查保應(yīng)　張立輝　文

一種純電動(dòng)窄車(chē)身城市客車(chē)設(shè)計(jì)與研究

查保應(yīng)張立輝文

該方案從車(chē)身骨架、車(chē)身附件、底盤(pán)大件、高壓電器以及動(dòng)力電池等方面入手，通過(guò)運(yùn)用集成化的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)加大新材料的應(yīng)用，最終減輕車(chē)輛自重，達(dá)到延長(zhǎng)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(wèn)題日益突出，能源問(wèn)題成為影響全球經(jīng)濟(jì)和發(fā)展必須解決的問(wèn)題，新能源的開(kāi)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(chē)的污染排量，實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的發(fā)展戰(zhàn)略，純電動(dòng)客車(chē)越來(lái)越普及。

目前市場(chǎng)上多數(shù)純電動(dòng)客車(chē)的續(xù)駛里程較短，制約了其發(fā)展。筆者從整車(chē)結(jié)構(gòu)提出了一種全新的設(shè)計(jì)方案。該方案從車(chē)身骨架、車(chē)身附件、底盤(pán)大件、高壓電器以及動(dòng)力電池等方面入手，通過(guò)運(yùn)用集成化的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)加大新材料的應(yīng)用，最終減輕車(chē)輛自重，達(dá)到延長(zhǎng)續(xù)駛里程的目的。

整車(chē)布置

整車(chē)采用全新造型，全承載車(chē)身，板簧懸架，二級(jí)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(jì)

前橋選擇4.2 t，后橋選擇6 t，整車(chē)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(guò)道寬度可達(dá)到1 000 mm，大大提升了通過(guò)性。

2.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及動(dòng)力電池設(shè)計(jì)

表1　整車(chē)技術(shù)參數(shù)驅(qū)動(dòng)形式　4×2外形尺寸/mm車(chē)長(zhǎng) 　8 000車(chē)寬 　2 350車(chē)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(chē)身骨架改進(jìn)方向及措施對(duì)標(biāo)項(xiàng)目　方向手段　具體實(shí)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(guò)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(jī)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(jiǎn)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(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸后圍骨架1.簡(jiǎn)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(jiǎn)化；4.減少管型簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸頂蓋骨架1.簡(jiǎn)化后擋結(jié)構(gòu)；2.簡(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(mén)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；4.側(cè)窗部分非稱(chēng)重梁改為支架板；5.減少管型骨架預(yù)埋件簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、精確預(yù)埋件尺寸1.簡(jiǎn)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(kāi)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(chē)身附件改進(jìn)方向及措施對(duì)標(biāo)項(xiàng)目　方向手段　具體實(shí)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)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(mén)　去除艙門(mén)部分富余部件、優(yōu)化艙門(mén)結(jié)構(gòu)1.在保證艙門(mén)強(qiáng)度的情況下，合理優(yōu)化艙門(mén)結(jié)構(gòu)，減少艙門(mén)骨架；2.中段艙門(mén)做成一個(gè)大倉(cāng)，減少艙門(mén)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(jī)結(jié)構(gòu)減重儀表臺(tái)　新開(kāi)發(fā)下片，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)　下片材料厚度減薄，副臺(tái)縮短，在原基礎(chǔ)上減重10 kg空調(diào)　簡(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)選用額定功率60 kW永磁同步電機(jī)。動(dòng)力電池選用磷酸鐵鋰電池，容量180 Ah，電壓等級(jí)512 V。動(dòng)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(jí)踏步下，保證車(chē)內(nèi)平走道。

3.座椅布置設(shè)計(jì)

前輪上布置3只面對(duì)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(chē)輕量化

整車(chē)進(jìn)行深入研究，例如車(chē)身骨架、車(chē)身附件、底盤(pán)大件、高壓電器以及動(dòng)力電池等方面，通過(guò)運(yùn)用集成化的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)加大新型材料的運(yùn)用，減輕純電動(dòng)客車(chē)的重量，有效降低能耗，延長(zhǎng)續(xù)駛里程。

1.車(chē)身骨架

對(duì)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(shí)對(duì)于預(yù)埋件進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，減少內(nèi)外蒙皮用量。通過(guò)上述手段毛胚車(chē)重量控制在2 t以?xún)?nèi)。表2示出了車(chē)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(jì)，最終毛胚車(chē)重量1.965 t，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.車(chē)身附件

對(duì)車(chē)身附件進(jìn)行分類(lèi)，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)。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?xún)?nèi)。表3示出了車(chē)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(jì)，最終車(chē)身附件重量1.508 t，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.底盤(pán)

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

4.高壓系統(tǒng)

高壓系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)理念，減少部件數(shù)量；同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用鋁合金外殼，動(dòng)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(xiàn)束走向，減少高壓線(xiàn)用量，重量控制在1.1 t以?xún)?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(jì)，最終高壓系統(tǒng)重量1.082 t，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

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

先進(jìn)性

該車(chē)型是充分調(diào)研了目前市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，并結(jié)合國(guó)家政策，改進(jìn)并封閉了市場(chǎng)反饋問(wèn)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(duì)與車(chē)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(mén)設(shè)計(jì)高度大于1 750 mm；踏步最低化設(shè)計(jì)，僅為310 mm；中乘客門(mén)寬度最大化設(shè)計(jì)，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(mǎn)足市場(chǎng)需求，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

表4　底盤(pán)改進(jìn)方向及措施對(duì)標(biāo)項(xiàng)目　方向手段　具體實(shí)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(duì)標(biāo)項(xiàng)目　方向手段　具體實(shí)施細(xì)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)　采用60 kW永磁電機(jī)　鋁合金外殼，降低電機(jī)重量八合一控制器　簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸將電機(jī)控制器、三合一輔助控制器、高壓配電柜等集成設(shè)計(jì)，降低重量動(dòng)力電池　合理選型電壓容量合理匹配，滿(mǎn)足續(xù)駛里程的情況下電量盡量小，降低整體動(dòng)力系統(tǒng)重量電池箱體　簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化尺寸托架和箱體做成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，底部固定絕緣板設(shè)計(jì)成U型墊塊結(jié)構(gòu)電機(jī)控制器　取消　取消電機(jī)控制器，將電機(jī)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(xiàn)纜　優(yōu)化線(xiàn)束走向　1.優(yōu)化線(xiàn)束走向；2.采用八合一控制器，減少高壓線(xiàn)用量

該車(chē)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(jī)，提升動(dòng)力系統(tǒng)效率，降低能耗和自重；轉(zhuǎn)向電機(jī)采用永磁電機(jī)，并設(shè)計(jì)獨(dú)立安裝倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和防水性能的提升。

該車(chē)型輕量化設(shè)計(jì)成果顯著，整備質(zhì)量＜7 t，與國(guó)內(nèi)同級(jí)別、同配置車(chē)型相比，具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

安凱客車(chē)助推合肥榮獲世界最具影響力電動(dòng)汽車(chē)城市大獎(jiǎng)

在不久前剛剛落幕的“第29屆世界純電動(dòng)車(chē)、混合動(dòng)力車(chē)和燃料電池車(chē)大會(huì)暨展覽會(huì)” （EVS）上，合肥市摘得中國(guó)唯一的世界最具影響力電動(dòng)汽車(chē)城市大獎(jiǎng)。

合肥市此次能獲此殊榮，得益于安凱客車(chē)等一批優(yōu)秀的新能源上下游企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)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(chē)開(kāi)始研發(fā)新能源客車(chē)，并一直以?xún)?yōu)秀的產(chǎn)品助力合肥市公共交通運(yùn)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(jiǎng)的重要因素之一。

自2010年合肥啟動(dòng)全球首條全部應(yīng)用安凱純電動(dòng)公交運(yùn)營(yíng)的公交線(xiàn)路至今，作為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的重要方向，新能源汽車(chē)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(guó)第一方陣。

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

2010年，由30輛安凱組成的世界首條純電動(dòng)公交線(xiàn)路自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，已經(jīng)成功運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)達(dá)6年半，運(yùn)營(yíng)總里程超過(guò)800萬(wàn)km。截止目前，安凱投入合肥運(yùn)營(yíng)的新能源客車(chē)數(shù)量已經(jīng)超過(guò)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(chē)10萬(wàn)輛，建成公共快充樁6 000個(gè)以上、慢充樁8萬(wàn)個(gè)以上，產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到500億元以上，建成國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的新能源汽車(chē)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化基地。