王　翔，王文水（.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上?！?804；.一汽通用輕型商用汽車有限公司，吉林 長(zhǎng)春　30033）

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解放坤程CA1021PU2型電動(dòng)皮卡車總體設(shè)計(jì)

王翔1，王文水2
（1.同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，上海201804；2.一汽通用輕型商用汽車有限公司，吉林 長(zhǎng)春130033）

摘要：當(dāng)前，電動(dòng)汽車是汽車行業(yè)重要的發(fā)展方向，而國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車還處在起步階段，電動(dòng)皮卡車的開發(fā)項(xiàng)目還仍然鮮有案例。一汽通用輕型商用汽車有限公司與一汽新能源汽車分公司設(shè)計(jì)并試制開發(fā)了第一輪CA1021PU2型電動(dòng)輕型載貨汽車。由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)車型相比技術(shù)要求有很大不同，本文則重點(diǎn)圍繞電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇及布置過程進(jìn)行論述，簡(jiǎn)要介紹整車的總體設(shè)計(jì)思想。

關(guān)鍵詞：皮卡；電動(dòng)汽車；設(shè)計(jì)

近年來，我國(guó)電動(dòng)汽車市場(chǎng)需求與發(fā)展迅速，而目前我國(guó)現(xiàn)有的皮卡車型還沒有相關(guān)成熟產(chǎn)品推出，但在國(guó)外，美國(guó)通用汽車在10年前就已經(jīng)試制出S10雪弗蘭皮卡車。考慮到我國(guó)今后對(duì)城市污染排放要求越來越嚴(yán)格，新能源多功能用車將成為今后發(fā)展方向，經(jīng)過我公司市場(chǎng)調(diào)查，電動(dòng)皮卡車將是同城物流的主流車型之一。為此，一汽通用輕型商用汽車有限公司在CA1021PU2E4輕型載貨汽車基礎(chǔ)上，換裝電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)開發(fā)出CA1021PU2型電動(dòng)輕型載貨汽車。

1　主要總成的匹配

1.1電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)因其本身特性與內(nèi)燃機(jī)不同，所以在匹配上與內(nèi)燃機(jī)匹配有很大區(qū)別，但對(duì)于車輛的動(dòng)力性要求與傳統(tǒng)車相同，所以我們繼續(xù)從最高車速、最大爬坡度和0—100km加速時(shí)間這3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行匹配?？紤]到目前我國(guó)公路運(yùn)輸條件的不斷改善以及出口的需要，希望該車最高車速不低于110 km／h。若要滿足整車最高車速的要求，通過下面的公式可以估算出電動(dòng)機(jī)必須具備的最大有效功率：

式中：ηt——傳動(dòng)系數(shù)；f——滾動(dòng)阻力系數(shù)；CD——空氣阻力系數(shù)；A——汽車迎風(fēng)面積，m2；Ga——汽車總質(zhì)量，N；Vmax——汽車行駛最高車速，km／h。

代入相應(yīng)數(shù)值，可算得P′emax=61.67kW。如果考慮附件消耗的功率 （約為有效功率的25%）［2］，則可知發(fā)動(dòng)機(jī)所應(yīng)具備的最大功率Pemax=1.25P′emax=72.81kW。因此，我們選擇了75kW的永磁同步電機(jī)。

一般來說，為了滿足整車動(dòng)力性的要求，希望電動(dòng)機(jī)的最大輸出扭矩大些，而低速大扭矩是電動(dòng)機(jī)本身所具有的特點(diǎn)，因此，增大扭矩特性對(duì)電動(dòng)機(jī)來說是容易滿足的。但還必須考慮到整車傳動(dòng)系所能承受的能力，兼顧兩者因素，取電動(dòng)機(jī)的最大扭矩Memax= 220 Nm。針對(duì)電機(jī)功率扭矩需求與機(jī)艙總布置限制，電機(jī)與電機(jī)控制器采用集成強(qiáng)制水冷設(shè)計(jì)。

1.2傳動(dòng)系

對(duì)于純電動(dòng)汽車，為了平衡電機(jī)系統(tǒng)工作范圍，提高整車性能，我們提出2個(gè)技術(shù)組件 （變速器與電機(jī)）匹配，結(jié)合傳統(tǒng)車所用離合器，構(gòu)成手動(dòng)變速純

1.2.1整車基本參數(shù)

整車基本參數(shù)對(duì)于2種方案相同，輪胎滾動(dòng)半徑0.341 m，機(jī)械傳動(dòng)效率0.9，空氣阻力系數(shù)0.4，迎風(fēng)面積2m2，滾動(dòng)阻力系數(shù)0.02，滿載質(zhì)量2455kg。

假設(shè)選定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)參數(shù)對(duì)于2種方案也都是相同的 （額定功率35kW，峰值功率75kW）。

1.2.2傳動(dòng)系傳動(dòng)比的比較

1）使用單一傳動(dòng)比的電動(dòng)汽車的動(dòng)力性能為了兼顧最高車速和最大爬坡度，單一傳動(dòng)比確定為11.3。其動(dòng)力與阻力平衡圖如圖1所示。

圖1　　采用單級(jí)減速器整車驅(qū)動(dòng)力平衡曲線

由圖1可見，最高車速只能達(dá)到65km／h，最大爬坡度不能達(dá)到30%。若要提高動(dòng)力性能，不得不將電機(jī)功率加大到峰值140 kW，將電機(jī)轉(zhuǎn)速提高到10 000 r／min。帶來的弊病是電池放電功率相應(yīng)要提高，減速器齒輪和潤(rùn)滑性能要提高，還要認(rèn)真研究倒檔時(shí)減速器輸入軸反轉(zhuǎn)帶來的意料之外的影響。

2）使用5檔傳動(dòng)比的電動(dòng)轎車的動(dòng)力性能5檔手動(dòng)變速器選用JK72變速器，其傳動(dòng)比見表1。

表1　JK72變速器速比

經(jīng)過計(jì)算和實(shí)測(cè)，配置5檔手動(dòng)變速器的電動(dòng)汽車動(dòng)力性如圖2所示。最高車速可以達(dá)到150 km／h，最大爬坡度超過30%，整車動(dòng)力系統(tǒng)覆蓋范圍均勻，更能發(fā)揮電機(jī)最佳工作區(qū)間，這對(duì)增加電機(jī)系統(tǒng)實(shí)際效率、提高整車?yán)m(xù)駛里程都起到了非常重要的作用。5檔變速器為現(xiàn)有傳統(tǒng)車使用部件，整車匹配技術(shù)成熟，批量產(chǎn)品的成本優(yōu)勢(shì)明顯。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果我們采用了5速手動(dòng)變速器方案，并以此開發(fā)首輪樣車并形成了動(dòng)力總成數(shù)模，如圖3所示。

圖2　　采用多檔變速器整車驅(qū)動(dòng)力平衡曲線

圖3　　皮卡動(dòng)力總成圖

1.3動(dòng)力電池

根據(jù)整車使用環(huán)境與現(xiàn)有技術(shù)條件，確定整車?yán)m(xù)駛里程為80km，以此開發(fā)電池系統(tǒng)。新開發(fā)電池箱底盤布置方案具體性能：三維尺寸875×318×416，電池容量～22.95kWh，系統(tǒng)電壓～345.6V，電池質(zhì)量～300kg，單體類型3.6V／2.1Ah，組件類型33P（3.6V／69.3Ah），組件數(shù)量24×4串，風(fēng)冷，SOC范圍20%～90%。

針對(duì)皮卡車型非承載式車身特點(diǎn)，將電池布置在原燃油箱位置，并采用IP67防護(hù)等級(jí)，重新開發(fā)電池箱，采用成熟電池組件，匹配開發(fā)電池管理系統(tǒng)。

2　附件匹配

根據(jù)電動(dòng)車本身特點(diǎn)，對(duì)該車型動(dòng)力轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、制動(dòng)助力機(jī)構(gòu)和空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了全新開發(fā)。

2.1轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)沿用原車轉(zhuǎn)向柱及轉(zhuǎn)向機(jī)，采用客車用電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向方案，僅更改液壓助力系統(tǒng)，以保證可靠性。表2為皮卡EV電動(dòng)液壓助力機(jī)組參數(shù)。圖4為皮卡EV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案。

表2　　皮卡EV電動(dòng)液壓助力機(jī)組參數(shù)

2.2制動(dòng)助力系統(tǒng)

制動(dòng)助力系統(tǒng)沿用原車制動(dòng)真空助力器帶主缸總成、駐車制動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)油管及感載比例閥系統(tǒng)，匹配成熟的電動(dòng)真空泵及真空度傳感器、真空罐總成，重新設(shè)計(jì)制動(dòng)真空管路。如圖5所示。

圖4　皮卡EV轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案

圖5　　皮卡EV制動(dòng)真空助力系統(tǒng)方案

2.3空調(diào)系統(tǒng)

在本輪開發(fā)中采用手動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)，以原車空調(diào)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，制熱新增采用PTC，制冷采用電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)，重新設(shè)計(jì)空調(diào)管路。如圖6所示。

圖6　　皮卡EV空調(diào)系統(tǒng)方案

加熱模式下，根據(jù)皮卡原車空調(diào)風(fēng)量420 m3／h，PTC功率4kW能夠滿足制熱要求，控制方式采用繼電器_PTC控制方式，手動(dòng)控制。

制冷模式，根據(jù)原車壓縮機(jī)參數(shù)及鼓風(fēng)機(jī)參數(shù)，計(jì)算得出原車空調(diào)壓縮機(jī)排量范圍介于23.7～29.6 cm3之間，目前現(xiàn)有壓縮機(jī) （排量27cm3）滿足此排量范圍。

3　主要性能參數(shù)計(jì)算及技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1性能計(jì)算結(jié)果

通過對(duì)上述總成的匹配，我們對(duì)此車型動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了計(jì)算與分析。其中最高車速150km／h，最大爬坡度＞30%，1—100km加速時(shí)間15s，80km／h續(xù)駛里程80km。具體數(shù)據(jù)如表3所示。

3.2技術(shù)設(shè)計(jì)

進(jìn)入技術(shù)設(shè)計(jì)階段，對(duì)電動(dòng)車相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了布置，如電動(dòng)機(jī)在整車上位置、電動(dòng)機(jī)懸置、動(dòng)力電池、冷卻系統(tǒng)、動(dòng)力電纜、動(dòng)力轉(zhuǎn)向和制動(dòng)系統(tǒng)等。機(jī)艙布置圖如圖7所示。

表3　　皮卡EV功率與續(xù)駛里程計(jì)算

圖7　　皮卡EV機(jī)艙布置圖

4　結(jié)論

CA1021PU2型皮卡各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，可以采用本文技術(shù)方案開始試制工作，第1輪試制成功的樣車已通過一汽專家評(píng)審會(huì)的評(píng)審。

采用多級(jí)變速器與電機(jī)進(jìn)行匹配，可以優(yōu)化電機(jī)工作區(qū)間，整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性匹配可以做到最優(yōu)。

目前采用手動(dòng)5檔變速器，通過了各項(xiàng)性能測(cè)試，是一種可行的低成本技術(shù)方案。電動(dòng)皮卡未來值得研究的方向也可以根據(jù)整車產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃，如開發(fā)專用變速器，可以采用3速AMT變速器匹配電機(jī)，做到整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性與舒適性的最佳組合。

參考文獻(xiàn)：

［1]余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：57.

［2]宋春麗.解放牌CA1120PK1L2型載貨汽車總體設(shè)計(jì)［J］.汽車技術(shù)，2000（1）：10-24.

（編輯楊景）

中圖分類號(hào)：U469.72

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003－8639（2016）01－0001－03

收稿日期：2015-06-02；修回日期：2015-07-01

作者簡(jiǎn)介：王翔 （1982-），男，碩士，動(dòng)力總成室主管；王文水，男，總監(jiān)助理。電動(dòng)動(dòng)力總成。第2個(gè)是使用單級(jí)減速器形成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案。對(duì)此我們進(jìn)行了動(dòng)力系統(tǒng)匹配計(jì)算，對(duì)2個(gè)方案進(jìn)行了對(duì)比。

Overall Design of JIEFANG KUNCHENG CA1021PU2 Electric Pickup

WANG Xiang1，WANG Wen-shui2
（1.College of Automobile，Tongji University，Shanghai 201804，China；2.FAWGM Light Commercial Vehicle Co.，Ltd.，Jilin 130033，China）

Abstract：An electric pickup CA1021PU2 is designed and developed by FAWGM and FAW New Energy Vehicle Branch.The selection and layout of its electric driving system are emphasized and the design thought of the vehicle is briefly introduced.

Key words：pickup；EV；design