電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)分析

趙路軍

摘要：當(dāng)前，如何降低汽車的能源消耗和環(huán)境污染已經(jīng)成為了汽車工業(yè)發(fā)展的主旋律。電動(dòng)汽車作為綠色交通工具對(duì)緩解能源壓力以及在保護(hù)環(huán)境中有著重要作用。電動(dòng)汽車是高科技前沿產(chǎn)品。它集成了汽車、功率電子、控制自動(dòng)化、電化學(xué)、計(jì)算機(jī)以及新能源和新材料等工程技術(shù)于一身，與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，電動(dòng)汽車在污染與噪音方面都有所降低，同時(shí)電動(dòng)汽車的使用對(duì)石油能源的保護(hù)也起到非常重要的作用。目前電動(dòng)汽車的平均時(shí)速完全能夠滿足人們?cè)诔鞘猩钪械男枨?，同時(shí)又在行駛安全方面有了很大的保障。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；動(dòng)力系統(tǒng)；總布置設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)總布置的設(shè)計(jì)應(yīng)按照滿足運(yùn)動(dòng)空間、總裝工藝間隙、熱害間隙、最小離地間隙、傳動(dòng)軸夾角、碰撞安全和合理的成本控制滿足法規(guī)等要求的布置方法。應(yīng)遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、法規(guī)，不得侵犯他人專利。并力求零件標(biāo)準(zhǔn)化、部件通用化、產(chǎn)品系列化。

1電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

與燃油汽車相比，電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是靈活性，這種靈活性源于電動(dòng)汽車具有以下特點(diǎn)：

1.1電動(dòng)汽車的能量主要是通過柔性的電線而不是通過剛性聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)軸傳遞的，因此，電動(dòng)汽車各部件的布置具有很大的靈活性。

1.2電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置不同（如獨(dú)立的四輪驅(qū)動(dòng)和輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)等）會(huì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)區(qū)別很大，采用不同類型的電動(dòng)機(jī)（如直流和交流電動(dòng)機(jī)）會(huì)影響到電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸和形狀；不同類型的儲(chǔ)能裝置（如蓄電池和燃料電池）也會(huì)影響電動(dòng)汽車的質(zhì)量、尺寸及形狀。

1.3不同的補(bǔ)充能源裝置具有不同的硬件和機(jī)構(gòu)，例如蓄電池可通過感應(yīng)式和接觸式的充電機(jī)充電，或者采用替換蓄電池的方式，將替換下來的蓄電池再進(jìn)行集中充電。

2布置原則

機(jī)艙布置應(yīng)合理規(guī)整，提高空間利用率，以防止運(yùn)動(dòng)干涉，電動(dòng)車機(jī)艙布置一般分位上下兩層，上層布置維修更換頻率高的部件，如電機(jī)控制器、整車控制器、DC/DC、高壓電器盒、保鮮盒等部件；下層布置電機(jī)減速器和不經(jīng)常維修的部件，如電動(dòng)制動(dòng)真空泵、真空罐、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、水泵等部件。

2.1運(yùn)動(dòng)空間間隙和總裝工藝間隙。部件連接分為剛性連接部件和柔性連接部件。柔性連接部件為部件與部件間安裝有軟墊，用以減震和降噪。剛性連接部件間最小間隙為10mm，柔性連接部件最小間隙為15mm，電機(jī)與其他部件的最小間隙為20mm。各部件線束插頭拆裝操作應(yīng)留有A≥B+50mm的空間（B為接插件厚度），便于拆裝和維修。

2.2熱害間隙。風(fēng)冷的充電機(jī)、電機(jī)和DC/DC等部件應(yīng)滿足部件散熱片外部保留熱害間隙大于20mm。

2.3最小離地間隙。各部件的布置應(yīng)滿足整車通過性，即最小離地間隙為H≥L/30+50mm（L為軸距）。

2.4傳動(dòng)軸夾角。動(dòng)力總成的布置應(yīng)使左右兩個(gè)半軸與水平面的夾角盡量相等，且滿載靜止時(shí)4°≤α≤7°，角度越小傳動(dòng)軸噪音越小、壽命越長(zhǎng)。

2.5碰撞安全。根據(jù)國(guó)內(nèi)汽車設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般乘用車若要取得C-NCAP四星以上的碰撞成績(jī)，吸能空間L=C+D≥560mm，C為動(dòng)力總成距前保險(xiǎn)杠最外延最小距離；D為動(dòng)力總成距前圍板最小距離。因前保杠的潰縮空間較大，所以建議為280至300mm。

2.6合理的成本控制。各部件的布置應(yīng)選擇簡(jiǎn)化冷卻管路的布置方法，避免重復(fù)和折返，例如采用串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，部件的管路連接按產(chǎn)生熱量遞增順序排布。盡量考慮將用電器相配合部件布置在一起，盡量縮短兩部件接線口間距離，簡(jiǎn)化管線的長(zhǎng)度和走向。即盡量將DC/DC與充電機(jī)和小電瓶布置在一起、動(dòng)力電池與電池管理系統(tǒng)和高壓電器盒布置在一起、電機(jī)與電機(jī)控制器布置在一起。

3電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)總布置設(shè)計(jì)分析

3.1電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的布置形式

⑴傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式，即是傳承傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力系統(tǒng)布置方式，由電動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、傳動(dòng)軸、差速器組成。實(shí)質(zhì)相當(dāng)于將燃油發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)換為電動(dòng)機(jī)。通常以前置后驅(qū)的布置形式出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高，空間利用率低。

⑵集成式驅(qū)動(dòng)方式，即是將電動(dòng)機(jī)、定比減速器與差速器集成為一體，類似于橫置發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，體型較小，利用左右兩半軸與兩側(cè)車輪直接相連，空間利用率較高，且重量相對(duì)較輕。目前主流車型基本選用這種驅(qū)動(dòng)方式，并配以前置前驅(qū)的布置形式。前艙在這種布置方式下，有利于保證乘員艙人機(jī)空間，并可讓出地板下部空間布置動(dòng)力電池，有利于平衡整車質(zhì)量分配，降低電池在碰撞中受到損傷的風(fēng)險(xiǎn)。

⑶雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，即兩側(cè)輪邊各配一個(gè)電動(dòng)機(jī)，每側(cè)電動(dòng)機(jī)都是與定比減速器集成一體，并用半軸或直接與車輪相連。因?yàn)橄嗷オ?dú)立，所以無(wú)需差速器，可以用電控系統(tǒng)分別控制，起到電子差速器的作用。此驅(qū)動(dòng)方式對(duì)電動(dòng)機(jī)要求較低，適用于中或大型客車。

⑷輪轂式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，即電動(dòng)機(jī)直接裝配在車輪輪轂上，高度集成化，空間結(jié)構(gòu)利用率極高。通常用定比行星輪減速器，提供較大的減速比，達(dá)到增加扭矩的效果。由于動(dòng)力輸出路徑極短，直接驅(qū)動(dòng)車輪，可以極大地提高機(jī)械效率，節(jié)省能量。另外高度集成化也意味著動(dòng)力系統(tǒng)質(zhì)量的減輕，也意味著續(xù)航里程的增加。輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的布置方式因高度集成化而帶來很高的靈活性，可以輕易實(shí)現(xiàn)雙前輪驅(qū)動(dòng)、雙后輪驅(qū)動(dòng)和四輪全驅(qū)三種模式。各種優(yōu)勢(shì)將輪轂式電動(dòng)機(jī)推向未來發(fā)展趨勢(shì)的前沿，但由于其扭矩限制，目前還只適用于小型電動(dòng)汽車。

3.2電池的布置形式

數(shù)百電池單元串并聯(lián)在電池包內(nèi)部，這就要求電池包有足夠大的體積去容納。如此數(shù)量眾多的電池單元，導(dǎo)致電池包的質(zhì)量也會(huì)達(dá)到數(shù)百公斤?？v覽汽車內(nèi)外部空間，適合電池包布置的只有乘員艙地板下部前后軸之間，及行李箱內(nèi)。行李箱的儲(chǔ)物需求及備胎所占空間需要在一定程度上迫使電池包的布置范圍局限于前者。其次，如若將電池包布置于行李箱內(nèi)，后軸荷分配質(zhì)量將會(huì)急驟增加，不利于汽車行駛及操作穩(wěn)定性。當(dāng)汽車發(fā)生后碰撞時(shí)電池包的安全防護(hù)也將成為問題。所以電池包的位置推薦布置于乘員艙地板下部前后軸之間。

隨著對(duì)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程和電池能量密度要求的提高，三元鋰電池逐漸成為電動(dòng)車企業(yè)首選。但與此同時(shí)也帶來對(duì)電池冷卻系統(tǒng)的需求。冷卻方式有液冷及風(fēng)冷兩種方式。液冷顯而易見在熱交換率上和布置靈活性上更有優(yōu)勢(shì)。

4結(jié)語(yǔ)

推進(jìn)新能源汽車發(fā)展，是全球汽車業(yè)的共同目標(biāo)。因此，中國(guó)應(yīng)順應(yīng)全球汽車業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，抓住傳統(tǒng)汽車向電動(dòng)汽車轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略機(jī)遇，堅(jiān)持技術(shù)革新，推動(dòng)和實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：浙江眾泰汽車制造有限公司杭州分公司）