淺談汽車行業整車產品設計開發流程

江培應

摘 要：整車技術方案的制定是整車開發的基礎，決定著整車各系統的開發難度、整車各項性能的優劣、整車開發成本的高低，生產設備改造投資的多少等。文章重點從整車開發角度出發，以性能開發為前提，綜合考慮技術難度、成本控制、開發周期、生產工藝等方面，對后續電動汽車的整車開發具有較強的實用參考價值。

關鍵詞：汽車行業;整車產品;設計

1 電機和電池選型

1.1 電機選型

1.1.1 電機類型選擇

從電動汽車的使用工況分析，要求其驅動電機能夠適應頻繁的啟動/停車、加速/減速工況，并要求在啟動、低速行駛和爬坡時具有較大的驅動扭矩，高速行駛時具有恒功率特性，同時具有較寬的調速范圍，以滿足整車動力性和經濟性要求。目前市場上純電動汽車所搭載的電機大多采用永磁同步電機。從電機特性來看，永磁同步電機具有體積小、質量輕等優點，在有效減小機艙布置空間的同時，能夠減輕整車質量，對提高整車動力性和經濟性、增加整車續駛里程具有重要意義。隨著永磁同步電機的發展及廣泛應用，其研發和使用成本也將不斷降低，所以永磁同步電機正逐漸成為純電動汽車的主流電機之一。

1.1.2 電機參數匹配

電動汽車驅動電機的參數主要包括峰值功率、額定功率、最高轉速和額定轉速。驅動電機的功率直接影響著整車的動力性能，整車的動力性主要體現在整車的最高車速、爬坡性能和加速性能三方面。所以，通常從最高車速、最大爬坡度以及加速時間來確定電機的最大功率。通常電動汽車最高車速為驅動電機最高轉速的90%～95%，所以可依據整車定義的最高車速，初步選擇驅動電機的最高轉速。驅動電機最高轉速與額定轉速的比值稱為電機的擴大功率區系數β，隨β值的增大，驅動電機可在低轉速區獲得較大的扭矩，有利于提高整車的加速性能和爬坡性能，但β過大，會導致驅動電機的工作電流過大，從而增大電機逆變器的功率損耗和結構尺寸，因此，β值一般取2～3。由此，可初步計算驅動電機的額定轉速范圍。

1.2 電池選型

1.2.1 電池類型選擇

動力電池作為純電動汽車的唯一動力源，其性能直接影響著整車的動力性及續駛里程。目前，市場上應用于電動汽車的電池類型主要有：鋁酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鐵電池等。其中鋰離子電池以其能量密度大、單體額定電壓高、充放電效率高、高低溫適應性強、故障率小、自放電率小等優點得到純電動汽車的廣泛應用。

1.2.2 電池參數匹配

純電動汽車電池參數匹配主要包括動力電池組電壓和能量的匹配。動力電池組電壓等級需與驅動電機的電壓等級一致，且滿足驅動電機電壓范圍的變化，同時，由于電動汽車上其他用電設備如電動空調、電動真空泵、DC-DC、電動助力轉向等附件的功率消耗，因此，動力電池組總電壓應高于驅動電機額定電壓。由續駛里程設計值，可初步推算出動力電池組的能量。電動汽車在不同工況下，單位行駛里程所消耗的能量差別很大，難以用統一的計算公式進行計算，可用試驗方法求取。

2 底盤系統調整

電動汽車整車整備質量比同級別傳統燃油汽車質量要重數百千克，為保證整車姿態、懸架承載能力、操縱穩定性能和制動性能，需對底盤懸架系統、制動系統以及轉向系統進行適應性匹配。以某車型為例來闡述底盤系統的適應性調整。當整車各系統布置方案確定后，整車空載前后軸荷分別增加150kg和200kg，為滿足整車車身姿態以及懸架承載能力的要求，需對前后懸架的螺旋彈簧進行剛度匹配設計、前后減震器阻尼重新匹配、前后輪轂軸荷進行加強設計、后橫梁重新設計。由于整車質量及前后軸荷的變化較大，制動主缸帶真空助力器總成需要調整，后制動鉗體模塊需要重新匹配。同時新增真空泵、真空罐及支架等，ABS/ESP重新匹配標定。由于前軸荷變化較大，需對EPS電機進行適應性匹配設計。

3 下車身結構調整

電動汽車車身結構的調整主要考慮動力電池布置安裝、碰撞安全以及輕量化設計等方面。傳統車改制的電動汽車，動力電池箱一般布置在地板下，地板結構調整應適應動力電池箱的布置和安裝。動力電池質量達數百千克，所以需對車身安裝結構進行強化設計，以保證動力電池安裝的牢固性和車身安裝部位的疲勞耐久性。另外，為提高動力電池容量，需盡量增大動力電池的布置空間，這就要求地板下動力電池安裝邊梁應盡量往地板兩側布置，加大動力電池Y向布置空間。從碰撞安全性角度考慮，在正面碰撞時，從機艙傳遞的碰撞力需通過地板縱梁向后傳遞，但是電動汽車地板下為給動力電池箱讓出空間，地板傳力縱梁向車身兩側布置，導致機艙縱梁與地板傳力縱梁的Y向間距較大，同時由于在傳統車基礎上改制，機艙縱梁與地板縱梁Z向距離也在200mm以上，這就導致在正面碰撞時，碰撞力不能很好地按照傳力路徑進行傳遞。基于以上考慮，在地板結構調整時需考慮至少解決1個方向上的間距過大問題，保證力的有效傳遞。在側碰時，為盡量減小動力電池在碰撞時的受擠壓變形，需考慮加強門檻梁結構以及座椅安裝橫梁結構設計。

4 結語

純電動汽車控制系統具有較好的市場前景，并且有其一套完整的控制系統。作為純電動汽車控制系統的核心，整車控制器具有協調各個子系統的作用，在配合整車控制策略的同時可以更好地發揮其功能，從而使純電動汽車能夠正常行車。

參考文獻：

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