周榮煒

(廈門金龍旅行車有限公司，福建廈門 361006)

本文在傳統(tǒng)燃油輕型客車車型原有的車身及底盤構(gòu)架下，對改為純電動車型進(jìn)行適應(yīng)性布置，介紹傳動及行駛系統(tǒng)的各種布置方案，并對電池空間、傳動效率、平順性、通過性、維修性、集成度、改制成本等方面進(jìn)行比較，選擇最合適的方案［1－4］。

1 布置方案及優(yōu)缺點

1.1 前置后驅(qū)或中置后驅(qū)布置

方案A，沿用傳統(tǒng)燃油車的前置后驅(qū)或中置后驅(qū)布置方式，將燃油車的發(fā)動機(jī)及變速機(jī)構(gòu)替換成電機(jī)，懸架及車橋布置不做變動。此方案改動簡單，設(shè)計周期短［5］，但傳動效率低，使用電機(jī)體積過大，成本高，電池布置不方便，續(xù)駛里程短。

方案B，根據(jù)扭矩計算公式，通過增加減速器，可選擇低扭矩、高轉(zhuǎn)速的小型電機(jī)，動力由電機(jī)輸出，通過減速器后由傳動軸傳遞至后橋半軸上［6］。此方案使得電機(jī)成本大大降低，但依然沒有解決傳動效率低及電池空間不足的問題。

1.2 后置后驅(qū)、驅(qū)動承載一體、電機(jī)偏置

方案C，為增加電池空間選擇后置后驅(qū)方案，同時選用小電機(jī)大速比傳動系統(tǒng)。如圖1所示，電池布置空間大，電池形狀規(guī)則，開發(fā)制造成本低。

圖1 后置后驅(qū)布置

此方案采用電機(jī)偏置式布置，減速器采用三軸兩級的圓柱斜齒輪設(shè)計結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、空間利用率高、集成度高、零件數(shù)量少的優(yōu)點。動力傳遞的過程中動力的傳遞方向沒有改變，可以有效地保證高傳動效率［7］。方案中簧下增加了電機(jī)重量，雖然取消了傳動軸，但仍存在非簧載質(zhì)量過大的問題，導(dǎo)致平順性差［8－9］。

由于電機(jī)偏置，電機(jī)輸出軸端與驅(qū)動橋主減速器輸入軸用花鍵連接，電機(jī)另一端需用連接板將電機(jī)與驅(qū)動橋軸管固定，同時控制花鍵連接的尺寸公差及同軸度，防止因電機(jī)偏置導(dǎo)致NVH性能變差。

方案D，針對方案C存在非簧載質(zhì)量過大的問題，可從材料優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化兩方面進(jìn)行輕量化設(shè)計［10－11］。如使用鋁合金橋殼、鋁合金主減速器殼;使用高強(qiáng)度鋼材質(zhì)的橋管，同時減小橋管厚度;采用少片簧鋼板彈簧代替多片簧;使用復(fù)合材料鋼板彈簧等方法。此方案減小了簧下質(zhì)量，同時對整車動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性都有較好的提升。

方案E，針對方案C存在非簧載質(zhì)量過大導(dǎo)致平順性變差的問題，也可考慮采用螺旋彈簧代替鋼板彈簧，獲得有利的非線性懸架彈性特征，以改善行駛平順性。此方案需增加彈簧托臂，以承受驅(qū)動力、制動力及其引起的轉(zhuǎn)矩，增加潘哈德桿承受側(cè)向力，如圖2所示。此方案的彈性元件改變，車身改動量較大，新增零件數(shù)量多，導(dǎo)致成本增加，適用于對舒適性要求較高的車型。

圖2 后置后驅(qū)、方案E結(jié)構(gòu)

1.3 后置后驅(qū)、驅(qū)動承載一體、電機(jī)同軸布置

方案F，對于1.2所述方案C～E中電機(jī)偏置的問題，可設(shè)計電機(jī)與車橋同軸的結(jié)構(gòu)。動力從電機(jī)傳遞到減速器后分別傳遞至兩側(cè)輪邊，其電機(jī)轉(zhuǎn)子采用中空設(shè)計，與減速器連接的一側(cè)傳動軸需從電機(jī)轉(zhuǎn)子中心通過，如圖3所示。此方案降低了車橋重量，電機(jī)軸延伸出來的部分直接作為減速器第一軸，完全避免花鍵不同心引起的可靠性問題和NVH問題［12］。

圖3 后置后驅(qū)、方案F結(jié)構(gòu)

此方案需考慮承載性限制，且由于集成度很高，給電機(jī)維修帶來一定困難，同時非簧載質(zhì)量大的問題依然存在。

1.4 后置后驅(qū)、驅(qū)動承載分體布置

方案G，對于1.2、1.3所述方案C～F中非簧載質(zhì)量過大的問題，另一個思路是將車橋的驅(qū)動功能和承載功能分離。車橋只承擔(dān)承載功能，驅(qū)動功能的部件固定于車身上，由此提高簧載質(zhì)量，減小簧下質(zhì)量。

此方案中，電機(jī)與減速器連接后固定在車身橫梁上，通過球籠傳動軸與后橋輪邊相連，從而輸出扭矩。由于是在鋼板彈簧懸架系統(tǒng)中進(jìn)行改進(jìn)，后軸垂直方向需留出足夠的空間給球籠傳動軸跳動，球籠半軸上方有限位塊，限制后軸動撓度，而板簧安裝于球籠半軸下方，如圖4所示。

圖4 后置后驅(qū)、方案G結(jié)構(gòu)

此方案非簧載質(zhì)量小，平順性較好，空間利用率高。但球籠半軸跳動空間與限位塊空間互相限制導(dǎo)致動撓度較小，需優(yōu)化板簧弧高和限位塊位置。方案的集成度較低，傳動功能和承載功能分離，成本較高。傳動系統(tǒng)各零件的連接由潤滑脂潤滑，不如前述方案中齒輪油飛濺潤滑好。同時，板簧下置式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致整車通過性較差。

方案H，對于方案G存在動撓度小、通過性差的問題，設(shè)計一種前置橫梁結(jié)構(gòu)，完全讓出球籠半軸的跳動空間，前置橫梁的下方布置板簧，上方布置限位塊，如圖5所示。按此方案進(jìn)行設(shè)計時需重點關(guān)注板簧的非對稱度及前置橫梁導(dǎo)致的受扭情況。

圖5 后置后驅(qū)、方案H結(jié)構(gòu)

1.5 前置前驅(qū)布置

方案I，對前述1.4中方案G、H進(jìn)行優(yōu)化，將驅(qū)動功能放在前軸，后軸只留承載功能，即變?yōu)榍爸们膀?qū)布置。此時后軸為非驅(qū)動橋，可使用承載性能較好的鋼板彈簧懸架系統(tǒng)，或使用螺旋彈簧(如乘用車懸臂梁結(jié)構(gòu))滿足舒適性車型的需求。此種方案的前提是前軸為麥弗遜懸架，如圖6所示，如果前軸為雙橫臂式懸架則空間較小不易布置。前驅(qū)的缺點是上坡時前輪附著力較小，易打滑，前輪同時有轉(zhuǎn)向功能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜及改制成本稍高［13］。

圖6 前置前驅(qū)、方案I結(jié)構(gòu)

2 性能對比總結(jié)

純電動輕型客車傳動及行駛系統(tǒng)布置方案的性能對比見表1。

表1 布置方案的性能對比

總體上看，前置或中置后驅(qū)結(jié)構(gòu)(方案A、B)空間差，傳動效率低;后置后驅(qū)結(jié)構(gòu)(方案C、D、E、F)平順性較差，舒適性低;后置后驅(qū)結(jié)構(gòu)(方案G、H)及前置前驅(qū)結(jié)構(gòu)(方案I)集成度較低，零件較多，成本及質(zhì)量不好控制。

具體來說，方案D通過輕量化設(shè)計減小非簧載質(zhì)量，提高了平順性，其具有輕量化好、集成度高且不影響維修性能、傳動效率好、通過性好的優(yōu)點;方案H、I具有平順性好、傳動效率高、通過性好的優(yōu)點，都是較優(yōu)的純電動輕型客車傳動及行駛系統(tǒng)布置方案。

3 結(jié)束語

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，在傳統(tǒng)燃油輕型客車基礎(chǔ)上進(jìn)行電動車傳動及行駛系統(tǒng)布置的思路是:提供良好的電池空間，使用低扭矩、高轉(zhuǎn)速的小型電機(jī)，采用大速比減速機(jī)構(gòu)，提高傳動效率，減小非簧載質(zhì)量，有較好的平順性、通過性，維修方便，控制成本。