陈 星Chen Xing
基于燃油车平台拓展纯电车型轮心高度调整分析
陈 星
Chen Xing
（东风汽车集团股份有限公司技术中心，湖北 武汉 430056）
探讨与轮心高度相关的各影响因素，基于某平台分析在沿用上装及前排人机、踵点边界的前提下，拓展纯电车型的轮心高度与基础车之间的关系，综合各项因素，确定轿车拓展纯电的轮心下移量，从而以最小的改动实现燃油车与纯电车型共平台同步开发。
平台；纯电动；轮心高度；布置
一般同平台下的轿车与SUV轮心高度不一样，轿车与SUV配备的轮胎尺寸大小也不相同，这些为传统燃油车开发平台拓展纯电车型带来了一定的困难和挑战。基于某燃油车平台，在沿用该平台上装、前排人机及踵点边界的前提下，分析拓展纯电车型的轮心高度与基础车之间的关系。
1 轮心高度影响分析
如图1所示，在传统燃油车基础上拓展纯电车型，需要在地板下布置尺寸尽可能大的电池包，且电池包向高度要尽可能小，布置位置尽可能靠上，建议电池包上表面距离踵点向高度大于等于35 mm。所述轮心高度是指轮心在整车参照坐标系下的坐标。
图1 地板下电池包布置
因为需要沿用基础车上装及前排人机，则地板需要适应电池包布置进行新设计，同时地面线需要下移，以保证电池包满载离地高度符合整车通过性要求[1]。
实现地面线下移一般有2种方式：
（1）轮心高度不变，采用直径更大的轮胎；
（2）轮胎规格不变，轮心下移。
在保证与基础车共用相同规格轮胎的基础上，轮心下移对平台的影响主要有以下几个方面。
1.1 影响动力总成布置
前驱车型的前轮心高度会影响动力总成布置。按照经验，动力总成差速器口中心点一般落在以轮心为原点，半径为25 mm圆形区域的第二象限内[2]，如图2所示。
图2 动力总成布置硬点
1.2 对传动轴的影响
轮心下移，动力总成位置跟随下移，在满足传动轴夹角的情况下，传动轴在各极限位置与悬架各部件的间隙需要校核和严加控制，一般要求至少大于等于15 mm；传动轴与轮边处间隙要求大于等于10 mm；如不满足以上要求，则需对轮心高度及动力总成硬点进行适当调整。
1.3 对碰撞性能的影响
轮心下移会导致机舱前纵梁相对地面被抬高，这对前碰撞及行人保护不利。为获得较好的前碰撞性能，一般设计前防撞梁中心点离地高度为450～550 mm，且机舱纵梁与防撞梁具有较好的传力连接结构。
1.4 对悬架的影响
轮心下移后，需对悬架在各状态下的偏频特性进行计算，前悬架偏频一般为1.1～1.5 Hz，根据整车及悬架参数进行计算，悬架偏频是影响乘坐舒适性最重要的参数之一，由于悬架质量分配系数通常并不等于1，导致前后悬架的振动存在一定的耦合，若前后悬架偏频严重不平衡，会使车辆通过障碍后长时间维持一定的纵向角振动，影响乘坐舒适性。根据汽车理论，乘用车要求前悬架偏频略低于后悬架 偏频[3]。
轮心下移会影响轮胎包络对车轮周边零部件的布置，需要一并校核和控制，带防滑链轮胎包络与周边间隙需大于等于3 mm，不带防滑链轮胎包络与周边间隙需大于等于10 mm。
因此，在沿用燃油车上装及前排人机的前提下，拓展纯电车型的轮心下移量需要综合平衡以上4项主要因素。
2 拓展纯电车型后轮心高度调整方案
该平台的规划车型均为前驱，轮心高度指轮心在整车坐标系下的向坐标。某燃油车平台的轿车及SUV车前轮参数见表1。
表1 某平台轿车及SUV的车轮参数
基于此平台燃油车轮心高度，分析拓展纯电车型对传统车轮心高度的影响，可以实现在燃油车开发的同时，完成纯电车型的同步开发，二者通用化率较好。
通过上述分析，拓展纯电车型的轮心调整方案为：
（1）纯电SUV整车各状态下轮心坐标及姿态可与燃油车保持一致；
（2）纯电轿车轮心位置需在传统燃油车基础上下移。
重点对轿车拓展为纯电动车后的轮心高度下移量进行定量分析。
2.1 满足满载离地要求
需要保证纯电轿车电池包满载离地高度大于等于110 mm，且电池包位置及地板与纯电SUV满足平台内通用；因此，纯电轿车轮心相对燃油车需要下移，下移量见表2。
表2 纯电轿车的轮心下移量计算 mm
通过调整弹簧及减振器刚度、阻尼实现轮心高度下移，悬架硬点总体上保持与传统燃油车一致。按照表2中数值校核的悬架满足偏频设计要求和底盘操控性能要求。
2.2 动力总成布置及传动轴校核
按照车轮的设计要求，轮心下移34 mm后，动力总成硬点向跟随下移18.5 mm。基于此硬点，传动轴极限位置与悬架间隙校核结果见表3。
表3 纯电轿车传动轴极限位置间隙校核
基于以上校核，轮心下移后的传动轴极限位置与悬架系统各零部件间隙整体偏小，不满足总布置要求。解决方案如下：
（1）轮心下移，托架也跟随下调，以此改变整套平台架构内的底盘硬点位置，更改代价太大，不可行；
（2）缩短轮跳行程，悬架舒适性让步，方案可行；
（3）在传动轴与托架最小间隙处做局部避让，会影响悬架NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动、声振粗糙度）性能，且托架内部空间仅11 mm，局部避让传动轴15 mm不可行；
（4）减少轮心下移量，同时动力总成硬点 上抬。
综上，选择方案（2）、方案（4）进行优化。
2.3 优化轮心下移量
基于下移后的轮心位置，绘制纯电轿车轮胎包络，参考基础车翼子板进行初步校核，设计状态轮心下移量最多减小10 mm，如图3所示，同时分析动力总成硬点上抬的可行性。
图3 轮心下移后的包络校核
优化后减小轮心下移量后的轮心坐标见表4，基于此，动力总成硬点向上抬22.1 mm。
表4 减小轮心下移量后的轮心坐标 mm
减小轮心下移量并上抬动力总成硬点后，校核的传动轴极限位置与悬架间隙校核结果见表5。
表5 优化后纯电轿车传动轴极限位置间隙校核
由表5可知，仅右半轴下跳极限位置的间隙不满足要求，将悬架下行程减小3 mm，此处间隙可达到15 mm，悬架舒适性可以接受，此方案可行。
综上分析，该轿车拓展纯电车型的最终轮心高度见表4，同时动力总成硬点需在向上抬22.1 mm，悬架下跳行程需减小3 mm。该方案经校核，满足最小离地间隙要求，同时，设计状态轮心下移26 mm后，前防撞梁中心点离地高度满足碰撞要求。
3 总 结
在传统燃油车平台基础上，最大限度地沿用上装、前排人机及踵点的情况下，给出了一种轮心调整技术路线，可以最大限度地沿用燃油车前围及三踏板、仪表、转向等系统零部件，做到与传统燃油车共平台、地板系列化，实现由单一能源平台向多能源模块化架构平台的演变。
[1]刘毅，章桐. 基于人机工程的微型电动物流车驾驶员H点布置区域研究[J]. 汽车实用技术，2017（10）：42-43，61.
[2]周厚建，柯江林，张光慧. 纯电动汽车关键零部件的布置研究[J]. 上海汽车，2016（3）：7-10.
[3]蓝贤清，贺继龄. 悬架K&C特性参数在车辆开发中的应用研究[J].汽车实用技术，2020，45(16):130-132，139.
2021-01-27
U463.34.02
A
10.14175/j.issn.1002-4581.2021.03.010
1002-4581（2021）03-0039-04
