俞敬，余碩乾，武磊

（上海汽車集團股份有限公司技術(shù)中心整車集成部，上海 201804）

前言

隨著全球汽車的大量使用，已經(jīng)產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境及能源問題。為此，在國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》[1]以及工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委及科技部聯(lián)合發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》[2]中對2020年之后的我國汽車節(jié)能發(fā)展目標提出了明確要求：到2020年，新車平均燃料消耗量乘用車降到5.0 L/100 km、節(jié)能型汽車燃料消耗量降低到4.5 L/100 km以下，到2025年，新車平均燃料消耗量乘用車降低到4.0 L/100 km。因此電驅(qū)動化的混合動力車型開發(fā)成為解決燃油消耗量的重要途徑之一，本文即基于混合度差異，研究混合動力車型布置工作。

1 混合動力分類

混合動力電動汽車總功率是電機的峰值功率與發(fā)動機的額定功率之和。根據(jù)混合度的大小，混合動力電動汽車有如下分類。

1.1 微混合型混合動力電動汽車

以發(fā)動機為主要動力源，電機作為輔助動力，具備制動能量回收功能的混合動力電動汽車。電機的峰值功率和總功率的比值小于10%。

1.2 輕度混合型混合動力電動汽車

以發(fā)動機為主要動力源，電機作為輔助動力，在車輛加速和爬坡時，電機可向車輛行駛系統(tǒng)提供輔助驅(qū)動力矩的混合動力電動汽車。一般情況下，電機的峰值功率和總功率的比值大于10%，小于30%。

1.3 重度混合（強混合）型混合動力電動汽車

以發(fā)動機或電機為動力源，一般情況下，電機的峰值功率和總功率的比值大于30%，且電機可以獨立驅(qū)動車輛正常行駛的混合動力電動汽車。

2 各混合動力優(yōu)缺點

2.1 微混系統(tǒng)

12 V啟停系統(tǒng)（微混系統(tǒng)）主要有啟動機/發(fā)電機一體式（BSG）及分體式兩種結(jié)構(gòu)，主要起到智能啟停作用，節(jié)油率一般5%。主要硬件系統(tǒng)由強化后的啟動機、發(fā)電機及12 V電池構(gòu)成，對基礎(chǔ)車型影響較小。

2.2 輕混系統(tǒng)

輕混系統(tǒng)具有技術(shù)簡單、成本低、技術(shù)承接性好及通用性強等特點，相應(yīng)的由于電機混合度較低，及調(diào)控內(nèi)燃機工況能力有限，節(jié)油率一般約15%。

以市場48 V輕混系統(tǒng)為例，其主要系統(tǒng)構(gòu)成有BSG電機、48 V電池、DCDC及相應(yīng)的電池熱管理系統(tǒng)等。除微混的啟停功能外，新增加速輔助及制動能量回收功能。

2.3 強混系統(tǒng)

強混系統(tǒng)具備高效節(jié)能、平順性好及綜合實用性強等優(yōu)點，節(jié)油率約35%以上。

表1 不同混合度的特點

電機的深度參與使得內(nèi)燃機始終工作在高效率區(qū)域，滿足了發(fā)動機工況解耦，實現(xiàn)了動力系統(tǒng)在車輛行駛中的高速、低速、急加速、急減速等工況下的最高效率。通過內(nèi)燃機、電機的協(xié)調(diào)配合，混合動力車型可以實現(xiàn)不同工況相對傳統(tǒng)燃油車更為平順的動力性輸出。動力系統(tǒng)一般采用機電耦合機構(gòu)配合小容量電池組的策略，讓其成本增加可控，并且其采用了成熟的內(nèi)燃機技術(shù)，可靠性高，日常使用需求和傳統(tǒng)燃油車相差無異。

3 強混系統(tǒng)整車布置分析

3.1 動力耦合機構(gòu)布置

強混系統(tǒng)在前艙的布置會相對復雜一點，在保留原有發(fā)動機及傳統(tǒng)的相關(guān)系統(tǒng)（進排氣系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電子電器系統(tǒng)等）的基礎(chǔ)上， 對變速箱及發(fā)動機附件進行升級，對應(yīng)的使用混動變速箱及BSG電機。

混動變速箱主要新增了P3電機及PEB模塊，同時為滿足純電模式的潤滑和壓力，新增電子油泵及線束。新的動力總成布置對原有的前艙會產(chǎn)生很大的影響，主要是新增的混動變速箱上集成了PEB、DCDC模塊，同時為了考慮中央通道線束及管路布置難度會采用電子換擋機構(gòu)，變速箱側(cè)所占的空間會增加一倍，基本和發(fā)動機齊平，造成與縱梁間隙不足問題導致變速箱側(cè)的懸置及車身縱梁需要匹配更改，布置時還需考慮懸置安裝時制造工具空間是否滿足要求。蓄電池一般都布置在變速箱側(cè)的縱梁上方，混動變速箱Z向空間已經(jīng)侵占蓄電池的布置位置，此時蓄電池需要重新布置在備胎倉或擠占原保險絲盒位置（保險絲盒進行拆分布置）。

其次，冷卻系統(tǒng)需要配套混動系統(tǒng)進行升級，混動車型P3電機、PEB及DCDC冷卻需新增一套獨立冷卻系統(tǒng)，包含低溫散熱器、水泵、水壺及相關(guān)冷卻管路，低溫散熱器布置在傳統(tǒng)冷卻模塊前端，固定于 MFE不影響原冷卻模塊結(jié)構(gòu)，獨立水壺需要固定在大燈支架上，Z向保證min線高于混動系統(tǒng)出水口20 mm同時壺蓋滿足行人保護要求。

最后，混動系統(tǒng)新增高壓系統(tǒng)，需要通過高壓線束進行連接，動力電池布置于后方，高壓線從前至后連接PEB和動力電池?？紤]高壓線電磁干擾對車內(nèi)用電器及乘員影響，高壓線建議布置于艙外，走向拐彎半徑不小于4D（4倍高壓線線徑），同時高壓線連接動力總成段與周邊保留一定的動態(tài)間隙。

3.2 能量存儲系統(tǒng)布置

在強混動力開發(fā)過程中，不同的純電續(xù)航里程要求決定了電池容量、體積及重量。由此需要在早期確定電池的布置策略。

對非外接充電強混車型，電池主要布置在前排座椅底部、后排座椅底部及行李艙。布置在前排座椅底部，電池受到離地間隙及縱向通過角的影響，在Z向的要求就非常嚴格，對電池挑戰(zhàn)太大。目前主流的方案主要是布置后排座椅底部及行李艙。

電池布置在后排座椅底部，大部分日系車企采用此方案，在保證后排人體的坐姿及頭部空間的前提下，可能會對第二排進出性及座椅舒適性讓步，同時油箱容積相比傳統(tǒng)車會減小，電池布置在座椅下方及燃油箱上方。在X向上，對于后排踵板需要盡量向前靠近，對于后懸系統(tǒng)，如果采用四連桿對X向布置有很大的幫助，但采用扭梁結(jié)構(gòu)，就需要將扭梁盡量布置在靠近后輪心區(qū)域來增大X向空間，留給電池及燃油箱油泵布置。在Y向上，主要考慮電池散熱的進出風口布置，在不影響座椅布置的情況下，進出風口分布在電池左右兩側(cè)，風道及鼓風機靠近電池后端，風道橫截面盡量壓扁，因為電池還有高壓線束需要向前連接混動系統(tǒng)，電池高壓線出口需要X向靠前，減少對油箱容積的影響，同時考慮高壓線束接插件的裝配空間。在Z向上，后排座椅骨架需要盡量Z向做薄，控制坐墊角度防止乘員易陷入并考慮防下潛及翻轉(zhuǎn)，取消坐盆采用特殊的座椅固定支架來增大空間，油箱采用異形設(shè)計，同時考慮排氣管及換擋拉索的避讓。

電池布置在行李艙，為了不影響行李艙空間，首先是考慮取消備胎，利用備胎艙空間來布置電池，但需要根據(jù)車身沖壓深度確定電池高度，從而確定電池對后行李箱容積的影響，同時考慮電池后邊界到后保的X向距離來確定是否滿足安全后碰要求。其次需要考慮電池冷卻系統(tǒng)，一般考慮風冷策略，冷卻方式是通過風機將乘客艙內(nèi)的空氣引向電池進行風冷（風機在電池進風口前方的為吹風，風機在電池排風口后方的為吸風），所以進風風口的位置基本在C柱飾板上方或者二排坐墊前方，不可布置在后行李艙里面。進風口的風道附近布置有濾芯，需要方便拆卸更換濾芯，排風風口最好能引到泄壓閥排到艙外，但占用一部分泄壓閥區(qū)域，需要確保不影響關(guān)門壓力。最后是高壓線路，基于安全及電磁干擾的考慮，高壓線束盡量不要布置在乘客艙內(nèi)，一般考慮從第二排坐墊下方穿出，這樣高壓線束線長較短，成本較低同時方便與電池插件對接，但需要考慮與燃油箱的安全間隙，高壓線束在車身上得過孔盡量?。ㄩ_孔尺寸與高壓線插件大小有關(guān)系），將有利于NVH及車身剛度。

表2 插電式混合動力電池主要布置區(qū)域

4 結(jié)語

《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0版》規(guī)定，至2035年，我國節(jié)能汽車與新能源汽車年銷量將各占一半，傳統(tǒng)能源車型將全部轉(zhuǎn)為混合動力車型[3]。故本文從混合度差異出發(fā)，總結(jié)了當前市場上混合動力車型結(jié)構(gòu)特點及節(jié)油率，并介紹了強混車型動力耦合機構(gòu)與動力電池包的布置集成內(nèi)容，希望對混合動力車型前艙及下車體布置集成工作有所借鑒。