文章來(lái)源：上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心整車集成部

1新能源車型分類


目前市場(chǎng)上主流的新能源車型種類大致分為三種：HEV、PHEV以及BEV。

混合動(dòng)力汽車（HybridElectricVehicle，HEV），其驅(qū)動(dòng)車輛的能量都來(lái)自于燃料，最常見(jiàn)的能量來(lái)源就是汽油。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪組和電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)車輪，電池組可以通過(guò)電機(jī)輸出扭矩，也可以通過(guò)電機(jī)回收制動(dòng)能量或者通過(guò)發(fā)電機(jī)發(fā)電對(duì)電池組充電。代表車型有豐田卡羅拉雙擎，普銳斯等。插電式混合動(dòng)力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle，PHEV），其能量走向則結(jié)合了BEV的插電部分和HEV的發(fā)動(dòng)機(jī)部分。電池可以由外部電網(wǎng)通過(guò)充電器充電，也可以通過(guò)電機(jī)回收制動(dòng)能量或者通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電對(duì)電池組充電。車輛行駛可以由純電驅(qū)動(dòng)或者發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪組和電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)車輪。代表車型有寶馬5系插混，上汽榮威ei6等。

純電動(dòng)汽車（BatteryElectricVehicle，BEV），即只有電池提供能源供給，電機(jī)提供動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)汽車行駛。此類車型一般配置較大容量的電池，并提供交流慢充和直流快充兩種充電接口，能夠?qū)崿F(xiàn)行駛過(guò)程完全零排放。代表車型有特斯拉Model3，蔚來(lái)ES8，上汽榮威ER6等。

2純電動(dòng)汽車前艙/下車體主系統(tǒng)研究

純電動(dòng)汽車主系統(tǒng)可分解為“三元一體”，即由驅(qū)動(dòng)單元、儲(chǔ)能單元、負(fù)載單元構(gòu)成的高壓系統(tǒng)，以及由散熱器、膨脹壺、水泵、Chiller等構(gòu)成的冷卻體系（圖1）。



2.1驅(qū)動(dòng)形式及布局選型

整車驅(qū)動(dòng)形式和動(dòng)力總成選型一直是息息相關(guān)的。由于傳統(tǒng)燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱體積較大，受制于動(dòng)力系統(tǒng)，考慮到整車空間利用率以及維修的便利性等需求，中置或后置發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)嚴(yán)重影響乘員艙和后備艙空間。

同時(shí)考慮到傳動(dòng)效率、整車輕量化、成本控制以及排氣系統(tǒng)布局等多方面因素，若采用后輪驅(qū)動(dòng)，勢(shì)必要在下車體布置一根傳動(dòng)軸將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞至后輪，侵占上車體乘員艙空間。所以傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型燃油車多將發(fā)動(dòng)機(jī)布置在整車前艙并以前輪驅(qū)動(dòng)為主。

而純電動(dòng)汽車以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，相比于體積龐大的發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱，其系統(tǒng)緊湊體積小。無(wú)論采用前置前驅(qū)，后置后驅(qū)還是雙電機(jī)四驅(qū)，都不會(huì)占用太多艙內(nèi)空間。

純電動(dòng)車型的研發(fā)主要有兩條技術(shù)路線，一種是“油改電”，即基于傳統(tǒng)燃油汽車平臺(tái)進(jìn)行改制，另一種則是全新研發(fā)純電動(dòng)車型專用架構(gòu)。選取不同的技術(shù)路線，其優(yōu)選的電驅(qū)布局也有所不同。

2.1.1基于傳統(tǒng)燃油汽車平臺(tái)進(jìn)行改制

該方案相對(duì)成熟，可靠性高，原車的底盤(pán)系統(tǒng)、外飾造型可以最大程度地共用，可大幅度縮短研發(fā)周期。如圖2，上汽榮威Ei5是基于i5平臺(tái)研發(fā)的純電動(dòng)汽車，為了盡可能減小整車架構(gòu)布置的變化，保留了原型車前置前驅(qū)的的動(dòng)力總成布局形式，使得前艙蓄電池、保險(xiǎn)絲盒等零件以及底盤(pán)前后橋最大程度地實(shí)現(xiàn)了共用。


2.1.2全新研發(fā)純電車型專用架構(gòu)

基于電機(jī)體積較小，布置靈活，可以在保證較高的整車空間利用率的同時(shí)選用在動(dòng)力學(xué)方面更具優(yōu)勢(shì)的后置后驅(qū)布局，以便能夠充分發(fā)揮純電動(dòng)車型的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但是其研發(fā)周期長(zhǎng)，成本高，技術(shù)難度大。前置前驅(qū)車型在轉(zhuǎn)向時(shí)，當(dāng)前輪達(dá)到抓地力極限時(shí)，有一部分抓地力分配給了轉(zhuǎn)向，此消彼長(zhǎng)，能夠提供給加速或剎車的抓地力就無(wú)法達(dá)到最高。而后置后驅(qū)車型的前輪和后輪則是各司其職，前輪只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向，后輪負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)。

因此，后置后驅(qū)車型可以擁有更高的動(dòng)力學(xué)極限。不僅如此，車輛在起步時(shí)，車身的載荷會(huì)向后部轉(zhuǎn)移，這時(shí)候前輪的抓地力就會(huì)下降，加速性能也隨之下降。而基于電機(jī)低速高扭的特性，采用后置后驅(qū)則可以利用后輪此時(shí)增大的抓地力獲得更快的加速，行駛穩(wěn)定性和舒適度也提高了。

如圖3，大眾在其全新純電架構(gòu)MEB上開(kāi)發(fā)的ID.3車型，其前橋采用麥弗遜懸架+前置轉(zhuǎn)向機(jī)，后橋采用五連桿后懸+平行軸電機(jī)，施放出來(lái)的前艙空間使得空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)前置成為了可能，形成了純電車型獨(dú)有的布置形式，增加了乘員艙的內(nèi)部空間。


2.2儲(chǔ)能單元布局及選型

純電動(dòng)汽車全靠動(dòng)力電池提供能源供給，這種模式誕生了純電動(dòng)汽車獨(dú)有的一個(gè)現(xiàn)象，那就是“里程焦慮”。雖說(shuō)目前絕大部分純電動(dòng)汽車都有了500公里以上的續(xù)航里程，但是充電速度一直是個(gè)難以突破的技術(shù)瓶頸。目前純電動(dòng)汽車充電方式有快充和慢充兩種模式，如果采用慢充模式進(jìn)行充電，基于選用11kW的車載充電器，也至少需要6~8小時(shí)才能充滿電量。

而即便是特斯拉的超級(jí)快充站，將一輛長(zhǎng)續(xù)航版Model3由10%電量充至90%也至少需要35分鐘的時(shí)間。相比傳統(tǒng)燃油車10分鐘不到的加油時(shí)間，時(shí)間成本的增加帶來(lái)了出行效率的降低。其次是充電樁分布密度的問(wèn)題，多數(shù)充電樁都是集中在一二線城市，分布在三四線城市的占比較少，對(duì)于這些地區(qū)的消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，充電基礎(chǔ)設(shè)施的不完善也導(dǎo)致了“里程焦慮”的存在。所以在現(xiàn)有外部技術(shù)條件無(wú)法
突破的情況下，在現(xiàn)有純電動(dòng)車型規(guī)劃下盡可能地提升大電池電量是首先要解決的問(wèn)題。

基于傳統(tǒng)燃油汽車平臺(tái)進(jìn)行改制的純電車型，由于其和傳統(tǒng)燃油車共平臺(tái)開(kāi)發(fā)，動(dòng)力電池布置受到原有底盤(pán)及車身結(jié)構(gòu)的影響，布置效率低，不能滿足電池大容量要求。而在全新研發(fā)的純電動(dòng)車型專用架構(gòu)中，為同時(shí)保證上車體乘員艙空間及下車體的整車通過(guò)性，動(dòng)力電池本體Z向高度需求進(jìn)一步縮減，但市場(chǎng)卻需求更高的續(xù)航里程，因此需要高效地布置動(dòng)力電池，增加動(dòng)力電池在地板下的面積占比，為純電動(dòng)車型定制“專屬”的動(dòng)力電池布置策略。深入分析市場(chǎng)上的純電車型，對(duì)比動(dòng)力電池在地板下的占比，傳統(tǒng)油改電車型電池寬度方向的利用效率只有61%，而基于全新純電架構(gòu)開(kāi)發(fā)的車型其電池寬度效率能達(dá)到82%。通過(guò)分析其電池布置和安裝方式，如圖4所示，制定電池布置策略如下：

（1）采用窄邊框的設(shè)計(jì)思路，減小電池到門(mén)檻的間距，把動(dòng)力電池直接安裝到門(mén)檻梁上，釋放了影響電池寬度的邊界，取消了地板下方的橫梁和縱梁并系統(tǒng)規(guī)劃電池側(cè)面的布置，結(jié)構(gòu)及空間；

（2）確定有無(wú)中央通道情況下，高壓線，管路等布置策略；

（3）根據(jù)整車寬度及人體布置，優(yōu)化門(mén)檻飾板，線束等布置及人機(jī)，增大門(mén)檻截面寬度；

（4）確定前排乘員硬點(diǎn)及座椅骨架選型，增加座椅安裝橫梁高度；

（5）優(yōu)化門(mén)檻內(nèi)的吸能結(jié)構(gòu)，橫梁及電池框架，滿足安全要求（側(cè)碰和側(cè)柱碰）及零件布置要求。

通過(guò)上述策略，能夠在門(mén)檻寬度相同的情況下，增加動(dòng)力電池的Y向?qū)挾?0%。



針對(duì)電池前端的零件布置，優(yōu)選轉(zhuǎn)向機(jī)前置的布局并結(jié)合高壓線走向，無(wú)線充電，安全碰撞空間等要求，完成電池前端的邊界定義。而在電池后端，考慮到刀鋒臂四連桿以及扭梁會(huì)限制電池Y向?qū)挾龋X制H-Arm下擺臂會(huì)增加零件成本，優(yōu)選五連桿后懸，并降低副車架前橫梁高度（圖5）使得其與電機(jī)Z向錯(cuò)開(kāi)，進(jìn)一步增加電池X向帶寬。



通過(guò)上述方法能夠拓展動(dòng)力電池的Y向?qū)挾燃癤向長(zhǎng)度尺寸，進(jìn)一步增大了動(dòng)力電池的面積以提升電量。

2.3負(fù)載單元布局規(guī)劃

與傳統(tǒng)燃油車型相比，純電動(dòng)車型雖然沒(méi)有排氣及燃油系統(tǒng)，但是多了一套高壓電器系統(tǒng)。通過(guò)前期合理地規(guī)劃各單元在整車中的布局能夠縮短高壓線長(zhǎng)度，降低高壓線成本并減輕EMC的影響，有效提升整車布置效率。如圖6所示，為典型的純電動(dòng)四驅(qū)車型的高壓電器系統(tǒng)連接原理，其主要特征是前電機(jī)、后電機(jī)、電壓縮機(jī)、高壓PTC等高壓電器件均通過(guò)PDU（高壓配電器）與大電池相連，此種布局策略的優(yōu)點(diǎn)是能夠減少大電池內(nèi)部的接口高壓接口數(shù)量，提升大電池能量密度并降低成本。



隨著近年來(lái)各傳統(tǒng)車企及新勢(shì)力造車對(duì)于全新純電汽車架構(gòu)的研發(fā)越來(lái)越廣泛，純電汽車的造型趨勢(shì)向著短前懸、長(zhǎng)軸距、低車高、傾斜A柱等方向發(fā)展，前艙與乘員艙的空間配比發(fā)生了變化。而隨著整車研發(fā)重心正慢慢由機(jī)械化向電子化轉(zhuǎn)變，各系統(tǒng)控制器也從分布式向集中式革新，自動(dòng)駕駛以及人機(jī)交互等新技術(shù)需要整車提供更多的傳感器以及更高的計(jì)算力，乘員艙需要為這些電器模塊騰出空間，即前艙要為乘員艙做出貢獻(xiàn)。本著上述目標(biāo)，制定策略如下：

（1）提高各系統(tǒng)零件集成度：快慢充口一體化集成；ESS集成PDU；OBC與DC-DC集成；

（2）優(yōu)化各體系連接策略：充電口靠近OBC布置，即OBC布置在前艙，充電口布置在翼子板；OBC布置在后艙，充電口布置在后側(cè)圍；應(yīng)用高壓分線器以減少高壓線束及PDU接口數(shù)量；應(yīng)用In-line以減少PDU數(shù)量并改善安裝環(huán)境。

通過(guò)上述策略，能夠形成更緊湊的前艙布局，并能夠降低整車成本。