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基于混合度的HEV車型布置研究
2021-09-18 00:13:06· 來源：旺材動(dòng)力總成
來源：上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心整車集成部1. 混合動(dòng)力分類混合動(dòng)力電動(dòng)汽車總功率是電機(jī)的峰值功率與發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率之和。根據(jù)混合度的大小，混合動(dòng)
來源：上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心整車集成部
1. 混合動(dòng)力分類
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車總功率是電機(jī)的峰值功率與發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率之和。根據(jù)混合度的大小，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車有如下分類。
1.1 微混合型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車
以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ矗姍C(jī)作為輔助動(dòng)力，具備制動(dòng)能量回收功能的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。電機(jī)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(dòng)力電動(dòng)汽車
以發(fā)動(dòng)機(jī)為主要?jiǎng)恿υ矗姍C(jī)作為輔助動(dòng)力，在車輛加速和爬坡時(shí)，電機(jī)可向車輛行駛系統(tǒng)提供輔助驅(qū)動(dòng)力矩的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。一般情況下，電機(jī)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(qiáng)混合）型混合動(dòng)力電動(dòng)汽車
以發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī)為動(dòng)力源，一般情況下，電機(jī)的峰值功率和總功率的比值大于30%，且電機(jī)可以獨(dú)立驅(qū)動(dòng)車輛正常行駛的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車。
2. 各混合動(dòng)力優(yōu)缺點(diǎn)
2.1微混系統(tǒng)
12V啟停系統(tǒng)（微混系統(tǒng)）主要有啟動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)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(qiáng)化后的啟動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)及12V電池構(gòu)成，對(duì)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(jiǎn)單、成本低、技術(shù)承接性好及通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，相應(yīng)的由于電機(jī)混合度較低，及調(diào)控內(nèi)燃機(jī)工況能力有限，節(jié)油率一般約15%。
以市場(chǎng)48V輕混系統(tǒng)為例，其主要系統(tǒng)構(gòu)成有BSG電機(jī)、48V電池、DCDC及相應(yīng)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)等。除微混的啟停功能外，新增加速輔助及制動(dòng)能量回收功能。
2.3 強(qiáng)混系統(tǒng)
強(qiáng)混系統(tǒng)具備高效節(jié)能、平順性好及綜合實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)油率約35%以上。
電機(jī)的深度參與使得內(nèi)燃機(jī)始終工作在高效率區(qū)域，滿足了發(fā)動(dòng)機(jī)工況解耦，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)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(jī)、電機(jī)的協(xié)調(diào)配合，混合動(dòng)力車型可以實(shí)現(xiàn)不同工況相對(duì)傳統(tǒng)燃油車更為平順的動(dòng)力性輸出。
動(dòng)力系統(tǒng)一般采用機(jī)電耦合機(jī)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(jī)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(qiáng)混系統(tǒng)整車布置分析
3.1 動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)布置
強(qiáng)混系統(tǒng)在前艙的布置會(huì)相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，在保留原有發(fā)動(dòng)機(jī)及傳統(tǒng)的相關(guān)系統(tǒng)（進(jìn)排氣系統(tǒng)、制動(dòng)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(duì)變速箱及發(fā)動(dòng)機(jī)附件進(jìn)行升級(jí)，對(duì)應(yīng)的使用混動(dòng)變速箱及BSG電機(jī)。
混動(dòng)變速箱主要新增了P3電機(jī)及PEB模塊，同時(shí)為滿足純電模式的潤(rùn)滑和壓力，新增電子油泵及線束。新的動(dòng)力總成布置對(duì)原有的前艙會(huì)產(chǎn)生很大的影響，主要是新增的混動(dòng)變速箱上集成了PEB、DCDC模塊，同時(shí)為了考慮中央通道線束及管路布置難度會(huì)采用電子換擋機(jī)構(gòu)，變速箱側(cè)所占的空間會(huì)增加一倍，基本和發(fā)動(dòng)機(jī)齊平，造成與縱梁間隙不足問題導(dǎo)致變速箱側(cè)的懸置及車身縱梁需要匹配更改，布置時(shí)還需考慮懸置安裝時(shí)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(dòng)變速箱Z向空間已經(jīng)侵占蓄電池的布置位置，此時(shí)蓄電池需要重新布置在備胎倉或擠占原保險(xiǎn)絲盒位置（保險(xiǎn)絲盒進(jìn)行拆分布置）。
其次，冷卻系統(tǒng)需要配套混動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，混動(dòng)車型P3電機(jī)、PEB及DCDC冷卻需新增一套獨(dú)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(dú)立水壺需要固定在大燈支架上，Z向保證min線高于混動(dòng)系統(tǒng)出水口20mm同時(shí)壺蓋滿足行人保護(hù)要求。
最后，混動(dòng)系統(tǒng)新增高壓系統(tǒng)，需要通過高壓線束進(jìn)行連接，動(dòng)力電池布置于后方，高壓線從前至后連接PEB和動(dòng)力電池?？紤]高壓線電磁干擾對(duì)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(shí)高壓線連接動(dòng)力總成段與周邊保留一定的動(dòng)態(tài)間隙。
3.2 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)布置
在強(qiáng)混動(dòng)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(duì)非外接充電強(qiáng)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(yán)格，對(duì)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(huì)對(duì)第二排進(jìn)出性及座椅舒適性讓步，同時(shí)油箱容積相比傳統(tǒng)車會(huì)減小，電池布置在座椅下方及燃油箱上方。在X向上，對(duì)于后排踵板需要盡量向前靠近，對(duì)于后懸系統(tǒng)，如果采用四連桿對(duì)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(jìn)出風(fēng)口布置，在不影響座椅布置的情況下，進(jìn)出風(fēng)口分布在電池左右兩側(cè)，風(fēng)道及鼓風(fēng)機(jī)靠近電池后端，風(fēng)道橫截面盡量壓扁，因?yàn)殡姵剡€有高壓線束需要向前連接混動(dòng)系統(tǒng)，電池高壓線出口需要X向靠前，減少對(duì)油箱容積的影響，同時(shí)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(jì)，同時(shí)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(duì)后行李箱容積的影響，同時(shí)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(fēng)冷策略，冷卻方式是通過風(fēng)機(jī)將乘客艙內(nèi)的空氣引向電池進(jìn)行風(fēng)冷（風(fēng)機(jī)在電池進(jìn)風(fēng)口前方的為吹風(fēng)，風(fēng)機(jī)在電池排風(fēng)口后方的為吸風(fēng)），所以進(jìn)風(fēng)風(fēng)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(jìn)風(fēng)口的風(fēng)道附近布置有濾芯，需要方便拆卸更換濾芯，排風(fēng)風(fēng)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(zhǎng)較短，成本較低同時(shí)方便與電池插件對(duì)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。
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(guó)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(dòng)力車型。故本文從混合度差異出發(fā)，總結(jié)了當(dāng)前市場(chǎng)上混合動(dòng)力車型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及節(jié)油率，并介紹了強(qiáng)混車型動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)與動(dòng)力電池包的布置集成內(nèi)容，希望對(duì)混合動(dòng)力車型前艙及下車體布置集成工作有所借鑒。
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