江培應
摘 要:整車技術(shù)方案的制定是整車開發(fā)的基礎,決定著整車各系統(tǒng)的開發(fā)難度、整車各項性能的優(yōu)劣、整車開發(fā)成本的高低,生產(chǎn)設備改造投資的多少等。文章重點從整車開發(fā)角度出發(fā),以性能開發(fā)為前提,綜合考慮技術(shù)難度、成本控制、開發(fā)周期、生產(chǎn)工藝等方面,對后續(xù)電動汽車的整車開發(fā)具有較強的實用參考價值。
關(guān)鍵詞:汽車行業(yè);整車產(chǎn)品;設計
1 電機和電池選型
1.1 電機選型
1.1.1 電機類型選擇
從電動汽車的使用工況分析,要求其驅(qū)動電機能夠適應頻繁的啟動/停車、加速/減速工況,并要求在啟動、低速行駛和爬坡時具有較大的驅(qū)動扭矩,高速行駛時具有恒功率特性,同時具有較寬的調(diào)速范圍,以滿足整車動力性和經(jīng)濟性要求。目前市場上純電動汽車所搭載的電機大多采用永磁同步電機。從電機特性來看,永磁同步電機具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點,在有效減小機艙布置空間的同時,能夠減輕整車質(zhì)量,對提高整車動力性和經(jīng)濟性、增加整車續(xù)駛里程具有重要意義。隨著永磁同步電機的發(fā)展及廣泛應用,其研發(fā)和使用成本也將不斷降低,所以永磁同步電機正逐漸成為純電動汽車的主流電機之一。
1.1.2 電機參數(shù)匹配
電動汽車驅(qū)動電機的參數(shù)主要包括峰值功率、額定功率、最高轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電機的功率直接影響著整車的動力性能,整車的動力性主要體現(xiàn)在整車的最高車速、爬坡性能和加速性能三方面。所以,通常從最高車速、最大爬坡度以及加速時間來確定電機的最大功率。通常電動汽車最高車速為驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速的90%~95%,所以可依據(jù)整車定義的最高車速,初步選擇驅(qū)動電機的最高轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電機最高轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的比值稱為電機的擴大功率區(qū)系數(shù)β,隨β值的增大,驅(qū)動電機可在低轉(zhuǎn)速區(qū)獲得較大的扭矩,有利于提高整車的加速性能和爬坡性能,但β過大,會導致驅(qū)動電機的工作電流過大,從而增大電機逆變器的功率損耗和結(jié)構(gòu)尺寸,因此,β值一般取2~3。由此,可初步計算驅(qū)動電機的額定轉(zhuǎn)速范圍。
1.2 電池選型
1.2.1 電池類型選擇
動力電池作為純電動汽車的唯一動力源,其性能直接影響著整車的動力性及續(xù)駛里程。目前,市場上應用于電動汽車的電池類型主要有:鋁酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鐵電池等。其中鋰離子電池以其能量密度大、單體額定電壓高、充放電效率高、高低溫適應性強、故障率小、自放電率小等優(yōu)點得到純電動汽車的廣泛應用。
1.2.2 電池參數(shù)匹配
純電動汽車電池參數(shù)匹配主要包括動力電池組電壓和能量的匹配。動力電池組電壓等級需與驅(qū)動電機的電壓等級一致,且滿足驅(qū)動電機電壓范圍的變化,同時,由于電動汽車上其他用電設備如電動空調(diào)、電動真空泵、DC-DC、電動助力轉(zhuǎn)向等附件的功率消耗,因此,動力電池組總電壓應高于驅(qū)動電機額定電壓。由續(xù)駛里程設計值,可初步推算出動力電池組的能量。電動汽車在不同工況下,單位行駛里程所消耗的能量差別很大,難以用統(tǒng)一的計算公式進行計算,可用試驗方法求取。
2 底盤系統(tǒng)調(diào)整
電動汽車整車整備質(zhì)量比同級別傳統(tǒng)燃油汽車質(zhì)量要重數(shù)百千克,為保證整車姿態(tài)、懸架承載能力、操縱穩(wěn)定性能和制動性能,需對底盤懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進行適應性匹配。以某車型為例來闡述底盤系統(tǒng)的適應性調(diào)整。當整車各系統(tǒng)布置方案確定后,整車空載前后軸荷分別增加150kg和200kg,為滿足整車車身姿態(tài)以及懸架承載能力的要求,需對前后懸架的螺旋彈簧進行剛度匹配設計、前后減震器阻尼重新匹配、前后輪轂軸荷進行加強設計、后橫梁重新設計。由于整車質(zhì)量及前后軸荷的變化較大,制動主缸帶真空助力器總成需要調(diào)整,后制動鉗體模塊需要重新匹配。同時新增真空泵、真空罐及支架等,ABS/ESP重新匹配標定。由于前軸荷變化較大,需對EPS電機進行適應性匹配設計。
3 下車身結(jié)構(gòu)調(diào)整
電動汽車車身結(jié)構(gòu)的調(diào)整主要考慮動力電池布置安裝、碰撞安全以及輕量化設計等方面。傳統(tǒng)車改制的電動汽車,動力電池箱一般布置在地板下,地板結(jié)構(gòu)調(diào)整應適應動力電池箱的布置和安裝。動力電池質(zhì)量達數(shù)百千克,所以需對車身安裝結(jié)構(gòu)進行強化設計,以保證動力電池安裝的牢固性和車身安裝部位的疲勞耐久性。另外,為提高動力電池容量,需盡量增大動力電池的布置空間,這就要求地板下動力電池安裝邊梁應盡量往地板兩側(cè)布置,加大動力電池Y向布置空間。從碰撞安全性角度考慮,在正面碰撞時,從機艙傳遞的碰撞力需通過地板縱梁向后傳遞,但是電動汽車地板下為給動力電池箱讓出空間,地板傳力縱梁向車身兩側(cè)布置,導致機艙縱梁與地板傳力縱梁的Y向間距較大,同時由于在傳統(tǒng)車基礎上改制,機艙縱梁與地板縱梁Z向距離也在200mm以上,這就導致在正面碰撞時,碰撞力不能很好地按照傳力路徑進行傳遞?;谝陨峡紤],在地板結(jié)構(gòu)調(diào)整時需考慮至少解決1個方向上的間距過大問題,保證力的有效傳遞。在側(cè)碰時,為盡量減小動力電池在碰撞時的受擠壓變形,需考慮加強門檻梁結(jié)構(gòu)以及座椅安裝橫梁結(jié)構(gòu)設計。
4 結(jié)語
純電動汽車控制系統(tǒng)具有較好的市場前景,并且有其一套完整的控制系統(tǒng)。作為純電動汽車控制系統(tǒng)的核心,整車控制器具有協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)的作用,在配合整車控制策略的同時可以更好地發(fā)揮其功能,從而使純電動汽車能夠正常行車。
參考文獻:
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