XML6125 J EV纯电动城市客车中置后驱底盘设计开发

曾志俊

（厦门金龙旅行车有限公司，福建厦门　361022）



XML6125 J EV纯电动城市客车中置后驱底盘设计开发

曾志俊

（厦门金龙旅行车有限公司，福建厦门361022）

摘要：介绍XML6125JEV纯电动客车研发背景、电池电机布置情况、主要参数、底盘主要部件配置及计算、轴荷分配的类比计算方法，并对整车最小转弯半径进行校核计算。

关键词：纯电动客车；主要参数；中置后驱；底盘设计

纯电动城市客车以其低能耗、零污染的优势，近年来得到了很大的推广。依托国家的政策支持，各大汽车生产企业积极开发新能源汽车产品。金旅公司在新能源汽车领域投入大量研究，在市场上也有许多成熟、可靠的产品，并不断根据积累的经验和客户反馈优化开发新产品。XML6125JEV就是在这样的背景下开发出来的一款驱动电机中置、电池组独立整体布置的纯电动城市客车。该车长×宽×高11 980 mm×2 540 mm×3 300 mm；前悬/轴距/后悬2 650 mm/ 6 430 mm/2 900 mm；前轮距/后轮距2 096 mm/1 860 mm；整备质量13 100 kg；总质量18 000 kg。

1　整体布置及配置方案

1.1电池及电机布置

目前，市场上大型纯电动城市客车仍多采用后置后驱的布置型式[1-2]。采用此类布置型式，驱动电机布置在相当于传统车型变速器的位置。当前，主流车用驱动电机散热主要采用水冷方式，必然在使管路合理化的前提下，在电机周边尽可能小的范围内布置水箱散热器及电机控制器等设备。为使轴荷分配合理化，储能电池组能够布置的空间比较有限，现行通用的做法是将电池组布置于车顶和前中段底架上。考虑到车厢内的乘坐空间最大化，储能电池组只能够布置于车顶和中段底架上，但是这两个位置仍有不足之处。

1）电池布置于中段底架上，因中段地板为乘客区，离地间隙有限，底架以下不可能布置。只有在中段地板区域，做踏步台阶并抬高座椅高度位置，才能满足储能电池布置空间。同时，由于台阶高度需满足相关法规要求[3]，因此必然导致储能电池装配空间紧张。更重要的是，底架上的储能电池需要重点考虑车辆涉水深度，因此，对整个储能电池舱的密封性有很高的要求。

2）电池布置于车顶上，夏日暴晒温度极高；冬日寒冷温度低都将影响电池工作效率，为此需要增加空调制冷管路或通风管道，保持合适温度（夏天降温、冬日保温）。

3）电池布置于车顶上，会大大提升车辆重心高度，安全性受到很大影响，顶骨架及侧围骨架的强度要求也更高。同时，车顶对于日常运营检查、售后维修极其不便。

为解决上述问题，放置储能电池的最好位置是车厢内最后部，但是电池提供的是高压电源，为安全起见，最好又能同乘客区隔离开来。整体独立布置，便于电池拆装日常保养、检修，但随之而来的问题是整车轴荷分配问题，储能电池+驱动电机+控制设备+水箱等部件必将使后桥的轴荷大大地增加，造成整车姿态前轻后重，对车辆高速行驶造成不稳定、不安全的隐患。根据现有的设计思路，大胆将驱动电机及附件设备尽可能移到后桥前面来增加前桥的轴荷，底盘布置形式采用中置后驱的方案，如图1所示。

图1　　fgdfgdfXML6125JEV电动客车电池电机布置图

1.2底盘主要部件配置

1）方盛前桥。型号：JY30FS7BP6；7.5 T大落差门式、整体锻造式前轴，盘式制动器；前轮外倾角0°；主销后倾角3.5°；前束：无内胎子午线胎为0～2 mm；转向节臂半径为308 mm。

2）方盛后桥。型号：JY24ST8；13 t额定载荷，新能源进口主减，允许最大输入扭矩43 000 N·m，盘式制动器；速比6.14。因为电机中置，需尽量压低中门后底盘高度，使中门后踏步台阶满足相应法规要求，取消了驱动电机顶部控制盒，并将后桥主减速器的输入角度调为4°。

3）悬架及转向、制动系统。悬架系统采用中国公路空气悬架，前2后4气囊，双向作用筒式减振器，带后桥横向稳定杆；动力转向系统采用电液助力转向结构，动力源为电动助力转向泵；替代传统内燃机驱动的转向助力泵；制动系统动力源采用电车专用滑片式电动空压机[4]。

1.3纯电系统主要部件参数

1）电机参数。额定功率/转速110 kW/ 887（r/min）；额定扭矩/转速1 184 N·m/ 887（r/min）；峰值功率/转速200 kW/ 887（r/min）；峰值扭矩/转速2 150 N·m/ 887 （r/min）；总质量660 kg。

2）电池参数。单体3.2 V，电池组76.8 V，总电压537.6 V，总质量2 000 kg，容量214 A·h，电池标准放电功率115.05 kW（额定电压537.6 V，电流214 A）。

2　设计计算

2.1轴荷分布计算

整车轴荷计算的常规方法：将整车分为底盘、车身、空调三大重量系统[5-6]。然后分别独立计算，最终将各部分质量、质心位置分别求出，再叠加进行计算。此方法计算复杂，计算量也较大。由于很多部件质量和质心位置无法准确给出，导致最终计算误差较大。这里根据金旅公司现有的车型，采用相同米段车型，选择相同配置和结构进行整车轴荷类比计算。XML6125JEV纯电动城市客车是在老款12 m电动客车平台的基础上进行优化开发设计的，主要区别在于底盘及纯电系统部件的布置位置不同，轴距和后悬尺寸也不同。其他配置状态均一致。

表1为基础车型整车过线参数，随机抽取3辆相似配置订单，将最终平均数据作为新款轴荷计算的基础数据。

表1　老款纯电动城市客车车型过线参数

由表1基础数据可以计算出老款车型的质心与前轴中心的距离：

L1=3 891.97 mm；L=5 980 mm。接下来计算质量m1=2 000 kg电池及支架（以下简称电池模块）和质量约为m2=760 kg的驱动电机及电机控制、冷却附件（以下简称电机模块）。按照新位置进行布置时轴荷分布的变化，零部件的质心到前轴的距离按图2实际位置测量进行计算。为了计算简便，建立数学模型，将重物由A点移动至A'点对整车轴荷的影响。

图2　客车模型受力情况图

计算过程分两步：第一步将电池模块从整车中A点除去，前后轴荷变化多少；第二步将电池模块重新放置于位置A'，整车轴荷数据又变化多少。

由图2对前轮接地点取力矩得式中：Fr'为去除电池模块后，地面对后轮的法向作用力；G1为老款车型的总重力；L为轴距；L1'为去除电池模块后，整车质心距离前轴的距离。

同样，由图2对后轮接地点取力矩得式中：Ff'为去除电池模块后，地面对前轮的法向作用力；去除电池模块重量前，重力对前轴产生的力矩实际上由两部分组成：式中：L1即为去除电池模块后，整车质心至前轴的距离L1=（G1-m1gL2）（/G1-m1g），故到此可以顺利地求出Ff'、Fr'的大小。

将电池模块放置于新位置A'，同样对前轮接地点取力矩得

根据静态受力分析，竖直方向受力平衡，故竖直方向合力∑Fz=0，即有

根据以上计算模型，可分别计算出电池模块、驱动电机模块移动对轴荷变化的影响。表2为计算结果。

表2　计算过程结果汇总表

根据计算结果可以得知，前轴荷分配率为25.05%，小于通常设计的经验要求30%。考虑到公交行驶速度较低，经常高负荷运行等其他因素，最终决定对轴荷分配再次优化，增加轴距缩短后悬。轴距的调整对整车质心的位置会产生影响，但涉及的因素较多，计算较为复杂。而且此处只需验证计算，无需得到实际质心距离前轴尺寸，故忽略轴距调整对质心的影响，认为质心离前轴距离不变。同样以前轮接地点取力矩得式中：L1'为整车质心至前轴的距离；Fr'为轴距调整后、后轴地面对整车的支撑力；L' =6 430为新的轴距；结果Fr'=9 038.67 N，则前桥轴荷分配率为30.29%，满足设计[7-8]。

2.2转弯半径计算

轴距的调整对于整车转向通道圆有较大影响，故还需要对最小转弯半径进行校核。最小转弯半径是指汽车在转向轮处于最大转角的条件下，以低速转弯时，前外轮与底盘接触点的轨迹构成圆周的半径。汽车的最小转弯半径Rmin与其内、外转向轮在最大转角θimax与θomax、轴距L、主销距K及转向轮转臂a等尺寸有关[9-10]。

图3　理想的内、外转向轮转角关系

方盛7.5 T门式前桥，理论设计最大外转角能够达到40°。但实际在整车调试过程中，这个值基本只能做到36°，据此计算可得Rmin=11 247.37 mm＜12 500 mm，故满足文献[11]中的法规要求。

2.3实车过线参数验证

试制样车和后续批量订单整车过线参数显示，XML6125JEV纯电动城市客车平均整备质量为13 083 kg，前轴荷平均4 155.27 kg，前桥轴荷分配率为31.76%。考虑到设备测量和人工操作的误差原因，与上述计算结果相符，满足要求。

根据公式

3　结束语

XML6125JEV纯电动城市客车于2013年11月投入市场，用户体验、反映很好。售价低于同类型车型纯电动城市客车，具有很强的市场竞争力。某城市公交系统已批量采购，取得了良好的社会和经济效益。

参考文献：

[1]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2]王望予.汽车设计[M]. 4版.北京：机械工业出版社，2004.8.

[3]GB 13094-2007，客车结构安全要求[S].北京：中国标准出版社，2007.

[4]霍新强.SWb6106EV8纯电动客车总体设计与分析[J].客车技术与研究，2014，36（3）：26-29.

[5] GB 1589-2004，道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量极限[S].北京：中国标准出版社，2004.

[6]余志生.汽车理论[M]. 5版.北京：机械工业出版社，2010.5.

3　结束语

变速器作为传动系统的重要组成部分，对整车性能以及驾驶员的舒适性有着重要的作用。因此，选型时进行的整车动力性计算和围绕选换档进行的计算非常有必要。前者是为了车辆性能要达到设计要求，后者则是为驾驶员提供最大的舒适性。变速器的操纵机构支架设计则要充分考虑受力情况，强度的保证使得操纵机构寿命更长，系统工作稳定性更佳。

[1]汪卫东，胡志梅.国外大型客车产品技术特点综述[J].交通世界，2005，（01B）：34-37.

[2]王兴斌.中国旅游客源国[M].北京：旅游教育出版社，2006.

[3]Ryan，盖世汽车资讯[DB/OL].（2013-07-15）[2015-3-16]. http：//auto.gasgoo.com/News/2013/07/1312253025306023573 9218.shtml

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修改稿日期：2015-04-16

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[9]张洪欣.汽车设计[M].北京：机械工业出版社，1989.

[10]胡骅，宋慧.电动汽车[M].北京：北京理工大学出版社，2005.8.

[11]GB 7258-2012，机动车运行安全技术条件[S].北京：中国标准出版社，2012.

修改稿日期：2015-09-21

Design and Development on Mid-mounted and Rear-drive Chassis for
XML6125JEV Pure Electric Bus

Zeng Zhijun
（Xiamen Golden Dragon Bus Co., Ltd, Xiamen 361022, China）

Abstract：This paper introduces the development background of XML6125JEV pure electric bus, the batteries and motor arrangements, main parameters, the main components configuration and the analogy calculation method of the computingaxle load distribution, and checks the minimumturningradius ofthe vehicle.

Key words:pure electric bus; main parameter; mid-mounted and rear-driven; chassis design

作者简介：曾志俊（1986-），男，底盘工程师；研究方向：城市客车底盘总布置。

中图分类号：U469.7；U463.1

文献标志码：B

文章编号：1006-3331（2016）01-0014-03