王傳應(yīng)，武小歡，張上元，王少黎

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥　230051）

?

HFF6680 GEVB純電動(dòng)微循環(huán)客車設(shè)計(jì)

王傳應(yīng)，武小歡，張上元，王少黎

（安徽安凱汽車股份有限公司，合肥230051）

摘要：介紹HFF6680GEVB純電動(dòng)微循環(huán)車的整車結(jié)構(gòu)方案及電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)布置方案；并對(duì)整車主要性能參數(shù)進(jìn)行仿真和試驗(yàn)，從而驗(yàn)證相關(guān)參數(shù)及設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：純電動(dòng)客車；微循環(huán)；整車設(shè)計(jì)；獨(dú)立懸架

純電動(dòng)客車作為目前國內(nèi)起步較早的新能源汽車產(chǎn)品，發(fā)展速度迅猛，產(chǎn)品種類繁多。大型客車往往無法應(yīng)對(duì)當(dāng)前城市交通擁堵，道路狀況復(fù)雜，不能完全覆蓋主干道以外區(qū)域等情況[1-3]。2013年以來，針對(duì)6 m以上純電動(dòng)客車，國家財(cái)政部等相關(guān)部委相繼出臺(tái)了一系列新能源扶植政策，其發(fā)展機(jī)遇更加有利，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益也將進(jìn)一步凸顯[4-5]。因此，我司適時(shí)開發(fā)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、小區(qū)到小區(qū)的HFF6680GEVB純電動(dòng)微循環(huán)客車。

1　整車結(jié)構(gòu)方案

1.1主要技術(shù)參數(shù)

該車設(shè)計(jì)風(fēng)格采用萌系開朗的外形，使外觀具有較強(qiáng)的親和力；采用全承載式車身技術(shù)，有效增加了整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高了車輛的安全性；底盤采用超短前、后懸和窄體車身的理念，有效提高了車輛在市區(qū)的通過性；采用4 000 mm的加長軸距設(shè)計(jì)，最大限度增加了乘客空間。此外，為實(shí)現(xiàn)乘客快速上下車，以及方便換乘分流，采用一級(jí)踏步及車身中部雙開門的設(shè)計(jì)。整車內(nèi)部?jī)舾哌_(dá)到2 400 mm左右（站立區(qū)），超大側(cè)窗的設(shè)計(jì)讓乘客坐姿擁有110°、站姿擁有130°廣角視野，使乘客的視覺感受更好。整車主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　HFF6680GEVB整車主要技術(shù)參數(shù)

1.2底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

底盤采用“前獨(dú)立懸掛+后空氣懸掛”系統(tǒng)。前獨(dú)立懸架非簧載質(zhì)量小，傳遞給車身的沖擊載荷小，舒適性更為優(yōu)異；左、右車輪單獨(dú)跳動(dòng)，相互影響小，有效減小車身的傾斜和振動(dòng)[6]。而空氣懸架的非線性彈性特性可實(shí)現(xiàn)各載荷狀態(tài)下偏頻、車身高度保持不變、車輛平順性好、乘坐舒適性較高[7]。圖1和圖2所示為獨(dú)立懸架及空氣懸架三維圖。

此外，前后均采用19.5英寸氣壓盤式制動(dòng)器，相比較鼓式制動(dòng)器，盤式制動(dòng)器散熱性能好、熱穩(wěn)定性好，制動(dòng)系統(tǒng)可靠，安全性高。

針對(duì)電動(dòng)車電池較重的狀況，并且重量大部分施加于后軸的特點(diǎn)，采用專門開發(fā)的7 t后橋，承載能力強(qiáng)，充分滿足此車型公交工況的使用要求。

車架采用現(xiàn)有成熟的后橫置平臺(tái)結(jié)構(gòu)，可靠性高?；贏NSYS有限元分析平臺(tái)進(jìn)行CAE分析，驗(yàn)證了車架的強(qiáng)度與剛度，并就分析結(jié)果進(jìn)行了相關(guān)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了車架的輕量化。

輪胎型號(hào)為225/70 R19.5子午線輪胎，輪輞為鍛造鋁圈，與普通鋼圈輪胎相比，承載能力更強(qiáng)，質(zhì)量更輕，有助于實(shí)現(xiàn)整車的輕量化目標(biāo)。

1.3車身及車廂設(shè)計(jì)

1）車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。整車造型流暢圓潤，有效降低了風(fēng)阻系數(shù)。車身骨架結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度實(shí)現(xiàn)了輕量化；主要結(jié)構(gòu)件采用16Mn鋼，其余采用高強(qiáng)度鋼，極大地增強(qiáng)了車身的承載能力。乘客門采用氣動(dòng)雙外擺門，不僅開度大，方便乘客上下車，而且節(jié)約了車內(nèi)空間?？紤]到維修的方便性，前圍總成前面罩、左右保險(xiǎn)杠、前中保險(xiǎn)杠采用鉸鏈設(shè)計(jì)，可四向翻轉(zhuǎn)。整車外形如圖3所示。

2）車廂設(shè)計(jì)。采用一級(jí)踏步低地板設(shè)計(jì)，并配置殘疾人踏板，一級(jí)踏步高度為360 mm。結(jié)合整車結(jié)構(gòu)對(duì)車廂內(nèi)座椅及扶手等進(jìn)行合理布置，在保證乘客乘坐舒適性的基礎(chǔ)上，最大限度地提高了載客量，如圖4所示。

車廂內(nèi)空間一分為二，后部分為乘客區(qū)，前部分為獨(dú)立的駕駛室，如圖5所示。這樣為駕駛員提供了相對(duì)安靜的環(huán)境，避免了乘客區(qū)的活動(dòng)對(duì)駕駛員駕駛的干擾。

2　整車動(dòng)力系統(tǒng)方案及仿真試驗(yàn)結(jié)果

動(dòng)力系統(tǒng)布置及方案如圖6所示。

2.1驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用高效永磁同步電機(jī)。該型電機(jī)體積小、重量輕、效率高。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率≥80%。此外，高效率、高功率因數(shù)，可靠性和耐久性也得到了進(jìn)一步提升[8-9]。在溫度控制方面，自動(dòng)檢測(cè)、水溫調(diào)節(jié)、過溫報(bào)警等保證了電機(jī)的安全運(yùn)行。

2.2電池系統(tǒng)

電池布置在整車尾部，節(jié)省車廂內(nèi)部空間，提高整車空間利用率。本車采用多元復(fù)合鋰電池，電池組總?cè)萘繛?2 Ah，額定電壓為575 V。此類電池在功率密度和能量密度優(yōu)于其他動(dòng)力蓄電池，安全性高、容量大、循環(huán)壽命更長[10]。在設(shè)計(jì)過程中，考慮到方便電池組的拆裝，設(shè)計(jì)了專門的安裝托架結(jié)構(gòu)，使電池箱具備快速脫離功能，如圖7所示。

由于電池組在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，且安裝空間相對(duì)擁擠，自然散熱效果不佳，所以為防止安全事故的發(fā)生和提高運(yùn)行效率，在配備冷卻裝置之外，建立了電池溫度自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，智能預(yù)測(cè)電池組狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了電池組動(dòng)態(tài)均衡、自動(dòng)檢測(cè)、主動(dòng)控制、煙霧報(bào)警、自動(dòng)滅火的功能。

2.3安全系統(tǒng)

在整車高壓方面，采用六層保護(hù)系統(tǒng)：高壓過流自動(dòng)熔斷保護(hù)、高壓過流通斷自動(dòng)切換、高壓電源的安全分配電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)過流過壓自保護(hù)系統(tǒng)、動(dòng)力電池?zé)熿F火情聯(lián)動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)、多級(jí)絕緣及絕緣檢測(cè)主動(dòng)安全防護(hù)系統(tǒng)。

在電磁兼容性方面，通過設(shè)置電磁屏蔽艙、優(yōu)化電氣結(jié)構(gòu)布置，有效屏蔽了電磁干擾源；此外，采取增加線束濾波，改進(jìn)接地設(shè)備等措施改善電磁傳輸路徑。

在電池安全方面，建立兩級(jí)保護(hù)系統(tǒng)：第一級(jí)為電池過流、過壓、過充和過放保護(hù)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，智能預(yù)測(cè)電池組狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電池組動(dòng)態(tài)均衡。第二級(jí)為煙霧探測(cè)、無線傳輸報(bào)警、控制裝置，在起火之前，會(huì)先經(jīng)過煙霧階段。該探測(cè)器在電池箱產(chǎn)生煙霧時(shí)，即可探測(cè)到，并在儀表上進(jìn)行聲光報(bào)警提示，同時(shí)主動(dòng)把火情信息發(fā)給整車控制系統(tǒng)進(jìn)行高壓系統(tǒng)自動(dòng)切斷控制。

2.4仿真與試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合Matlab對(duì)整車進(jìn)行仿真分析，同時(shí)對(duì)樣車進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2　仿真與試驗(yàn)結(jié)果分析

表2中最高車速的仿真值與試驗(yàn)結(jié)果偏差大且偏高，與試驗(yàn)路面狀況、風(fēng)阻等實(shí)際工況有關(guān)；后期將進(jìn)一步研究此類因素對(duì)仿真結(jié)果的影響，并將其與仿真軟件進(jìn)行深度結(jié)合，使仿真結(jié)果更準(zhǔn)確、更符合實(shí)際情況。由以上數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，該車實(shí)際性能滿足各項(xiàng)使用要求，具有較好的加速性能，其中續(xù)航里程達(dá)到81 km，超出預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3　總結(jié)

該車更加節(jié)能環(huán)保，比同級(jí)別車輛車身質(zhì)量輕約8% ～13%，滿載電消耗下降4%～7%，車身的輕量化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和良好的動(dòng)力總成匹配，極大地提高了整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；在制動(dòng)過程中，在原有氣制動(dòng)基礎(chǔ)上，本車以電制動(dòng)作為輔助手段，使制動(dòng)效果比同類燃油車輛更好；百公里耗電小于60 kW·h，使用成本約為同類傳統(tǒng)車的1/5。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉力楠，孫紅，黃俊杰.CA6127URE31純電動(dòng)客車總體設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2013，35（5）：18-22.

[2]王心宏，李佳，李湘臣.JXK6620CEV純電動(dòng)客車設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2014，36（6）：12-14.

[3]代國玉.KLQ6129GQEV2純電動(dòng)客車總體設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2012，34（6）：21-23.

[4]劉維信.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001.7.

[5]孟慶功，徐寶云，黃華，等.低地板城市電動(dòng)客車車架結(jié)構(gòu)有限元分析及其輕量化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械研究與運(yùn)用，2004，17（1）：142-143.

[6]史瑞祥，夏晴，楊杰.電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池低溫性能研究[J].客車技術(shù)與研究，2013，35（1）：12-15.

[7]李亞妮，周保成.HFF6127G03EV純電動(dòng)客車整車開發(fā)[J].客車技術(shù)與研究，2014，36（1）：14-15.

[8]財(cái)建[2013]551號(hào).關(guān)于繼續(xù)開展新能源汽車推廣應(yīng)用工作的通知[EB/OL].（2013-09-17）[2014-01-11].http：//money. 163.com/13/0917/14/98VUG44O00254TI5.html.

[9] Mehrdad Ehsani.現(xiàn)代電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車和燃料電池車-基本原理、理論和設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.6.

[10]張亮，郭秀紅.純電動(dòng)大客車電池容量匹配算法及Matlab仿真[J].公路與汽運(yùn)，2011（4）：1-4.

修改稿日期：2015-08-17

Design on HFF6680GEVB Pure Electric Microcirculation Bus

Wang Chuanying，Wu Xiaohuan，Zhang Shangyuan，Wang Shaoli
（Anhui Ankai Automobile Co., Ltd, Hefei 230051, China）

Abstract：The authors describe the vehicle structure plan and electric drive system arrangement plan of the pure electric microcirculation bus, and simulate and test the vehicle main performance parameters to prove the rationality ofthe relational parameters and design.

Key words:pure electric bus; microcirculation; vehicle design; independent suspension

中圖分類號(hào)：U469.72

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1006-3331（2016）02-0015-03

作者簡(jiǎn)介：王傳應(yīng)（1970-），男，碩士；工程師；主要從事各類客車總體設(shè)計(jì)工作。