低入口封閉式電動物流車設計

摘要：針對城市用純電動物流車配送作業頻繁上下車裝卸貨的特點，設計一款新型的低入口封閉式物流運輸車，在滿足整車尺寸符合法規的前提下，前懸相對較長，以便于能夠設計人機評價較好的一級上車踏步以及較寬的滑動門，有效降低駕駛員的上下車舒適性及勞動強度。

關鍵詞：低入口；純電動封閉式貨車；桁架結構

中圖分類號：U462 收稿日期：2023-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.013

1 前言

隨著城市電動物流車滲透率越來越高，貨車司機緊缺已經成為物流運輸行業的常態。城市內的電動物流貨車司機不僅需要駕駛車輛，還需扮演裝卸工的角色。勞動強度大也成為年輕人不愿從事貨運司機的一個重要因素。為此，本文設計一種低入口封閉式電動物流運輸車，旨在降低司機的勞動作業強度，提升運營效率，為城市電動物流運輸行業提供一種新型的解決方案。

2 整車定位

區別于主流廂式物流運輸車，設計中低入口封閉式電動物流運輸車定位于城市用4.5 t純電動全封閉式物流運輸，整車底盤采用桁架結構，半承載車身結構，車身與貨廂全封閉設計，主要面向“4.2 m”電動廂貨市場。

通過前期的法規及市場研究，確定整車基本指標如表1所示。

3 低入口封閉式電動物流車設計

3.1 整車及貨廂關鍵尺寸

3.1.1 駕駛室長度及貨廂長度

4.5 t車型限長6 m，整車長=駕駛室長度+駕駛室隔離板+貨箱內長+貨箱門厚。考慮駕駛室內的人機校核，結合貨廂競爭力，駕駛室設計為單排，駕駛室寬度1 600 mm，貨廂內長確定4 250 mm，整車長度尺寸鏈示意圖如圖1所示。

3.1.2 駕駛室及貨廂寬度

封閉式貨車駕駛室（整車）寬度與貨廂內寬強關聯，通過標準周轉箱（600×400 mm）擺放空間校核如圖2所示，結合輕型廂貨主流貨廂內寬，以及駕駛室寬度人機校核如圖3所示，貨廂內寬設計確定為2 050 mm，單側貨廂壁厚75 mm，駕駛室寬度及貨廂外寬定義為2 200 mm。

3.1.3 駕駛室及貨廂高度

封閉式貨車駕駛室高度與貨廂內高關聯，根據主流貨廂內高，結合周轉箱規格擺放高度（層高）校核，見表2。考慮貨廂造型過渡圓角，廂高定義為2 150 mm，以地板作為駕駛室零面，根據高度尺寸鏈計算，如圖4所示，駕駛室高度確定為2 650 mm。

3.1.4 前懸長度及關聯尺寸

低入口車型應以上車便利性（地板離地高度）與上車通過性（門寬）為優先原則，將駕駛室內的駕駛室員/座椅/地板作為剛體放入整車坐標系，其整體與輪胎包絡進行動態校核，如圖5所示。通過運動分析，地板離地高度受座椅與輪胎包絡間距約束，離地越低，前懸越長，接近角越小，門寬越寬；同時接近角又受限于大燈布置，因此前懸校核邊界確定。

結合地板離地高度及接近角校核，記錄結果如表3所示，綜合營運工況（市內用車如公交接近角≥10°），整車空/滿載接近角最小值12°/10.4°，因此低入口封閉式電動物流運輸車定義地板離地高度530 mm，前懸1 830 mm，考慮人機，門寬尺寸范圍內最大通過性最好，預留門框結構尺寸，電動外擺門內寬定義為900 mm。

3.1.5 軸距及后懸

根據車長與前懸長度，通過布置空間（主要為電池及冷卻系統X向尺寸占用）校核，布置空間如圖6所示，結合軸荷、制動點頭角等因素進行分析結果記錄如表4所示，定義整車軸距為2 800 mm，后懸長度為1 315 mm。

3.2 關鍵系統及總成設計

3.2.1 車架

車架采用桁架結構[1]，考慮6系鋁合金型材桁架結構、750 L高強鋼型材與6系鋁合金型材復合桁架結構、750 L高強鋼型材桁架結構三個方案。6系鋁合金型材桁架結構需采用全焊接工藝，三段式分段摩擦焊接，工藝相對復雜。因中間框架作為電池承載結構，如需滿足完全剛度，需增加該空間內的材料使用，材料成本較高。750 L高強鋼焊接，鋁合金與高強鋼型材需通過鑄鋁連接件進行螺栓緊固連接，鑄鋁連接件生產制造成本高、重量增加，且存在電化學腐蝕問題。750 L高強鋼型材桁架結構在滿足承載的前提下，重量最輕，且材料成本低，加工工藝簡單。考慮工藝、重量、成本、改裝適應性等因素，經過車架CAE分析，車型采用高強鋼型材桁架結構為最佳方案，如圖7所示。

3.2.2 動力系統

動力總成系統采用中央電驅動橋，通過Alv Cruise建立整車模型，以中國工況中的城市市郊工況為路譜，對150 kW電機+單擋減速器、雙75 kW雙電機直驅方案、150 kW+2擋AMT電驅動器橋進行分析并記錄動力性及經濟性指標，如表5所示。通過對比分析150 kW+2擋電驅動橋方案在車速及能耗方面最優；雙75 kW電機直驅方案，通過電機高低速標定實現電機經濟區最優耦合，可有效實現動力的連續輸出且在加速性能方面具備優勢；150 kW+單擋驅動電機，通過減速器速比增扭，可實現最大的爬坡性能。具體采用哪種電驅動橋方案可根據不同應用場景結合車輛重量、成本指標綜合考慮做出選擇。

3.2.3 動力電池系統

動力電池系統在整車的重量及成本中占比最高，主流電動物流車方案有80 kW、100 kW兩種規格，續駛里程分別可滿足150 km與200 km。桁架車架中間框架設計兩層，兼容裝載2塊或4輕卡標準箱，具體應根據整車重量及成本指標，結合應用場景續駛里程要求確定動力電池方案，表6所示為某品牌建議電池方案。

3.2.4 冷卻系統

結合低入口封閉式電動物流運輸車駕駛室空間容積及驅動系統散熱功率需求，采用單風扇集成冷卻系統，滿足駕乘舒適性與散熱需求。

3.2.5 制動系統

結合車輛制動性能要求及安全性，建議采用雙回路氣壓制動系統。

3.2.6 轉向系統

相比傳統縱置轉向及布置方式，低地板車型高度方向上對轉向系統布置空間的影響，結合轉向系統與懸架運動干涉校核，整車寬度及上車踏步的布置空間；轉向操縱傳動力矩波動等因素，低入口封閉式電動物流運輸車采用電動轉向器臥式布置方案，中間通過一個角傳動器進行連接，一端與轉向操縱系統連接，另一端通過一個轉向傳動軸與轉向器相連，實現轉向受力及助力的機械傳動，結構示意如圖8所示。

3.2.7 懸架系統

考慮軸荷、整車高度定義，結合重量及成本考慮，通過多方案選型，前懸架采用1 350 mm長、70 mm寬，3片板簧懸架；前懸架采用1 350 mm長、70 mm寬，2+1片板簧懸架。懸架選型方案如表7所示。

3.2.8 傳動系統

考慮軸荷、重量、成本，轉向軸采用2 t轉向軸，驅動橋采用3.5 t電驅動橋，輪胎采用6.50 R16 12PR，匹配5.5F-16鋼制輪輞。

3.2.9 車身及貨廂

車身采用鋁合金骨架蒙皮結構，外觀如圖9所示。車身主骨架采用6系擠壓鋁型材，蒙皮與主骨架通過拉鉚工藝進行固定連接，車身主骨架通過鑄鋁連接件、加強支架等過渡連接件與車架桁架結構型材進行螺栓連接[2]。駕駛室副駕采用電動外擺門，門寬900 mm，滿載地板離地高度530 mm，踏步離地高度300 mm。車身保險杠處做斜切角設計，滿足滿載≥10°接近角要求。貨廂采用蜂窩板，實現貨廂輕量化設計。

4 低入口封閉式電動物流車總布置方案

根據各系統選型，確定整車總布置方案，整車總布置方案如圖10所示。車架中段采用分層設計，可兼容多種電量箱體組合，車架箱體中置于框架內，兩側預留高壓線束折彎空間；左側板簧支架外側布置24 V/12 V低壓蓄電池與空調壓縮機。車架前段左側布置角傳統器、傳動桿、臥式電動轉向機，前端布置2個儲氣筒。車架后段左側布置電動空壓機、空氣濾清器及消音器、充電插座；中間布置五合一控制器與BMS，冷卻系統側置于右側。

該布置方案綜合考慮了以下因素：

a.整車軸荷及左右側輪荷平衡。

b.常維修保養件及易損件的開閉件設計。

c.高低壓線束的空間分割及固定。

d.結合整車各部位碰撞概率，高壓器件均布置于內側，碰撞概率相對較低。

5 結語

低入口封閉式電動物流運輸車是以“人機”為核心展開設計的全新電動物流車產品，總體圍繞低入口帶來的進入及通過便利性，在車輛設計層面打破原有設計框架，帶來新的思考與探索。本文通過低入口封閉式電動物流車設計研究，希望為城市電動物流運輸提供一種全新的產品，為電動物流運輸車司機帶來新的駕乘體驗。

參考文獻：

[1]王成昆，王東旭.新型電動輕卡底盤車架設計[J].汽車實用技術，2019（18）：1-5.

[2]侯晨磊.半承載式車身客車制造工藝的研究與創新[J].機電技術，2013（1）：65-66.

作者簡介：

楊輝，男，1989年生，工程師，研究方向為新能源商用車設計。