視性是否滿足法規(guī)要求;檢查動力總成緊固件空間能否滿足工具操作空間要求;檢查動力總成吊耳位置是否合理，要求吊起時受力均衡，并考慮動力總成上的工藝支撐點設(shè)計。

（3）動力總成懸置布置。動力總成懸置設(shè)計通常采用三點或者四點懸置系統(tǒng)。日本和韓國使用側(cè)電力傳輸，通常使用四點懸置系統(tǒng)，德國更普遍使用三點懸置系統(tǒng)。三點懸置最適合框架，因為三點確定的平面不受框架變形的影響，固有頻率低，抗扭效果好。圖1和圖2是典型的3點懸置系統(tǒng)。安裝具有良好的穩(wěn)定性，可以克服大的轉(zhuǎn)矩反作用力。大的扭轉(zhuǎn)剛度不利于低頻振動的隔離。傳統(tǒng)燃油車的六缸發(fā)動機常用四點懸置系統(tǒng)。圖3和圖4是典型的4點懸置系統(tǒng)。

2.2 高壓電器件布置

機艙高壓電器件通常包括電機控制器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、車載慢充、高壓接線盒等，集成式動力總成一般會把部分高壓電器件通過螺接等形式集成設(shè)計，固在布置時可同動力總成統(tǒng)一考慮。分離式動力總成通常只包括電機與減速機，需單獨考慮高壓電器件的布置。

3 結(jié)語

純電動車機艙布局設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，需要車身、電力系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、造型等相關(guān)部門的配合。它是整個開發(fā)過程的重要組成部分，在車輛平臺的構(gòu)建中起著越來越重要的作用。

參考文獻：

[1]周厚建，柯江林，張光慧.電動汽車機艙的布置研究[J].上海汽車，2016（03）.