一種純電動窄車身城市客車設(shè)計與研究

查保應(yīng)　張立輝　文

一種純電動窄車身城市客車設(shè)計與研究

查保應(yīng)張立輝文

該方案從車身骨架、車身附件、底盤大件、高壓電器以及動力電池等方面入手，通過運用集成化的設(shè)計理念進(jìn)行部件設(shè)計，對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，同時加大新材料的應(yīng)用，最終減輕車輛自重，達(dá)到延長續(xù)駛里程的目的。

Abstract

Design and Research of a Pure Electric Narrow Body City Bus

This paper mainly introduces the design and research of a kind of pure electric narrow bus body. Realize the car fat walkway， the space inside the car is maximized, the optimization of the number of occupants; vehicle lightweight design, reduce the energy consumption and extend the mileage; optimal allocation of vehicles, high price and high reliability, the maximum extent to meet the user’s requirements.

當(dāng)前，全球資源與環(huán)境問題日益突出，能源問題成為影響全球經(jīng)濟和發(fā)展必須解決的問題，新能源的開發(fā)和利用成為緩解能源緊張的關(guān)鍵。為了減少城市汽車的污染排量，實現(xiàn)新能源汽車的發(fā)展戰(zhàn)略，純電動客車越來越普及。

目前市場上多數(shù)純電動客車的續(xù)駛里程較短，制約了其發(fā)展。筆者從整車結(jié)構(gòu)提出了一種全新的設(shè)計方案。該方案從車身骨架、車身附件、底盤大件、高壓電器以及動力電池等方面入手，通過運用集成化的設(shè)計理念進(jìn)行部件設(shè)計，對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，同時加大新材料的應(yīng)用，最終減輕車輛自重，達(dá)到延長續(xù)駛里程的目的。

整車布置

整車采用全新造型，全承載車身，板簧懸架，二級踏步；等速40 km/h工況下（不帶空調(diào)），續(xù)駛里程＞250 km，電耗≤350 Wh/km；整備質(zhì)量＜7 t。具體參數(shù)如表1所示。

1.前后橋及懸架設(shè)計

前橋選擇4.2 t，后橋選擇6 t，整車最大總質(zhì)量10.2 t；懸架系統(tǒng)采用前3后4鋼板彈簧。前懸架調(diào)整板簧左右間距至910 mm，過道寬度可達(dá)到1 000 mm，大大提升了通過性。

2.驅(qū)動系統(tǒng)及動力電池設(shè)計

表1　整車技術(shù)參數(shù)驅(qū)動形式　4×2外形尺寸/mm車長 　8 000車寬 　2 350車高　2 850，3 100軸距/mm　4 450輪距/mm　前輪　1 935后輪　1 745前懸/mm　1 825后懸/mm　1 725總質(zhì)量/kg　10 200整備質(zhì)量/kg　7 000表2　車身骨架改進(jìn)方向及措施對標(biāo)項目　方向手段　具體實施細(xì)節(jié)底架前段優(yōu)化結(jié)構(gòu)，合理選用管型所有截面厚度不超過40 mm，優(yōu)化截面結(jié)構(gòu)，合理選用管型，走道斜撐及不參與受力部位以折彎件代替矩形管底架中段優(yōu)化結(jié)構(gòu)，合理選用管型底架后段優(yōu)化踏步及截面結(jié)構(gòu)，走道斜撐以折彎件代替優(yōu)化結(jié)構(gòu)，合理選用管型優(yōu)化板簧支架位置結(jié)構(gòu)，檢修口處支撐梁以平板代替，走道斜撐以折彎件代替底架尾段優(yōu)化結(jié)構(gòu)，合理選用管型電器預(yù)埋件優(yōu)化電機支架位置結(jié)構(gòu)，優(yōu)化尾段支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化支架梁及結(jié)構(gòu)優(yōu)化支架梁布置，避免大量用梁，以小支架或小平板作為預(yù)埋件座椅扶手預(yù)埋件精確預(yù)埋位置，優(yōu)化結(jié)構(gòu)精確預(yù)埋位置，預(yù)埋板由折彎板改為平板，厚度改為3～4 mm內(nèi)蒙皮　簡化內(nèi)蒙皮　優(yōu)化結(jié)構(gòu)，減少內(nèi)蒙皮的面積前圍骨架簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸后圍骨架1.簡化雨刮器支架結(jié)構(gòu)；2.造型的支撐梁改為支架板；3.大燈支架簡化；4.減少管型簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸頂蓋骨架1.簡化后擋結(jié)構(gòu)；2.簡化后保結(jié)構(gòu)；3.造型的支撐梁改為支架板；4.減少管型簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸側(cè)圍骨架1.頂骨架厚度改為30 mm；2.頂支架板厚度減少；3.出風(fēng)口、回風(fēng)口、安全天窗的梁結(jié)構(gòu)改為支架板；4.減少管型簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸1.側(cè)圍斜撐取消，改為帶預(yù)埋的支架板；2.減少側(cè)圍支架板厚度；3.門結(jié)構(gòu)簡化；4.側(cè)窗部分非稱重梁改為支架板；5.減少管型骨架預(yù)埋件簡化結(jié)構(gòu)、精確預(yù)埋件尺寸1.簡化預(yù)埋件結(jié)構(gòu)；2.精確預(yù)埋件尺寸，支架板倒圓角，開工藝孔骨架厚度　減小頂骨架厚度　頂骨架厚度減少至30 mm外蒙皮減小蒙皮面積，減小蒙皮厚度1.減少蒙皮面積；2.除沖壓件厚度不變，其他蒙皮厚度適當(dāng)減少

表3　車身附件改進(jìn)方向及措施對標(biāo)項目　方向手段　具體實施細(xì)節(jié)座椅　采用輕量化座椅　輕量化注塑座椅扶手由壁厚2 mm的花紋鋼管改用壁厚1.5 mm的花紋鋼管盡量采用焊接方式，減少連接件重量頂內(nèi)飾　簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸　優(yōu)化頂板布局，減少預(yù)埋數(shù)量前后頂內(nèi)飾　簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸　使用新材料，減小預(yù)埋梁規(guī)格側(cè)圍內(nèi)飾　簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸　使用新材料，優(yōu)化側(cè)墻板布局，減少預(yù)埋數(shù)量艙門　去除艙門部分富余部件、優(yōu)化艙門結(jié)構(gòu)1.在保證艙門強度的情況下，合理優(yōu)化艙門結(jié)構(gòu)，減少艙門骨架；2.中段艙門做成一個大倉，減少艙門附件（氣彈簧及其支架、鎖及其支架、鉸鏈、密封部分）的數(shù)量，從而降低質(zhì)量地板　使用輕量化地板　9 mm PVC地板，并優(yōu)化布局，減少預(yù)埋梁天窗　減小天窗內(nèi)罩殼高度，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)天窗內(nèi)罩殼高度縮小，優(yōu)化風(fēng)機結(jié)構(gòu)減重儀表臺　新開發(fā)下片，簡化結(jié)構(gòu)　下片材料厚度減薄，副臺縮短，在原基礎(chǔ)上減重10 kg空調(diào)　簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸　殼體玻璃鋼更換為鋁合金風(fēng)道　更改風(fēng)道材質(zhì)　選取新材料風(fēng)道，將鋁合金風(fēng)道更換發(fā)泡風(fēng)道

驅(qū)動系統(tǒng)選用額定功率60 kW永磁同步電機。動力電池選用磷酸鐵鋰電池，容量180 Ah，電壓等級512 V。動力電池中段布置5箱，尾段布置1箱，共6箱電池，全部位于二級踏步下，保證車內(nèi)平走道。

3.座椅布置設(shè)計

前輪上布置3只面對面座椅，中段1+1布置6只座椅，尾段2+2布置8只座椅，保證中段站立面積最大化。

整車輕量化

整車進(jìn)行深入研究，例如車身骨架、車身附件、底盤大件、高壓電器以及動力電池等方面，通過運用集成化的設(shè)計理念進(jìn)行部件設(shè)計，對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，同時加大新型材料的運用，減輕純電動客車的重量，有效降低能耗，延長續(xù)駛里程。

1.車身骨架

對骨架部分進(jìn)行分析，分別從底架前、中、后尾段以及骨架前后圍、側(cè)圍、頂蓋入手，優(yōu)化管型及局部結(jié)構(gòu)，同時對于預(yù)埋件進(jìn)行合理簡化，減少內(nèi)外蒙皮用量。通過上述手段毛胚車重量控制在2 t以內(nèi)。表2示出了車身骨架改進(jìn)方向及措施，按照該思路進(jìn)行輕量化設(shè)計，最終毛胚車重量1.965 t，達(dá)到設(shè)計要求。

2.車身附件

對車身附件進(jìn)行分類，逐個實現(xiàn)輕量化設(shè)計。座椅選用輕量化注塑座椅，減少扶手厚度，優(yōu)化內(nèi)飾覆蓋件結(jié)構(gòu)，采用PVC地板等，總重量控制在1.6 t以內(nèi)。表3示出了車身附件改進(jìn)方向及措施。按照該思路進(jìn)行輕量化設(shè)計，最終車身附件重量1.508 t，達(dá)到設(shè)計要求。

3.底盤

通過與車橋廠家、懸架廠家聯(lián)合開發(fā)，有效降低其自重，重量控制在1.16 t以內(nèi)。表4示出了底盤改進(jìn)方向及措施。按照該思路進(jìn)行輕量化設(shè)計，最終前后橋及重量1.153 t，達(dá)到了設(shè)計要求。

4.高壓系統(tǒng)

高壓系統(tǒng)采用集成化設(shè)計理念，減少部件數(shù)量；同時驅(qū)動電機采用鋁合金外殼，動力電池合理匹配容量，電池箱體采用新型結(jié)構(gòu)，減少箱體原材料用料，優(yōu)化高壓線束走向，減少高壓線用量，重量控制在1.1 t以內(nèi)。表5示出了高壓系統(tǒng)改進(jìn)方向及措施。按照該思路進(jìn)行輕量化設(shè)計，最終高壓系統(tǒng)重量1.082 t，達(dá)到了設(shè)計要求。

通過從車身骨架、車身附件、底盤大件、高壓系統(tǒng)4大部分進(jìn)行輕量化設(shè)計，最終該車型的整備質(zhì)量為6.925 t，達(dá)到設(shè)計目標(biāo)。

先進(jìn)性

該車型是充分調(diào)研了目前市場上的主流產(chǎn)品，并結(jié)合國家政策，改進(jìn)并封閉了市場反饋問題，而全力打造的一款全新產(chǎn)品。在很多方面進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，調(diào)整前后輪距，避免輪胎相對與車身的內(nèi)陷或外凸情況，更加協(xié)調(diào)美觀；前后懸架后板簧座采用垂直安裝方式，安裝和拆卸的所需空間較小，降低拆裝難度；后艙門設(shè)計高度大于1 750 mm；踏步最低化設(shè)計，僅為310 mm；中乘客門寬度最大化設(shè)計，寬度可達(dá)1 300 mm。上述改進(jìn)創(chuàng)新使得該款產(chǎn)品更能滿足市場需求，提升市場競爭力。

表4　底盤改進(jìn)方向及措施對標(biāo)項目　方向手段　具體實施細(xì)節(jié)前后橋　橋及附件減重　選取合適的橋型，盡量減輕前后橋重前后懸架　板簧減重　采用前3后4板簧，降低板簧及附件重量

表5　高壓系統(tǒng)改進(jìn)方向及措施對標(biāo)項目　方向手段　具體實施細(xì)節(jié)驅(qū)動電機　采用60 kW永磁電機　鋁合金外殼，降低電機重量八合一控制器　簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸將電機控制器、三合一輔助控制器、高壓配電柜等集成設(shè)計，降低重量動力電池　合理選型電壓容量合理匹配，滿足續(xù)駛里程的情況下電量盡量小，降低整體動力系統(tǒng)重量電池箱體　簡化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸托架和箱體做成一個整體結(jié)構(gòu)，底部固定絕緣板設(shè)計成U型墊塊結(jié)構(gòu)電機控制器　取消　取消電機控制器，將電機控制器集成在八合一控制器內(nèi)三合一輔助控制器　取消　取消三合一輔助控制器，將三合一輔助控制器集成在八合一控制器內(nèi)高壓配電柜　取消　取消高壓配電柜，將高壓配電柜集成在八合一控制器內(nèi)高壓線纜　優(yōu)化線束走向　1.優(yōu)化線束走向；2.采用八合一控制器，減少高壓線用量

該車型在高壓系統(tǒng)創(chuàng)新采用多合一控制器，降低了質(zhì)量和成本；采用永磁同步電機，提升動力系統(tǒng)效率，降低能耗和自重；轉(zhuǎn)向電機采用永磁電機，并設(shè)計獨立安裝倉，實現(xiàn)節(jié)能和防水性能的提升。

該車型輕量化設(shè)計成果顯著，整備質(zhì)量＜7 t，與國內(nèi)同級別、同配置車型相比，具有非常大的優(yōu)勢。

安凱客車助推合肥榮獲世界最具影響力電動汽車城市大獎

在不久前剛剛落幕的“第29屆世界純電動車、混合動力車和燃料電池車大會暨展覽會” （EVS）上，合肥市摘得中國唯一的世界最具影響力電動汽車城市大獎。

合肥市此次能獲此殊榮，得益于安凱客車等一批優(yōu)秀的新能源上下游企業(yè)長期以來在新能源領(lǐng)域的不斷探索和積極推廣。從2003年起，安凱客車開始研發(fā)新能源客車，并一直以優(yōu)秀的產(chǎn)品助力合肥市公共交通運輸，為節(jié)能減排做出了重大貢獻(xiàn)，也成為助推合肥市成功獲獎的重要因素之一。

自2010年合肥啟動全球首條全部應(yīng)用安凱純電動公交運營的公交線路至今，作為未來汽車發(fā)展的重要方向，新能源汽車產(chǎn)業(yè)在合肥獲得了政策和資金的鼎力支持，培育了一批骨干企業(yè)，產(chǎn)業(yè)體系得到完善，正在加快躋身全國第一方陣。

據(jù)合肥市科技局區(qū)域與創(chuàng)新處處長戴兵介紹，2015年，合肥新能源汽車產(chǎn)值達(dá)156.7億元，同比增長38%。合肥市運行的新能源汽車運行總里程超過4億km，初步測算，節(jié)約燃油6 000萬L，減排CO2等13萬t。

2010年，由30輛安凱組成的世界首條純電動公交線路自投入運營以來，已經(jīng)成功運營長達(dá)6年半，運營總里程超過800萬km。截止目前，安凱投入合肥運營的新能源客車數(shù)量已經(jīng)超過2 000輛，為合肥市的綠色發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

根據(jù)合肥市政府制定的目標(biāo)，到2020年將推廣新能源汽車10萬輛，建成公共快充樁6 000個以上、慢充樁8萬個以上，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到500億元以上，建成國內(nèi)領(lǐng)先的新能源汽車研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化基地。