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本文選取某型純電動物流車為研究對象，進行結構布置研究，并對其進行動力傳動系統的匹配。

1 結構布置

電動汽車的結構布置可以參考傳統燃油汽車的布置方案，但其靈活性更強。這主要是由于電動汽車的能量主要是通過柔性的線束而不是通過剛性機構零部件傳遞的。電動汽車的結構布置主要是三電系統（電機、電控、動力電池組）的布置，首先要解決的問題是動力電池組的布置。

1.1 動力電池組布置

電動汽車選用的電池并不像傳統燃油汽車用的啟動電池那么簡單，其使用和排布更加復雜。動力電池組質量較大，占據整車質量的比重也較大，單體電池個數多，占據的空間大。動力電池組固定方式有兩種：一是托底；二是吊裝。托底方案是電池箱本體無固定耳，只在底板開四組固定螺孔，通過螺孔將電池箱螺裝在一塊轉接板（類似大平板）上，由轉接板轉接至整車上的焊接固定腳。吊裝方案是電池箱本體帶固定耳，直接與車上螺孔或焊接固定腳進行螺裝，具體設計方案見圖1。

圖1 動力電池組吊裝方案布置圖

托底方案與吊裝方案相比：裝配關系增多，裝配難度增大，整車重量也會增加。同時，托底方案需要電池箱本體與轉接板之間分裝，裝配效率也會降低。

綜合上述兩種方案的優缺點，本文動力電池組布置選擇吊裝方案。確定好動力電池組的結構布置后，驅動電機和電機控制器的布置（包括傳動軸的布置）依據與驅動橋的空間距離展開排布。然后，依據總體設計和質量排布，對車輛的其他系統進行結構布置。

1.2 底盤布置

電動汽車總體結構布置（主要是底盤布置）方案是根據三電系統（電機、電控、動力電池組）的設計需求，在傳統燃油汽車平臺的基礎上進行設計，保持傳統車輛整體框架不變，傳統車輛底盤的四大系統（傳動系統、行駛系統、制動系統和轉向系統）在保持工作原理不變的前提下做相應的設計調整。

①傳動系統。傳動系統在動力電池組布置完畢后依據總體布置重新排布。采用中置后驅方案，電機傳動軸直連后橋，簡化傳動系統。

②行駛系統。由于總體布置與傳統車輛不同，整車的質量與質量分布發生變化，需要對懸架參數以及四輪定位參數做出相應調整。

③轉向系統。對轉向系統進行重新匹配和調整；將轉向助力方式改為電動助力轉向。

④制動系統。對制動系統進行重新匹配和調整；增加電動真空泵為其提供真空源，加裝真空氣管；計算出前后軸荷分布的變化，制動力需要重新調整。

經過理論計算、樣車試制和試驗，該款純電動物流車底盤總體布置方案如圖2所示。

圖2 純電動物流車底盤布置

1.3 整車質心位置

純電動物流車的整車質量和整車質心位置也是結構布置的一個主要指標。整車質心位置的變化會直接影響電動汽車的操縱穩定性、制動性和平順性。整車質心位置過高，電動汽車易產生側傾或縱傾，可能會導致翻車事故。

本方案將動力電池組布置在底盤（對應在乘員座位下方）中間偏前位置，在其后布置電機和電機控制系統（見圖2）。在空載時，前后橋載荷比接近6∶4；在滿載時，前后橋載荷比接近4∶6，其整車質量載荷分布均衡，質心位置合理。整車制動性能良好，操縱穩定性和平順性也滿足要求。

2 動力傳動系統匹配

為了提高純電動汽車的動力性能以及經濟性能，對其進行動力系統的匹配設計是十分必要的。電動汽車動力系統匹配的流程是首先對汽車的動力性和經濟性提出設計要求，然后根據動力性和經濟性設計要求匹配計算確定驅動電機的類型及參數，再結合驅動電機的參數和性能要求確定動力電池組的參數。

本文在某車型平臺和總體結構布置的基礎上，根據設計方案中與車輛動力性能和經濟性能相關的設計要求，對純電動物流車動力傳動系統進行匹配設計。

2.1 汽車行駛條件

汽車在行駛過程中，總阻力為：

式中，Ff為滾動阻力；Fw為空氣阻力；Fi為坡度阻力；Fj為加速阻力。

當汽車在路面上行駛時，驅動力Ft必須等于或大于行駛時所遇到各種阻力（主要是空氣阻力、滾動阻力、坡道阻力、加速阻力）之和，所以汽車行駛的驅動條件為：

根據汽車行駛條件分析，電動汽車的動力性設計要求主要有最大爬坡度、最高車速以及加速時間這三個方面。

2.2 電機參數匹配

電動汽車選用的電機與傳統汽車發動機的特性有很大區別，具有在低速時恒轉矩和高速時恒功率的特點。電機參數的匹配主要包括電機的額定電壓、額定轉速、額定功率、峰值功率、最大轉矩及最高轉速等參數的匹配。電機是電動汽車行駛的動力源，對整車的動力性有直接影響。

在滿足電動汽車最高車速的情況下，電機應具備的功率為：

在滿足電動汽車在最大爬坡的工況下，電機所消耗的功率：

在滿足電動汽車在水平路面上，加速行駛消耗的功率：

式中，δ為汽車質量旋轉換算系數，取δ=1.05；va為加速末速度（km∕h）；ta為加速時間（s）。電動汽車電機的最大功率必須能同時滿足所有動力性能要求。所以，電動汽車電機的峰值功率：

考慮到電動汽車實際運行工況和效率因素，取電機的峰值功率為Ppeak≥50kW。

由電機的峰值功率與額定功率的關系為：

式中，Ppeak為電機峰值功率（kW）；λ為電機過載系數（一般取2～3）；Prated為電機的額定功率（kW），即25kW。

而電動汽車最大轉矩Tmax的選擇需要同時滿足汽車起動轉矩和最大爬坡度的要求，即需要結合傳動系最大傳動比imax以及最大爬坡度αmax來確定。

其中，γr為車輪滾動半徑；amax為最大爬坡度；f為滾動阻力系數；G為滿載時車重；ηT為機械效率；imax為傳動系最大傳動比。計算得到最大扭矩取300N·m。

電動汽車需要在低轉速（主要是啟動時）得到恒定的最大扭矩，而在高轉速時需要得到恒定的較高功率。因此，驅動電機最大轉速的選擇要結合傳動系減速比、驅動電機效率和連續轉動特性綜合考慮，既要滿足啟動時的要求，又要滿足高速時的要求。結合電動汽車的技術要求，選用最高轉速在3 000～6 000r∕min的電機［4］。

電機最高轉速與額定轉速的比值β與電機轉矩的大小有關，β值越大，電機在低速下就可以獲得較大的轉矩，大轉矩有利于汽車的爬坡和加速。但是，β值過大會導致電動汽車功率損耗，造成能量過度消耗，降低續駛里程。依據驅動電機的特性，一般β值取為2～3。因此，電機的額定轉速范圍選定為1 500～3 000r∕min。

綜上所述，該款純電動物流車選用電機的參數見表1。

表1 電機相關參數

2.3 動力電池組的參數匹配

動力電池組是整車的能量來源，純電動物流車消耗的所有能量均來自于動力電池組。純電動物流車動力電池組的參數匹配主要包括電池組電池的類型、電池組電壓、單體電芯的數目、電池組總體容量等參數的選擇。動力電池組的容量根據車輛行駛時所需的最大功率、所消耗的最大能量以及滿足電動汽車對動力性和經濟性能（主要是續駛里程）的要求來確定。本文選取21 700單體電芯。

純電動物流車選取的動力電池組的輸出功率必須滿足電動汽車行駛時所需最大功率（即電機峰值功率）的要求。同時，動力電池組充滿電后的能量必須大于或等于電動汽車所需的最大能量。

式中：Ppeak為電機峰值功率（kW）；ηm為電機的效率；ηc為電機控制器的效率；Pbmax為電池最大輸出功率（kW），計算公式為：

其中，E0為電池的電動勢；R為電池的內阻。

當電動汽車以經濟時速運行時滿足續駛里程要求：

其中，W1為電動汽車行駛1km所消耗的能量，參照相同質量功率的電動汽車，取W1為0.2（kW·h）∕km。

電池數目n的初步確定：

考慮到常見電機的電壓，取n為88。

綜合考慮選取88串32并的三元鋰離子動力電池組，動力電池組容量為41kW·h。

3 結語

通過對整車的結構布置和動力系統匹配及校核，本車型研發方案切實可行。該款電動物流車整車平臺搭載大容量三元鋰電池，永磁同步電動機，高效控制系統。強大的動力系統配合靈活的車身平臺，使得該車具有動力強勁、續駛里程長、噪聲小、安全舒適、運營成本低等特點。純電動物流車的結構布置及動力傳動系統匹配總體符合開發預期。

EDC電驅未來

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