解放坤程CA1021PU2型电动皮卡车总体设计

王　翔，王文水（.同济大学汽车学院，上海　0804；.一汽通用轻型商用汽车有限公司，吉林 长春　30033）



解放坤程CA1021PU2型电动皮卡车总体设计

王翔1，王文水2
（1.同济大学汽车学院，上海201804；2.一汽通用轻型商用汽车有限公司，吉林 长春130033）

摘要：当前，电动汽车是汽车行业重要的发展方向，而国产电动汽车还处在起步阶段，电动皮卡车的开发项目还仍然鲜有案例。一汽通用轻型商用汽车有限公司与一汽新能源汽车分公司设计并试制开发了第一轮CA1021PU2型电动轻型载货汽车。由于电驱动系统与传统车型相比技术要求有很大不同，本文则重点围绕电驱动系统的选择及布置过程进行论述，简要介绍整车的总体设计思想。

关键词：皮卡；电动汽车；设计

近年来，我国电动汽车市场需求与发展迅速，而目前我国现有的皮卡车型还没有相关成熟产品推出，但在国外，美国通用汽车在10年前就已经试制出S10雪弗兰皮卡车。考虑到我国今后对城市污染排放要求越来越严格，新能源多功能用车将成为今后发展方向，经过我公司市场调查，电动皮卡车将是同城物流的主流车型之一。为此，一汽通用轻型商用汽车有限公司在CA1021PU2E4轻型载货汽车基础上，换装电驱动系统，重新设计开发出CA1021PU2型电动轻型载货汽车。

1　主要总成的匹配

1.1电动机

电动机因其本身特性与内燃机不同，所以在匹配上与内燃机匹配有很大区别，但对于车辆的动力性要求与传统车相同，所以我们继续从最高车速、最大爬坡度和0—100km加速时间这3个指标进行匹配。考虑到目前我国公路运输条件的不断改善以及出口的需要，希望该车最高车速不低于110 km／h。若要满足整车最高车速的要求，通过下面的公式可以估算出电动机必须具备的最大有效功率：

式中：ηt——传动系数；f——滚动阻力系数；CD——空气阻力系数；A——汽车迎风面积，m2；Ga——汽车总质量，N；Vmax——汽车行驶最高车速，km／h。

代入相应数值，可算得P′emax=61.67kW。如果考虑附件消耗的功率 （约为有效功率的25%）［2］，则可知发动机所应具备的最大功率Pemax=1.25P′emax=72.81kW。因此，我们选择了75kW的永磁同步电机。

一般来说，为了满足整车动力性的要求，希望电动机的最大输出扭矩大些，而低速大扭矩是电动机本身所具有的特点，因此，增大扭矩特性对电动机来说是容易满足的。但还必须考虑到整车传动系所能承受的能力，兼顾两者因素，取电动机的最大扭矩Memax= 220 Nm。针对电机功率扭矩需求与机舱总布置限制，电机与电机控制器采用集成强制水冷设计。

1.2传动系

对于纯电动汽车，为了平衡电机系统工作范围，提高整车性能，我们提出2个技术组件 （变速器与电机）匹配，结合传统车所用离合器，构成手动变速纯

1.2.1整车基本参数

整车基本参数对于2种方案相同，轮胎滚动半径0.341 m，机械传动效率0.9，空气阻力系数0.4，迎风面积2m2，滚动阻力系数0.02，满载质量2455kg。

假设选定的驱动电机参数对于2种方案也都是相同的 （额定功率35kW，峰值功率75kW）。

1.2.2传动系传动比的比较

1）使用单一传动比的电动汽车的动力性能为了兼顾最高车速和最大爬坡度，单一传动比确定为11.3。其动力与阻力平衡图如图1所示。

图1　　采用单级减速器整车驱动力平衡曲线

由图1可见，最高车速只能达到65km／h，最大爬坡度不能达到30%。若要提高动力性能，不得不将电机功率加大到峰值140 kW，将电机转速提高到10 000 r／min。带来的弊病是电池放电功率相应要提高，减速器齿轮和润滑性能要提高，还要认真研究倒档时减速器输入轴反转带来的意料之外的影响。

2）使用5档传动比的电动轿车的动力性能5档手动变速器选用JK72变速器，其传动比见表1。

表1　JK72变速器速比

经过计算和实测，配置5档手动变速器的电动汽车动力性如图2所示。最高车速可以达到150 km／h，最大爬坡度超过30%，整车动力系统覆盖范围均匀，更能发挥电机最佳工作区间，这对增加电机系统实际效率、提高整车续驶里程都起到了非常重要的作用。5档变速器为现有传统车使用部件，整车匹配技术成熟，批量产品的成本优势明显。

根据计算结果我们采用了5速手动变速器方案，并以此开发首轮样车并形成了动力总成数模，如图3所示。

图2　　采用多档变速器整车驱动力平衡曲线

图3　　皮卡动力总成图

1.3动力电池

根据整车使用环境与现有技术条件，确定整车续驶里程为80km，以此开发电池系统。新开发电池箱底盘布置方案具体性能：三维尺寸875×318×416，电池容量～22.95kWh，系统电压～345.6V，电池质量～300kg，单体类型3.6V／2.1Ah，组件类型33P（3.6V／69.3Ah），组件数量24×4串，风冷，SOC范围20%～90%。

针对皮卡车型非承载式车身特点，将电池布置在原燃油箱位置，并采用IP67防护等级，重新开发电池箱，采用成熟电池组件，匹配开发电池管理系统。

2　附件匹配

根据电动车本身特点，对该车型动力转向机构、制动助力机构和空调系统进行了全新开发。

2.1转向助力系统

转向助力系统沿用原车转向柱及转向机，采用客车用电动液压助力转向方案，仅更改液压助力系统，以保证可靠性。表2为皮卡EV电动液压助力机组参数。图4为皮卡EV转向系统方案。

表2　　皮卡EV电动液压助力机组参数

2.2制动助力系统

制动助力系统沿用原车制动真空助力器带主缸总成、驻车制动系统、制动油管及感载比例阀系统，匹配成熟的电动真空泵及真空度传感器、真空罐总成，重新设计制动真空管路。如图5所示。

图4　皮卡EV转向系统方案

图5　　皮卡EV制动真空助力系统方案

2.3空调系统

在本轮开发中采用手动空调系统，以原车空调系统为基础，制热新增采用PTC，制冷采用电动空调压缩机，重新设计空调管路。如图6所示。

图6　　皮卡EV空调系统方案

加热模式下，根据皮卡原车空调风量420 m3／h，PTC功率4kW能够满足制热要求，控制方式采用继电器_PTC控制方式，手动控制。

制冷模式，根据原车压缩机参数及鼓风机参数，计算得出原车空调压缩机排量范围介于23.7～29.6 cm3之间，目前现有压缩机 （排量27cm3）满足此排量范围。

3　主要性能参数计算及技术设计

3.1性能计算结果

通过对上述总成的匹配，我们对此车型动力性与经济性进行了计算与分析。其中最高车速150km／h，最大爬坡度＞30%，1—100km加速时间15s，80km／h续驶里程80km。具体数据如表3所示。

3.2技术设计

进入技术设计阶段，对电动车相关系统进行了布置，如电动机在整车上位置、电动机悬置、动力电池、冷却系统、动力电缆、动力转向和制动系统等。机舱布置图如图7所示。

表3　　皮卡EV功率与续驶里程计算

图7　　皮卡EV机舱布置图

4　结论

CA1021PU2型皮卡各项指标符合设计要求，可以采用本文技术方案开始试制工作，第1轮试制成功的样车已通过一汽专家评审会的评审。

采用多级变速器与电机进行匹配，可以优化电机工作区间，整车动力性、经济性匹配可以做到最优。

目前采用手动5档变速器，通过了各项性能测试，是一种可行的低成本技术方案。电动皮卡未来值得研究的方向也可以根据整车产业化规划，如开发专用变速器，可以采用3速AMT变速器匹配电机，做到整车动力性、经济性与舒适性的最佳组合。

参考文献：

［1]余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2000：57.

［2]宋春丽.解放牌CA1120PK1L2型载货汽车总体设计［J］.汽车技术，2000（1）：10-24.

（编辑杨景）

中图分类号：U469.72

文献标识码：A

文章编号：1003－8639（2016）01－0001－03

收稿日期：2015-06-02；修回日期：2015-07-01

作者简介：王翔 （1982-），男，硕士，动力总成室主管；王文水，男，总监助理。电动动力总成。第2个是使用单级减速器形成电机驱动系统方案。对此我们进行了动力系统匹配计算，对2个方案进行了对比。

Overall Design of JIEFANG KUNCHENG CA1021PU2 Electric Pickup

WANG Xiang1，WANG Wen-shui2
（1.College of Automobile，Tongji University，Shanghai 201804，China；2.FAWGM Light Commercial Vehicle Co.，Ltd.，Jilin 130033，China）

Abstract：An electric pickup CA1021PU2 is designed and developed by FAWGM and FAW New Energy Vehicle Branch.The selection and layout of its electric driving system are emphasized and the design thought of the vehicle is briefly introduced.

Key words：pickup；EV；design