纯电动轻型客车传动及行驶系统布置方案

周荣炜

(厦门金龙旅行车有限公司，福建厦门 361006)

本文在传统燃油轻型客车车型原有的车身及底盘构架下，对改为纯电动车型进行适应性布置，介绍传动及行驶系统的各种布置方案，并对电池空间、传动效率、平顺性、通过性、维修性、集成度、改制成本等方面进行比较，选择最合适的方案［1－4］。

1 布置方案及优缺点

1.1 前置后驱或中置后驱布置

方案A，沿用传统燃油车的前置后驱或中置后驱布置方式，将燃油车的发动机及变速机构替换成电机，悬架及车桥布置不做变动。此方案改动简单，设计周期短［5］，但传动效率低，使用电机体积过大，成本高，电池布置不方便，续驶里程短。

方案B，根据扭矩计算公式，通过增加减速器，可选择低扭矩、高转速的小型电机，动力由电机输出，通过减速器后由传动轴传递至后桥半轴上［6］。此方案使得电机成本大大降低，但依然没有解决传动效率低及电池空间不足的问题。

1.2 后置后驱、驱动承载一体、电机偏置

方案C，为增加电池空间选择后置后驱方案，同时选用小电机大速比传动系统。如图1所示，电池布置空间大，电池形状规则，开发制造成本低。

图1 后置后驱布置

此方案采用电机偏置式布置，减速器采用三轴两级的圆柱斜齿轮设计结构，具有结构紧凑、空间利用率高、集成度高、零件数量少的优点。动力传递的过程中动力的传递方向没有改变，可以有效地保证高传动效率［7］。方案中簧下增加了电机重量，虽然取消了传动轴，但仍存在非簧载质量过大的问题，导致平顺性差［8－9］。

由于电机偏置，电机输出轴端与驱动桥主减速器输入轴用花键连接，电机另一端需用连接板将电机与驱动桥轴管固定，同时控制花键连接的尺寸公差及同轴度，防止因电机偏置导致NVH性能变差。

方案D，针对方案C存在非簧载质量过大的问题，可从材料优化和结构优化两方面进行轻量化设计［10－11］。如使用铝合金桥壳、铝合金主减速器壳;使用高强度钢材质的桥管，同时减小桥管厚度;采用少片簧钢板弹簧代替多片簧;使用复合材料钢板弹簧等方法。此方案减小了簧下质量，同时对整车动力性、经济性、操纵稳定性都有较好的提升。

方案E，针对方案C存在非簧载质量过大导致平顺性变差的问题，也可考虑采用螺旋弹簧代替钢板弹簧，获得有利的非线性悬架弹性特征，以改善行驶平顺性。此方案需增加弹簧托臂，以承受驱动力、制动力及其引起的转矩，增加潘哈德杆承受侧向力，如图2所示。此方案的弹性元件改变，车身改动量较大，新增零件数量多，导致成本增加，适用于对舒适性要求较高的车型。

图2 后置后驱、方案E结构

1.3 后置后驱、驱动承载一体、电机同轴布置

方案F，对于1.2所述方案C～E中电机偏置的问题，可设计电机与车桥同轴的结构。动力从电机传递到减速器后分别传递至两侧轮边，其电机转子采用中空设计，与减速器连接的一侧传动轴需从电机转子中心通过，如图3所示。此方案降低了车桥重量，电机轴延伸出来的部分直接作为减速器第一轴，完全避免花键不同心引起的可靠性问题和NVH问题［12］。

图3 后置后驱、方案F结构

此方案需考虑承载性限制，且由于集成度很高，给电机维修带来一定困难，同时非簧载质量大的问题依然存在。

1.4 后置后驱、驱动承载分体布置

方案G，对于1.2、1.3所述方案C～F中非簧载质量过大的问题，另一个思路是将车桥的驱动功能和承载功能分离。车桥只承担承载功能，驱动功能的部件固定于车身上，由此提高簧载质量，减小簧下质量。

此方案中，电机与减速器连接后固定在车身横梁上，通过球笼传动轴与后桥轮边相连，从而输出扭矩。由于是在钢板弹簧悬架系统中进行改进，后轴垂直方向需留出足够的空间给球笼传动轴跳动，球笼半轴上方有限位块，限制后轴动挠度，而板簧安装于球笼半轴下方，如图4所示。

图4 后置后驱、方案G结构

此方案非簧载质量小，平顺性较好，空间利用率高。但球笼半轴跳动空间与限位块空间互相限制导致动挠度较小，需优化板簧弧高和限位块位置。方案的集成度较低，传动功能和承载功能分离，成本较高。传动系统各零件的连接由润滑脂润滑，不如前述方案中齿轮油飞溅润滑好。同时，板簧下置式结构导致整车通过性较差。

方案H，对于方案G存在动挠度小、通过性差的问题，设计一种前置横梁结构，完全让出球笼半轴的跳动空间，前置横梁的下方布置板簧，上方布置限位块，如图5所示。按此方案进行设计时需重点关注板簧的非对称度及前置横梁导致的受扭情况。

图5 后置后驱、方案H结构

1.5 前置前驱布置

方案I，对前述1.4中方案G、H进行优化，将驱动功能放在前轴，后轴只留承载功能，即变为前置前驱布置。此时后轴为非驱动桥，可使用承载性能较好的钢板弹簧悬架系统，或使用螺旋弹簧(如乘用车悬臂梁结构)满足舒适性车型的需求。此种方案的前提是前轴为麦弗逊悬架，如图6所示，如果前轴为双横臂式悬架则空间较小不易布置。前驱的缺点是上坡时前轮附着力较小，易打滑，前轮同时有转向功能导致结构复杂及改制成本稍高［13］。

图6 前置前驱、方案I结构

2 性能对比总结

纯电动轻型客车传动及行驶系统布置方案的性能对比见表1。

表1 布置方案的性能对比

总体上看，前置或中置后驱结构(方案A、B)空间差，传动效率低;后置后驱结构(方案C、D、E、F)平顺性较差，舒适性低;后置后驱结构(方案G、H)及前置前驱结构(方案I)集成度较低，零件较多，成本及质量不好控制。

具体来说，方案D通过轻量化设计减小非簧载质量，提高了平顺性，其具有轻量化好、集成度高且不影响维修性能、传动效率好、通过性好的优点;方案H、I具有平顺性好、传动效率高、通过性好的优点，都是较优的纯电动轻型客车传动及行驶系统布置方案。

3 结束语

在现有技术条件下，在传统燃油轻型客车基础上进行电动车传动及行驶系统布置的思路是:提供良好的电池空间，使用低扭矩、高转速的小型电机，采用大速比减速机构，提高传动效率，减小非簧载质量，有较好的平顺性、通过性，维修方便，控制成本。