基于多目标的电动车机舱布置方法研究

刘鹤 王旭君 李赫 吴雪珍

摘 要：以动力电池作为其动力源的纯电动汽车，因其清洁节能的特点，在能源环境问题于全球范围内日益严峻的形势下，成为今后汽车工业发展的重要方向之一。对高压部件集成化设计的特点和需求进行比较及分析，并考虑碰撞性能，分析了电气安全等方面。较之于传统汽车的机舱布置，纯电动汽车因其包括电机控制器、高压接线盒、DC-DC转换器、车载充电机等在内的高/低压电器元件相对较多，导致机舱整体布置的空间相对紧张。同时，高压控制件趋向集成化发展，针对这一趋势及带来的碰撞安全等问题，提出了多种布置解决方案，为今后集成式高压控制部件的电动车机舱布局提供参考。

关键词：电动车机舱;布置方法;多目标

1 基于多目标的电动车机舱典型布置方案

1.1 动力总成与高压电器件分离布置

因为动力总成与高压电器件等都布置在机舱里，一般按照两层布局，主要特征是采用大支架支撑上层的高压电器件，大支架下层布置动力总成。为了实现轻量化的目标，支架通常是由铝合金或PP+玻璃纤维塑料。分层布局的优点是清晰的层次结构，各高压电器件可独立开发与装配，且不受动力总成的振动影响，但是管线路较复杂，机舱美观性差，也不利于保安防灾的设计。

1.2 动力总成与高压电器件集成布置

市场主流的集成形式为三合一（电机、减速机、电机控制器三者集成），一般电机控制器与动力总成的连接采用螺接，冷却方式采用水冷或风冷。集成化设计能减小物理空间，结构紧凑，利于机舱布置与美化，所以成为未来发展的趋势。当前市场亦出现很多集成化程度较高的产品，比如日产聆风的六合一（电机、减速机、电机控制器、高压接线盒、车载慢充、DC-DC转换器六者高度集成）。集成式布置时把高压电器件作为动力总成的一部分考虑，与分离式布置比较，减小了高压电器件的布置难度。

2 基于多目标的电动车前机舱通用化布置

2.1 动力总成布置方法

（1）动力总成布置原则。1）初步搭载时，应基于轮心、地面线、前舱车身数据、动力总成搭载角度及质心等，考虑以下几个原则：要满足半轴角度，半轴在空载状态角度≤5°;要满足物理搭载空间要求，根据接口定义考虑相关附件布置可行性;要考虑悬置布置可行性;尽可能保证正碰时机舱前后缓冲区域的空间大小，要降低正碰时动力总成对驾驶室乘员的伤害，提高碰撞得分;要提高离地间隙，保证通过性;要保证行人保护缓冲区域的空间大小;要保证整车前悬尺寸，保证造型要求。2）从零部件的共用性和开发效率的角度考虑，在同一车型内统一考虑各动力总成的搭载位置和搭载角度。

（2）动力总成布置总体分析。1）将差动中心作为基准点，考虑周边空间，检查驱动轴角度：目标值低于5°（空载状态）。在布置时应尽量减小驱动轴的夹角，角度越小，驱动轴的噪音越低，使用寿命越长。2）动力总成布置空间如下表1：包含布置空间、碰撞空间、工艺举升空间、行人保护、台阶保护。3）定位动力总成位置时，要考虑悬置、驱动轴、压缩机、水泵等附件的布置可行性。4）动力总成接口可行。根据接口定义考虑相关管路、线束的走向问题，做到管路和线束尽量短、方便连接、排列整齐;且保证管、线路满足工艺性和装配性需求。5）工艺性、维修方便性可行。检查减速机排油孔/注油孔不被遮挡，注油/排油方便;检查维修口盖是否被遮挡，电机铭牌可视性是否满足法规要求;检查动力总成紧固件空间能否满足工具操作空间要求;检查动力总成吊耳位置是否合理，要求吊起时受力均衡，并考虑动力总成上的工艺支撑点设计。

（3）动力总成悬置布置。动力总成悬置设计通常采用三点或者四点悬置系统。日本和韩国使用侧电力传输，通常使用四点悬置系统，德国更普遍使用三点悬置系统。三点悬置最适合框架，因为三点确定的平面不受框架变形的影响，固有频率低，抗扭效果好。图1和图2是典型的3点悬置系统。安装具有良好的稳定性，可以克服大的转矩反作用力。大的扭转刚度不利于低频振动的隔离。传统燃油车的六缸发动机常用四点悬置系统。图3和图4是典型的4点悬置系统。

2.2 高压电器件布置

机舱高压电器件通常包括电机控制器、DC-DC轉换器、车载慢充、高压接线盒等，集成式动力总成一般会把部分高压电器件通过螺接等形式集成设计，固在布置时可同动力总成统一考虑。分离式动力总成通常只包括电机与减速机，需单独考虑高压电器件的布置。

3 结语

纯电动车机舱布局设计是一项系统工程，需要车身、电力系统、动力系统、造型等相关部门的配合。它是整个开发过程的重要组成部分，在车辆平台的构建中起着越来越重要的作用。

参考文献：

[1]周厚建，柯江林，张光慧.电动汽车机舱的布置研究[J].上海汽车，2016（03）.