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1、纯电动乘用车总布置设计研究0引言随着以石油为代表的不可再生矿物能源的逐渐消耗,能源危机、环保、可持续发展成了摆在人们面前亟待解决的问题。在占世界能源消耗大约1/3的汽车方面,世界范围内,以美国、日本、欧洲等发达国家为首,世界上大部分有实力的国家都投入巨资进行电动汽车的研发,日本三菱的i?miev及日产的leaf等纯电动乘用车将于近一两年内逐步上市。纯电动汽车以其环保、高效和可持续发展的巨大优势吸引着人们的目光。由于跟传统汽车区别较大,13纯电动乘用车在结构方面需要较大变化的设计和布置才能满足一定的性能需求。本文将从纯电动乘用车几个关键部件及系统的总布置方面进行论述,同时
2、结合项目实际过程中的一些问题进行阐述。1纯电动乘用车整体结构图1所示为纯电动乘用车的关键部件位置。纯电动乘用车主要由电池ESS系统总成、驱动电机及减速箱总成、电机控制器、充电器、充电口及其他相关附属部件组成。在实际设计的过程中,兼顾空间和轴荷匹配、高压安全等方面考虑,关键部件的布置显得特别重要。一方面,这些部件大部分工作在高压状态,如果布置在很容易变形或者磕碰的地方,那么可能会造成系统的漏电,对人员安全造成极大威胁;另一方面,这些部件普遍重量较大,13如果不进行整车特别是底盘的动力、操控性能的全面分析,部件重量分布不合理,对整车的性能和安全同样会留有很大的隐患。因此,根
3、据对底盘和整车性能的分析,以及对高压安全等角度的考虑,对纯电动乘用车的关键部件进行了多轮的验证性布置,逐渐趋于图1所示位置。整车采用前置动力前驱的方式,电机及减速箱、电机控制器布置在前舱内,有利于提高驱动效率;电池布置于底板下面,有利于平衡前后轴荷,提高操控性能,同时,利于电池的安装,为以后电池快换技术留有可研究的余地;充电器放在后部,在防水和防尘方面具有很大的优势。充电口放在原加油口位置,有利于减少车身的变化量,提高与传统车的兼容效率。2整车动力系统选型计算及布置2.1整车动力性能计算本车定位为A00级车型,相关参数需求见表131。2.2电机选用及相关传动形式定型目前
4、,电动乘用车驱动电机主流有两种形式的驱动电机:永磁同步交流电机和永磁异步交流电机。电机是电动汽车最为核心的零部件之一,根据电动汽车的需求,对驱动电机有以下要求:结构紧凑、尺寸小,重量轻,可靠性高、失效模式可控,效率高,成本低,低噪声、低震动,恒功率调速范围宽。受电流以及电压的限制,以及根据以上要求和计算的结果,选用永磁同步交流电机。并通过设计特殊的水冷系统和匹配相应的电力电子系统尽量满足电动乘用车对驱动电机的要求。在同样功率输出的情况下,匹配合理的减速机,有利于提高输出扭矩,增强电动汽车的加速性能和优化传动效率,根据计算匹配,本车专门设计了一个单级减速器,13实现上述功
5、能;同时,由于区别于传统的内燃机,电动机无法实现辅助制动的功能,减速器还设计了驻车锁止机构以及倒车机构。3前舱关键零部件的布置设计在传统汽油机车上,前舱是核心部件的集成地,发动机、变速器等关键零部件基本都布置在前舱里面。同样,电动汽车也把一定的关键部件放在了前舱,主要有:电机控制器、电机、减速器、电动真空泵、电动空调等,主要是因为以下几个方面的原因。(1)电动汽车专用零部件比较多,整车内其它位置基本已经没有空间,而前舱去掉了发动机、变速器等相关零部件后,空出了一定的空间。(2)对于电动乘用车来说,13前置动力前驱依然是比较有效的驱动形式,因此目前大部分车型均将驱动电机布
6、置在前舱内。(3)电机控制器、电机等都是大体积零部件,并且集成在一起更有利于整体的工作效率,加上减速器,需要一个更有效的布置方式,因此,基本选择在前舱。当然,在实际的项目设计过程中,由于A00级纯电动乘用车前舱空间有限,同时,因零部件多、高压走线等方面的原因,布置起来非常困难,需要进行多轮协调和相关零部件不断改进。目前由于国内的技术水平原因,驱动电机以及电力电子箱普遍在重量和体积方面要比国外(欧美等国家)超标很多,而且接口技术不成熟,造成空间需求过大,同时,电动汽车额外增加了电动真空泵、电动空调压缩机、高压电器盒等部件,这些部件基本都布置在前舱,对空间需求提出了很大的挑
7、战,如何做好前舱的布置工作十分关键。这些零部件的布置,不仅关系到各个部件功能的实现,同时也关系到整车性能,比如,对整车轴荷的影响、转向性能的影响、制动性能的影响、电子电器元件的电磁干扰影响。各部件的距离,13对高压电的电磁防护、运动干涉、碰撞安全、高压安全等都对前舱的总布置工作提出了非常苛刻的要求。根据本项目的实际布置经验,主要依据以下原则进行:(1)重要零部件按等级划分、按照重要程度进行优先布置;(2)按照占据空间的程度进行;(3)对有高压电磁干扰要求的零部件进行隔离或者布置在安全距离;(4)依据制造、安装、维修的相关要求;(5)依据碰
