純電動(dòng)物流車的結(jié)構(gòu)布置及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配

王長庚

摘 要：國家政策的利好和快遞物流行業(yè)的迅速發(fā)展為純電動(dòng)物流車提供了廣闊的市場前景。本文針對(duì)某款純電動(dòng)物流車，研究其結(jié)構(gòu)布置，特別是底盤布置，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)物流車;結(jié)構(gòu)布置;傳動(dòng)系統(tǒng)匹配

Abstract： The national policy and express logistics industry rapid development for pure electric logistics vehicles provide a broad market prospects. In this paper， the structural arrangement of a pure electric logistics vehicle， especially the chassis layout was studied， and the power transmission system was matched.

Keywords： pure electric logistics vehicle;structural layout;drive system match

隨著國家政策的導(dǎo)向和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，中國新能源汽車呈現(xiàn)階梯式上升趨勢，生產(chǎn)量、保有量均占世界第一。純電動(dòng)物流車具有靈活多變、運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，發(fā)展勢頭良好。本文選取某型純電動(dòng)物流車為研究對(duì)象，進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置研究，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的匹配。

1 結(jié)構(gòu)布置

電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)布置可以參考傳統(tǒng)燃油汽車的布置方案，但其靈活性更強(qiáng)。這主要是由于電動(dòng)汽車的能量主要是通過柔性的線束而不是通過剛性機(jī)構(gòu)零部件傳遞的。電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)布置主要是三電系統(tǒng)（電機(jī)、電控、動(dòng)力電池組）的布置，首先要解決的問題是動(dòng)力電池組的布置。

1.1 動(dòng)力電池組布置

電動(dòng)汽車選用的電池并不像傳統(tǒng)燃油汽車用的啟動(dòng)電池那么簡單，其使用和排布更加復(fù)雜。動(dòng)力電池組質(zhì)量較大，占據(jù)整車質(zhì)量的比重也較大，單體電池個(gè)數(shù)多，占據(jù)的空間大。動(dòng)力電池組固定方式有兩種：一是托底;二是吊裝。托底方案是電池箱本體無固定耳，只在底板開四組固定螺孔，通過螺孔將電池箱螺裝在一塊轉(zhuǎn)接板（類似大平板）上，由轉(zhuǎn)接板轉(zhuǎn)接至整車上的焊接固定腳。吊裝方案是電池箱本體帶固定耳，直接與車上螺孔或焊接固定腳進(jìn)行螺裝[1]，具體設(shè)計(jì)方案見圖1。

托底方案與吊裝方案相比：裝配關(guān)系增多，裝配難度增大，整車重量也會(huì)增加。同時(shí)，托底方案需要電池箱本體與轉(zhuǎn)接板之間分裝，裝配效率也會(huì)降低。

綜合上述兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本文動(dòng)力電池組布置選擇吊裝方案。確定好動(dòng)力電池組的結(jié)構(gòu)布置后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器的布置（包括傳動(dòng)軸的布置）依據(jù)與驅(qū)動(dòng)橋的空間距離展開排布。然后，依據(jù)總體設(shè)計(jì)和質(zhì)量排布，對(duì)車輛的其他系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置。

1.2 底盤布置

電動(dòng)汽車總體結(jié)構(gòu)布置（主要是底盤布置）方案是根據(jù)三電系統(tǒng)（電機(jī)、電控、動(dòng)力電池組）的設(shè)計(jì)需求，在傳統(tǒng)燃油汽車平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，保持傳統(tǒng)車輛整體框架不變，傳統(tǒng)車輛底盤的四大系統(tǒng)（傳動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）在保持工作原理不變的前提下做相應(yīng)的設(shè)計(jì)調(diào)整。

①傳動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)系統(tǒng)在動(dòng)力電池組布置完畢后依據(jù)總體布置重新排布。采用中置后驅(qū)方案，電機(jī)傳動(dòng)軸直連后橋，簡化傳動(dòng)系統(tǒng)。

②行駛系統(tǒng)。由于總體布置與傳統(tǒng)車輛不同，整車的質(zhì)量與質(zhì)量分布發(fā)生變化，需要對(duì)懸架參數(shù)以及四輪定位參數(shù)做出相應(yīng)調(diào)整。

③轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行重新匹配和調(diào)整;將轉(zhuǎn)向助力方式改為電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向。

④制動(dòng)系統(tǒng)。對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行重新匹配和調(diào)整;增加電動(dòng)真空泵為其提供真空源，加裝真空氣管;計(jì)算出前后軸荷分布的變化，制動(dòng)力需要重新調(diào)整。

經(jīng)過理論計(jì)算、樣車試制和試驗(yàn)，該款純電動(dòng)物流車底盤總體布置方案如圖2所示。

1.3 整車質(zhì)心位置

純電動(dòng)物流車的整車質(zhì)量和整車質(zhì)心位置也是結(jié)構(gòu)布置的一個(gè)主要指標(biāo)。整車質(zhì)心位置的變化會(huì)直接影響電動(dòng)汽車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性和平順性。整車質(zhì)心位置過高，電動(dòng)汽車易產(chǎn)生側(cè)傾或縱傾，可能會(huì)導(dǎo)致翻車事故。

本方案將動(dòng)力電池組布置在底盤（對(duì)應(yīng)在乘員座位下方）中間偏前位置，在其后布置電機(jī)和電機(jī)控制系統(tǒng)（見圖2）。在空載時(shí)，前后橋載荷比接近6∶4;在滿載時(shí)，前后橋載荷比接近4∶6，其整車質(zhì)量載荷分布均衡，質(zhì)心位置合理。整車制動(dòng)性能良好，操縱穩(wěn)定性和平順性也滿足要求。

2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配

為了提高純電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能以及經(jīng)濟(jì)性能，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)的匹配設(shè)計(jì)是十分必要的。電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)匹配的流程是首先對(duì)汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性提出設(shè)計(jì)要求，然后根據(jù)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)要求匹配計(jì)算確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的類型及參數(shù)，再結(jié)合驅(qū)動(dòng)電機(jī)的參數(shù)和性能要求確定動(dòng)力電池組的參數(shù)[2]。

本文在某車型平臺(tái)和總體結(jié)構(gòu)布置的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)計(jì)方案中與車輛動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能相關(guān)的設(shè)計(jì)要求，對(duì)純電動(dòng)物流車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。

2.1 汽車行駛條件

根據(jù)汽車行駛條件分析，電動(dòng)汽車的動(dòng)力性設(shè)計(jì)要求主要有最大爬坡度、最高車速以及加速時(shí)間這三個(gè)方面。

2.2 電機(jī)參數(shù)匹配

電動(dòng)汽車選用的電機(jī)與傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的特性有很大區(qū)別，具有在低速時(shí)恒轉(zhuǎn)矩和高速時(shí)恒功率的特點(diǎn)。電機(jī)參數(shù)的匹配主要包括電機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、額定功率、峰值功率、最大轉(zhuǎn)矩及最高轉(zhuǎn)速等參數(shù)的匹配。電機(jī)是電動(dòng)汽車行駛的動(dòng)力源，對(duì)整車的動(dòng)力性有直接影響[3]。

在滿足電動(dòng)汽車最高車速的情況下，電機(jī)應(yīng)具備的功率為：

在滿足電動(dòng)汽車在最大爬坡的工況下，電機(jī)所消耗的功率：

在滿足電動(dòng)汽車在水平路面上，加速行駛消耗的功率：

考慮到電動(dòng)汽車實(shí)際運(yùn)行工況和效率因素，取電機(jī)的峰值功率為

由電機(jī)的峰值功率與額定功率的關(guān)系為：

動(dòng)汽車需要在低轉(zhuǎn)速（主要是啟動(dòng)時(shí)）得到恒定的最大扭矩，而在高轉(zhuǎn)速時(shí)需要得到恒定的較高功率。因此，驅(qū)動(dòng)電機(jī)最大轉(zhuǎn)速的選擇要結(jié)合傳動(dòng)系減速比、驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率和連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)特性綜合考慮，既要滿足啟動(dòng)時(shí)的要求，又要滿足高速時(shí)的要求。結(jié)合電動(dòng)汽車的技術(shù)要求，選用最高轉(zhuǎn)速在3 000～6 000r/min的電機(jī)[4]。

電機(jī)最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值[β]與電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，[β]值越大，電機(jī)在低速下就可以獲得較大的轉(zhuǎn)矩，大轉(zhuǎn)矩有利于汽車的爬坡和加速。但是，[β]值過大會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車功率損耗，造成能量過度消耗，降低續(xù)駛里程。依據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的特性，一般[β]值取為2～3。因此，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速范圍選定為1 500～3 000r/min。

綜上所述，該款純電動(dòng)物流車選用電機(jī)的參數(shù)見表1。

2.3 動(dòng)力電池組的參數(shù)匹配

動(dòng)力電池組是整車的能量來源，純電動(dòng)物流車消耗的所有能量均來自于動(dòng)力電池組。純電動(dòng)物流車動(dòng)力電池組的參數(shù)匹配主要包括電池組電池的類型、電池組電壓、單體電芯的數(shù)目、電池組總體容量等參數(shù)的選擇。動(dòng)力電池組的容量根據(jù)車輛行駛時(shí)所需的最大功率、所消耗的最大能量以及滿足電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性能（主要是續(xù)駛里程）的要求來確定。本文選取21 700單體電芯[5]。

純電動(dòng)物流車選取的動(dòng)力電池組的輸出功率必須滿足電動(dòng)汽車行駛時(shí)所需最大功率（即電機(jī)峰值功率）的要求。同時(shí)，動(dòng)力電池組充滿電后的能量必須大于或等于電動(dòng)汽車所需的最大能量。

3 結(jié)語

通過對(duì)整車的結(jié)構(gòu)布置和動(dòng)力系統(tǒng)匹配及校核，本車型研發(fā)方案切實(shí)可行。該款電動(dòng)物流車整車平臺(tái)搭載大容量三元鋰電池，永磁同步電動(dòng)機(jī)，高效控制系統(tǒng)。強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)配合靈活的車身平臺(tái)，使得該車具有動(dòng)力強(qiáng)勁、續(xù)駛里程長、噪聲小、安全舒適、運(yùn)營成本低等特點(diǎn)。純電動(dòng)物流車的結(jié)構(gòu)布置及動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)匹配總體符合開發(fā)預(yù)期。

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