淺談乘用車48V設(shè)計與開發(fā)

楊茂華

摘 要：通過個人的研究和體會，針對新能源及48V等重要議題，介紹當(dāng)前的現(xiàn)狀及未來趨勢，闡述個人的意見和主張。

關(guān)鍵詞：乘用車 新能源 MHEV 48V P0

The Design and Development for the Passenger Vehicles 48V

Yang Maohua

Abstract：Based on the personal study，the author introduces the current situation and the future trend about the design and development for the passenger vehicles 48V and puts forward his personal suggestion.

Key words：passenger vehicle，new energy，MHEV，48V，P0

1 行業(yè)現(xiàn)狀與趨勢

隨著“巴黎協(xié)定”在世界范圍內(nèi)逐漸被接受和認(rèn)可，隨著“歐盟碳排放法規(guī)”的逐步實施，隨著“中國雙積分政策”（CAFC積分和NEV積分）的逐步落地，隨著中國提出的“碳中和2060目標(biāo)”逐漸被廣泛認(rèn)知和認(rèn)可，隨著全球消費(fèi)者對于汽車動力、油耗、排放等的訴求越來越高，因故節(jié)能、低碳、環(huán)保的出行交通工具越來越成為市場上的新寵。

目前，可以迎合以上法規(guī)、政策、市場及消費(fèi)者需求的產(chǎn)品形式有EV、HEV、PHEV、MHEV、REV、FCEV等，本文將針對MHEV（48V）予以重點(diǎn)介紹和闡述。

2 48V常見結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)勢，關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)、供應(yīng)商資源

2.1 48V常見結(jié)構(gòu)形式

48V常見結(jié)構(gòu)形式有P0、P1、P2、P3、P4（P是Position的首字母，其代表的是位置的意思）。其中，P0（也稱作BSG）：電機(jī)通過皮帶等于發(fā)動機(jī)連接;P1（也稱作ISG）：電機(jī)與發(fā)動機(jī)直接連接，電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)之間有離合器;P2：電機(jī)與發(fā)動機(jī)之間有離合器，電機(jī)與傳動機(jī)構(gòu)之間有離合器;P3：電機(jī)安裝在變速器和差速器之間;P4：電機(jī)在后橋（后軸）。具體主要差異見圖1：

2.2 48V優(yōu)勢

48V及P0（48V）技術(shù)門檻相對較低，成本相對較低、開發(fā)周期相對較短、開發(fā)費(fèi)用相對較少。同時，對于現(xiàn)有基礎(chǔ)傳統(tǒng)車型的影響相對較小，項目實際應(yīng)用和具體實施操作相對容易。

2.3 P0 48V關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)、關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)供應(yīng)商資源

關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)：48V電機(jī)、48V電池、48V→12V DCDC、48V線纜、48V電池通風(fēng)冷卻系統(tǒng)（取決于電池供應(yīng)商技術(shù)能力），具體見圖2：

關(guān)鍵零部件與系統(tǒng)供應(yīng)商體系與供應(yīng)商資源：48V電機(jī)及DCDC系統(tǒng)供應(yīng)商主要有VALEO（法雷奧）、BOSCH（博世）、CONTINENTAL（大陸）、RICARDO（里卡多）、LG，48V電池供應(yīng)商主要有BOSCH（博世）、萬象（自主品牌）。

3 48V工作原理、控制策略與整車標(biāo)定

3.1 P0 48V工作原理

P0 48V工作原理：啟動階段，48V電機(jī)取代傳統(tǒng)起動機(jī)實現(xiàn)快速啟動;起步階段，48V電機(jī)助力發(fā)動機(jī)實現(xiàn)快速起步;加速階段，48V電機(jī)輔助發(fā)動機(jī)實現(xiàn)快速加速;行駛階段，發(fā)動機(jī)帶動48V電機(jī)進(jìn)行發(fā)電并向48V電池進(jìn)行充電;減速、制動、滑行階段，通過發(fā)動機(jī)制動反拖48V電機(jī)進(jìn)行發(fā)電并向48V電池進(jìn)行充電;怠速階段，通過48V電機(jī)實現(xiàn)快速啟停;具體見圖3：

3.2 P0 48V整車控制策略與標(biāo)定

當(dāng)然，需要結(jié)合以上工作原理做好整車控制策略和系統(tǒng)標(biāo)定工作。以便保證傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)轉(zhuǎn)、新增48V充分發(fā)揮應(yīng)有的效能，同時使得兩種動力有機(jī)耦合相輔相成。

4 48V整車整體設(shè)計開發(fā)思路

基于現(xiàn)有傳統(tǒng)車型加裝該48V系統(tǒng)，按照新增的零部件、系統(tǒng)的自身要求及其對周邊環(huán)境的特殊要求，在沿用的基礎(chǔ)上對于周邊關(guān)聯(lián)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驮O(shè)變，以便滿足安裝固定、機(jī)械接口匹配需求等。

對于全新平臺、全新車型，需要按照平臺、平臺化、模塊化設(shè)計理念與思想進(jìn)行兼容設(shè)計和防錯設(shè)計，確保關(guān)聯(lián)零部件最大化通用和共用，節(jié)省項目投資、成本和費(fèi)用。

5 P0 48V關(guān)鍵零部件布置原則及注意事項

5.1 48V電機(jī)布置原則及注意事項

48V電機(jī)取代傳統(tǒng)電機(jī)（針對于P0結(jié)構(gòu)形式而言），通過過渡支架的變化實現(xiàn)48V電機(jī)的安裝和固定，由于帶輪直徑變化及差異，需要針對輪系進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改，以便滿足帶輪包角的要求。由于輪系調(diào)整變化較大，需要針對周邊件進(jìn)行全面校核，從而極力避免間隙不足及動靜態(tài)干涉、拆裝困難等問題。

另外，48V電機(jī)的理想工作環(huán)境溫度要求<105℃，故需要做好前艙流場和溫度場的模擬分析評估工作。

5.2 DCDC布置原則及注意事項

DCDC一般布置在前艙區(qū)域，兼顧48V電機(jī)布置位置及傳統(tǒng)12V電池布置位置，結(jié)合前艙周邊部件及空間余量予以合理的布置和安放。當(dāng)然，市場上也有布置在乘員艙或者行李箱區(qū)域的情況，具體項目視實際情況做出最佳的判斷和設(shè)計。

另外，DCDC的理想工作環(huán)境溫度要求<70℃，故需要做好前艙&乘員艙&行李箱區(qū)域流場和溫度場的模擬分析評估工作。若周邊工作環(huán)境溫度不大友好，除了增加純機(jī)械散熱片散熱之外，還可以借助水冷或者油冷主動降溫措施予以改善。

5.3 48V電池布置原則及注意事項

48V電池常見的布置位置有乘員艙和行李箱區(qū)域。

若是布置在乘員艙，一般都是布置在副駕座椅下方。若是布置在乘員艙（副駕座椅下方），需要采取措施減少電池發(fā)熱以及NVH對于乘員舒適性的影響，同時需要對地毯進(jìn)行一些特殊的設(shè)計，從而確保美觀性和隔音降噪效果。另外，需要評估驗證側(cè)碰惡劣工況安全性，避免因侵入過大導(dǎo)致漏液起火事故的發(fā)生。

若是布置在行李箱區(qū)域，通常有4種常見形式：一種是布置在行李箱地板之上靠近后排座椅靠背處;一種是布置在行李箱地板之上靠近左后輪罩或右后輪罩處;一種是布置在備胎池之中（當(dāng)然，備胎需要反扣于備胎池）;一種是行李箱后圍板區(qū)域。若是布置在行李箱區(qū)域（行李箱地板之上靠近后排座椅靠背處、行李箱地板之上靠近左后輪罩或右后輪罩處、行李箱靠近后圍板區(qū)域、備胎池等），除了充分考慮行李箱容積和美觀性之外，還需充分開展后碰安全模擬分析以及實車碰撞試驗驗證工作，從而確保使用的安全。

另外，48V電池的理想工作環(huán)境溫度要求<30℃（電芯工作溫度極限在60℃∽65℃），故需要做好乘員艙和行李箱區(qū)域流場和溫度場的模擬分析評估工作。若周邊工作環(huán)境溫度不大友好，可以借助自然冷卻、引入空調(diào)冷風(fēng)降溫、主動強(qiáng)制風(fēng)冷或水冷等措施予以改善。

5.4 48V電池通風(fēng)冷卻系統(tǒng)布置原則及注意事項

對于48V電池通風(fēng)冷卻系統(tǒng)（包括進(jìn)風(fēng)管或者導(dǎo)風(fēng)管、風(fēng)箱、風(fēng)機(jī)、出風(fēng)管等）而言，一個取決于電池供應(yīng)商技術(shù)能力，另外一個取決于48V電池的布置位置。若48V電池布置在乘員艙，則完全可以借助HVAC（空調(diào)）實現(xiàn)其降溫的目的;若48V電池布置在行李箱（3廂乘用車）之內(nèi)，且電池供應(yīng)商技術(shù)能力相對較弱，則需要借助通風(fēng)冷卻系統(tǒng)或者水冷系統(tǒng)實現(xiàn)降溫，以防電池過熱保護(hù)進(jìn)而導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常有效工作。

5.5 高壓線纜布置原則及注意事項

高壓線纜常見3種走向形式：一種是艙室內(nèi)布置方案，即穿過前擋板進(jìn)入乘員艙或者行李箱。另外兩種是艙室外布置方案（繞過前擋板穿過前地板進(jìn)入乘員艙;繞過前擋板穿過中地板或者后地板進(jìn)入行李箱）。高壓線纜原材料成本較高，線路走向需遵從“最短化設(shè)計原則”，以便項目成本的最優(yōu)控制。高壓線纜若從地板下方通過，需同時做好“防水&防剮蹭漏電”甚至“短路”等保護(hù)措施。

另外，48V線纜的理想周邊環(huán)境溫度要求<120℃，故需要做好熱源如排氣系統(tǒng)的隔熱防護(hù)措施。

5.6 XXX車型布置示意圖

6 設(shè)計驗證、設(shè)計確認(rèn)

6.1 CAE模擬手段

如今，CAE日漸成熟和完善，可以借助CAE模擬分析手段對于PE（動力性經(jīng)濟(jì)性）、VTM（熱管理）、NVH（噪聲、振動、聲振粗糙度）等進(jìn)行前期的模擬分析和結(jié)果預(yù)判，并對于CAD設(shè)計存在的問題尋求合理的應(yīng)對措施及解決方案。目前，國內(nèi)主機(jī)廠完全可以建立自己的CAE分析團(tuán)隊或外委有資質(zhì)的供應(yīng)商進(jìn)行相應(yīng)的模擬分析工作。

6.2 性能試驗

與此同時，實車性能試驗手段也已經(jīng)非常的成熟和完善，不同項目可以按照Mule Car（騾車）、Prototype（原型車）、OTS樣車（工裝樣車）分階段進(jìn)行多維度、全方位的驗證和綜合評價。除了開展PE、VTM、NVH試驗之外，還可以利用綜合試驗、強(qiáng)化試驗等，考證整車及系統(tǒng)的可靠性、耐久性、安全性等。

7 結(jié)束語

鑒于當(dāng)下關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)還是外資企業(yè)把控，國內(nèi)自主零部件供應(yīng)商應(yīng)充分的借鑒、消化、吸收。同時，加大關(guān)鍵技術(shù)及核心人才的引進(jìn)力度，盡早開發(fā)出國產(chǎn)化的產(chǎn)品。從而打破外資企業(yè)、國際巨頭在這一領(lǐng)域的技術(shù)壟斷局面。

與此同時，外資品牌及合資品牌諸如奔馳、奧迪、大眾、通用、福特、JEEP等，自主品牌諸如吉利、長安、長城、廣汽、江淮、江鈴等，均有48V產(chǎn)品量產(chǎn)上市。隨著汽車市場及消費(fèi)人群需求的變化，為了擴(kuò)大新產(chǎn)品的亮點(diǎn)、賣點(diǎn)，為了增強(qiáng)新產(chǎn)品的競爭力和影響力，后來的主機(jī)廠需要在48V上抓住機(jī)遇、苦下功夫、彎道超車、迎頭趕上，從而使新老產(chǎn)品在激烈的市場競爭中永遠(yuǎn)處于不敗之地。