跨平台混合动力车布置研究

袁恒 周君武 原海妮

【摘 要】当前混合动力技术车型处于快速发展阶段，文章结合项目实践和经验，简要分析跨平台混合动力车布置研究，实现多系统借用，降低开发成本，缩短开发周期。文章提出的跨平台混合动力车布置研究方案，重点从机舱布置、下车体布置、附件布置原理和方法入手，为混合动力汽车技术开发提供参考。

【关键词】跨平台;混合动力;布置通用性将成本

【中图分类号】U469.1 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）06-0036-03

0 引言

随着双积分的使用，各大车企面临越来越高的油耗要求[1]。因此，属于新能源技术领域的燃料电池技术和混合动力技术，作为传统燃油和纯电动车的过渡方案正快速进入市场，成为当下各大车企激烈争夺的“蛋糕”。降低开发成本、实现车型快速上市成为车企必争之地。

从上市的混动竞品车了解到，东风柳州汽车有限公司的总体布置方案与之有不少共同之处，例如动力电池包布置于下车体和蓄电池布置于尾箱。但从方案涵盖的车型范围看，公司涉及的车型平台更广，车型从SUV延伸到MPV，轴距从2 750 mm拓展至2 900～2 950 mm。所设计的混动下车体布置兼容纯电、非插电和插电混车方案，实现一套地板通用3个技术路线。

1 总体空间划分策略

本文将混合动力车型按划分为六大区域（如图1所示）。方案可通用于SUV、MPV、CAR车型。六大区域以车辆车体为基础，分别是尾箱、副驾座椅下方、左侧门槛区域、车底中部、机舱左侧和机舱右侧区域。六大区域既是独立的，又是一体的。通过优化整合各大区域的布置空间，实现整车通过性、碰撞、热害防护等性能要求。下面对具体布置进行研究和分析。

2 布置实现

2.1 机舱布置

先从整车前方部分（机舱）进行研究，即图1中3、4指向的区域。将机舱分成左、中、右3个区域布局，这样有利于统筹考虑全部关键部件的布置要求。为了让线束、管路较短，机舱中部布置体积和重量较大的动力总成（电堆/电机及发动机）。这样的布置有以下优点：①能避免碰撞时直接冲击较硬的动力总成，降低损坏风险;②因为动总成与车头和左右纵梁距离较远，所以避免了碰撞导致动力总成入侵对车上人员造成直接伤害;③动力总成重量大（约300 kg），居中布置使得左右前轮重量较为均匀，行驶过程中磨损程度接近，改善了行驶性能。

机舱左侧布置车辆高压附件，例如逆变器DC-DC、控制单元PDU、车载充电机OBC和电机三合一等结构，同时借用布置保险盒、膨胀水壶、空滤、助力器等结构灵活的传统车辆部件[2]。因为乘员舱线束从驾驶员前方的钣金通过，所以在机舱左侧布置高压附件也利于减少高压线束长度，同时便于装配和维修[3]。机舱右侧布置有副水箱、空调管、洗涤壶等小附件。为了便于加注和维修，将洗涤壶和冷却液壶布置在左右侧最靠外的区域。为了改善迎风散热效果，降低整车的油耗性能，提高整车动力性，机舱前保区域布置散热器、冷凝器、油冷器等冷却系统附件，方案如图2所示[4]。

2.1.1 机舱布置原则

混合动力汽车机舱布置与传统汽车差异在于零部件更多，要考虑的布置因素更多，工作量大、项目周期长。结合项目实践，笔者认为混合动力车机舱布置时应注意表1所列的原则。

2.1.2 机舱布置难点

（1）冷却模块厚度增加220 mm及多6根水管，需6倍管路空间。传统燃油车冷却模块由电子扇、散热器本体和冷凝器组成（如图3所示）。其中，冷凝器布置在车辆前端迎着行驶风向，加大散热效果;散热器本体位于冷凝器之后、电子扇之前，起到固定冷凝器和电子扇的作用;电子扇位于冷却模块后端，直接对动力总成进行吹风散热。混合动力汽车比传统燃油车多3套独立冷却系统，冷却模块增加1个油冷器、1个低温散热器及1个中冷散热器（如图4所示）。混合动力车的冷却模块固定在一个框架上面，框架与机舱车体梁结构固定连接。混合动力车冷却模块整体厚度增加220 mm。因为增加了3个冷却器，同时多了6根冷却管（1根进水管、1根出水管），所以需要在原冷卻模块区域优化出6倍的管路空间，这是布置设计的难点。

（2）三点悬置升级为四点悬置。混合动力车动力总成的重量比传统车动力重60～70 kg。同时，在发动机与电机共同作用的工况下，扭矩比传统燃油车大200 N·m以上。考虑悬置的疲劳强度，总体方案按传统车三点悬置升级为四点悬置方案开发（如图5、图6所示），即左、右悬置和双后拉杆的钟摆式悬置结构。其中，左右悬置固定在纵梁上，双后纵梁固定在副车架上。这种结构使得动力总成质量分布均匀，平衡度好，对改善整车NVH非常有利。但是对于前排气发动机而言，排气管从发动机下部绕过后直接从双后悬置之间穿出，排气管与悬置Y向间距仅为36 mm，使得悬置存在热害风险。这是机舱布置难点之一，为解决热害问题，排气管预留隔热装置，同时悬置进行结构优化和材料升级，提高抗热性能。

2.2 下车体布置

混合动力车下车体地板兼容纯电和混动方案开发，纯电电池包电量达68.7 kW·h，仿真续航能力接近400 km，1套地板兼容3套技术方案。电池包布置于地板中部离地间隙满足满载130 mm以上要求，纵向通过角在11°以上。燃油箱尽量沿用传统车方案，排气管按电池包、燃油箱边界设计走向，地板提供安装点。

2.2.1 下车体布置原则

混合动力车下车体布置涉及电池包、排气管、高压线、燃油箱等主要部件[5]，基本布置如图7所示[6]。

下车体布置是混合动力车布置的核心工作之一，涉及离地间隙控制、热害防护、石击影响、防水保护和通用性因素等。其中，电池包布置范围预留了最大边界，即按纯电动车续航要求设计，混合动力电池比纯电车电池小，可以直接借用同样的地板方案减少投资费用，缩短开发周期。因为HEV（非插电混）和PHEV（插电混）电池包大小不一样，HEV车电池包较小，所以HEV车的燃油箱尽量借用传统燃油车方案，考虑电池包的碰撞影响，PHEV燃油箱另外设计一个小的结构并实现SUV/MPV/CAR通用。电池包重量较重且布置在地板之下，导致整车离地间隙较小，通过性变差。为此，一般通过将轮心适当下移并结合大轮胎的使用改善这个问题。下车体部分的排气管走管设计是一个重点，需要保证与电池包距离合理，以免引起热害问题，同时保证与水管、高压线具有足够的安全距离，避免碰撞挤压风险。具体布置原则见表2。

2.2.2 混合动力车下车体布置难点

混合动力车下车体布置比传统燃油车更为复杂，涉及更多系统，要考虑更多的制约因素，具体表现在以下两个方面。

（1）高压线束与排气管距离近，布置困难。电池包高压线从下车体走线至机舱提供电源给电机工作，车体空间限制其走线通道与排气管近，间隙为100 mm左右，而排气管前段表面温度高达500～600 ℃，距离过近会产生强烈的热辐射，线束存在烤坏风险。为此，总布置方案进行了优化，参考传祺GS4混动将电池包冷却水管和高压线束分开，车底前地板两侧设计凹槽特征走高压线和水管，有效隔离排气管热辐射。

（2）电池包柱碰满足要求困难。基于纯电动电池包设计的地板方案，电池包电量大，在厚度、长度不能加大的前提下，电池包宽度达到1 300 mm，使得门槛与电池包间距仅满足150 mm的要求，对车身结构要求高，前期碰撞分析（如图8、图9所示）显示，柱碰工况下电池包严重被挤压，不满足要求。因此，要在门槛的空腔中增加强化结构，同时在驾驶员座椅安装横梁后部并增加1根三角加强梁，改善结构如图10所示。

2.3 其他附件布置

混合动力车布置主要工作在机舱和下车体，此外相对传统汽车，还有两个明显的差异（如图1所示），因为布置空间所限，所以需要在尾箱和副驾座椅之下布置一些部件。本文在汽车尾箱布置蓄电池，受机舱空间限制，混合动力车型的蓄电池不能借用传统汽车的方案布置在机舱，而副驾座椅之下的一些空间可以布置一些高压附件等部件。

蓄电池布置在尾箱，高压附件布置在副驾座椅下要考虑维修等因素，布置原则见表3。

3 实施案例

采用以上方法和原理，目前已完成样车试制工作。基于样车，很多标定试验和研究有条不紊地开展。样车如图11所示。

4 结语

本文提出的跨平台混合动力车布置研究方案，可实现跨平台车型通用。重点从機舱布置、下车体布置、附件布置原理和方法入手，为混合动力汽车技术开发提供参考，能够缩短研发周期，降低开发成本，提高产品开发质量和水平。

参 考 文 献

[1]曹亮，于忠贵，马静，等.双积分管理办法实施情况研究[J].汽车实用技术，2020（23）：232-234.

[2]王望予.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，2017.

[3]王千亮.纯电动汽车关键零部件的布置研究[J].南方农机，2020（18）：84-85.

[4]陈家瑞，马天飞.汽车构造[M].北京：人民交通出版社，2005.

[5]刘攀，陈贺峰，罗文静，等.探究汽车总布置设计方法[J].内燃机与配件，2020（4）：7-8.

[6]黄天泽，黄金陵.汽车车身结构与设计[M].北京：机械工业出版社，1997.