王建秋　劉相喜　孫蕭　劉曉瑩　余偉

摘 要：近年來，隨著新能源汽車的發(fā)展與普及，越來越多的汽車制造商謀求從傳統(tǒng)動(dòng)力到新能源的轉(zhuǎn)型。增程式汽車具有政策支持、工作原理簡單、技術(shù)門檻低等優(yōu)勢，成為更多車企轉(zhuǎn)型或造車新勢力入門的首選之路。本文將從布置搭載維度對比傳統(tǒng)汽車與增程式汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙布置區(qū)別，為傳統(tǒng)動(dòng)力在電氣化轉(zhuǎn)型的路上提供些思考與探討。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)動(dòng)力 增程式汽車 轉(zhuǎn)型 機(jī)艙布置

1 前言

近年來，隨著新能源汽車的發(fā)展與普及，越來越多的汽車制造商謀求從傳統(tǒng)動(dòng)力到新能源的轉(zhuǎn)型。理想ONE作為國內(nèi)首款增程式SUV車型，一經(jīng)上市，就引爆市場，更是吸引更多的汽車制造商投入對增程式電動(dòng)車的研究。相較于唱衰傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)與鼓吹新能源的極端論調(diào)，部分車企選擇將增程式汽車作為二者的折中方案。同時(shí)由于政策支持、工作原理簡單、技術(shù)門檻低等優(yōu)勢，增程式汽車更是被部分傳統(tǒng)車企及造車新勢力視為電氣化轉(zhuǎn)型路上的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

機(jī)艙布置作為汽車總體設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵組成部分，是傳統(tǒng)動(dòng)力到新能源轉(zhuǎn)型路上的重要一環(huán)。通過機(jī)艙布置實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)在傳統(tǒng)汽車與增程式汽車的通用，進(jìn)而降低開發(fā)難度，減少新零件開發(fā)成為布置搭載工程師的首要目標(biāo)。本文將從布置搭載維度對比傳統(tǒng)汽車與增程式汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙布置區(qū)別，為傳統(tǒng)動(dòng)力在電氣化轉(zhuǎn)型的路上提供些思考與探討。

2 傳統(tǒng)汽車與增程式汽車機(jī)艙的區(qū)別

傳統(tǒng)汽車由內(nèi)燃機(jī)輸出動(dòng)力，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對車輛的驅(qū)動(dòng);電動(dòng)汽車由高壓電池組提供能量，通過電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對車輛的驅(qū)動(dòng);而增程式汽車作為混動(dòng)汽車的一種，是在純電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)上，增加內(nèi)燃機(jī)給高壓電池充電，其具備兩套動(dòng)力系統(tǒng)、一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此大大提升了續(xù)航里程。

增程式汽車的發(fā)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)有串聯(lián)和并聯(lián)兩種布置形式。如寶馬i3某款動(dòng)力配置采用雙電機(jī)串聯(lián)布置方案，曲軸直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單、效率高。但因串聯(lián)布置軸向尺寸大，非常不利于機(jī)艙橫向布置，一般需要開發(fā)全新的發(fā)動(dòng)機(jī)，對于轉(zhuǎn)型的傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)及通用化布置的發(fā)動(dòng)機(jī)并不適用。因此目前市場上大部分增程器采用的方案都是并聯(lián)式布置、高度集成化的三合一或多合一的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

采用多合一電驅(qū)系統(tǒng)的增程式汽車與傳統(tǒng)燃油車的機(jī)艙布局差異不大，如圖1、2所示。增程式汽車機(jī)艙布置較傳統(tǒng)燃油車的主要變更點(diǎn)為將變速器更換為多合一的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、控制器等。同時(shí)機(jī)艙內(nèi)新增I-boost、高壓線束以及多套chiller管路。由于增程式汽車需在車身底盤布置高壓電池組，擠占排氣管路空間，因此需要將三元催化器、GPF布置在機(jī)艙內(nèi)，這對發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)零部件的布置有著很高的要求。為壓縮發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)布置空間，各主機(jī)廠通常采用的技術(shù)方案是缸蓋與排氣歧管集成、渦輪增壓器上翻、三元催化器與GPF集成的緊耦合布置。

這樣很容易發(fā)現(xiàn)，如果傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，具備良好的拓展性和兼容性，那么同一款發(fā)動(dòng)機(jī)很容易就實(shí)現(xiàn)在增程式汽車的布置及應(yīng)用。其新零件開發(fā)數(shù)量、開發(fā)難度、開發(fā)周期均占據(jù)較大優(yōu)勢。目前各主機(jī)廠開發(fā)的混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)均具備結(jié)構(gòu)緊湊、兼容性強(qiáng)、可模塊化跨平臺(tái)布置等優(yōu)點(diǎn)。

部分增程器受限于發(fā)動(dòng)機(jī)形式，也采用了“前排后進(jìn)”的正置式布置方案，即將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)朝向車輛行駛方向布置，能夠一定程度規(guī)避發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)噪音及熱害對前圍和駕駛室的影響。

3 布置原則

增程式汽車與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的布置方法和布置通用原則相同。首先確定動(dòng)力總成位置，再根據(jù)動(dòng)力總成位置進(jìn)行粗略布置并分析可行性，最后再逐步對機(jī)艙進(jìn)行精細(xì)布置和優(yōu)化[1]。如表1所示，列舉了當(dāng)前市場上主流的5家整車廠對動(dòng)力總成與主要周邊零件的布置要求。

高壓線束作為整車信號傳輸、供電、功能實(shí)現(xiàn)的重要零件在增程式汽車上應(yīng)用的更加頻繁。由于其對碰撞安全、電磁干擾等有著極高的要求，需要制定額外的機(jī)艙檢查要求。其主要分布區(qū)域在驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電動(dòng)壓縮機(jī)、DCDC、電機(jī)控制器、充電高壓線、高壓電池等零件附近。如表2所示，下述為某廠家高壓線束布置檢查要求。

4 布置難點(diǎn)

作為從傳統(tǒng)汽車到新能源汽車的轉(zhuǎn)型產(chǎn)品，增程式汽車往往需要考慮如何在最小改動(dòng)下實(shí)現(xiàn)通用化布置。下述為機(jī)艙布置常遇見的一些難點(diǎn)。

1）增程式汽車為保證對高壓電池、電機(jī)控制器的冷卻，通常需要新增2～3套冷卻系統(tǒng)，導(dǎo)致相關(guān)的冷卻管路呈倍數(shù)的增加，在原有的空間內(nèi)布置更多的管路，交錯(cuò)縱橫，成為布置設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一[2]。

2）增程式汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)需要布置增壓器、三元催化器、GPF，部分發(fā)動(dòng)機(jī)還有LP-EGR等零件，同時(shí)要考慮與整車i-boost、chiller管路、機(jī)艙前圍、傳動(dòng)軸等的布置間隙要求。如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣側(cè)布置空間的壓縮成為增程式汽車機(jī)艙布置的巨大挑戰(zhàn)。

3）采用多合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的增程式汽車，其電機(jī)控制器通常布置在電機(jī)殼體上方，影響發(fā)動(dòng)機(jī)與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)之間的間隙，這對于發(fā)動(dòng)機(jī)后端零件布置有著較高布置要求。

4）增程式汽車新增許多高壓線束，對于熱害防護(hù)、碰撞安全、電磁干擾等都有較大影響，這成為機(jī)艙布置的又一難點(diǎn)。

5 其他

考慮到增程式汽車的應(yīng)用環(huán)境，發(fā)動(dòng)機(jī)大多運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)，無苛刻運(yùn)行工況，對于發(fā)動(dòng)機(jī)的配置要求較低，同時(shí)結(jié)合增程式汽車新增的電氣化配置，對于傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)型增程器的產(chǎn)品可考慮零件取消或減配，以降低開發(fā)成本。如表3所示，為某廠家列舉的可減配的零件清單。

6 結(jié)語

1）本文從機(jī)艙布置入手，詳細(xì)闡述了增程式汽車與傳統(tǒng)燃油車的機(jī)艙差異，介紹了增程式汽車機(jī)艙布置原則、布置難點(diǎn)，為增程式汽車的開發(fā)提供了思考與探討。

2）通過本文可知，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)可通過適當(dāng)?shù)淖兏鼘?shí)現(xiàn)向增程器的轉(zhuǎn)型，進(jìn)而提升產(chǎn)品的拓展性和兼容性，實(shí)現(xiàn)生命周期的延續(xù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔文賓. 某平臺(tái)車型機(jī)艙布置研究[J]. 汽車實(shí)用技術(shù)，2020（22）：139-141.

[2]袁恒. 跨平臺(tái)混合動(dòng)力車布置研究[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2021（06）：36-38.