某平台车型机舱布置研究

崔文宾 邹鹏

摘 要：文章对某平台车型的机舱布置设计进行了研究，系统性地总结、提出了一种机舱布置设计的方法及流程。布置设计过程中，主要考虑动力总成定位、驱动轴角度分析、整车热管理、碰撞安全、平台衍生及机舱布置分块等，充分考虑影响整车性能及机舱布置的关键因素。通过此方案完成了某平台车型的机舱布置，达到了项目开发目标，证明了此方法对于机舱平台布置具有较强的指导意义，能够缩短开发周期、降低开发成本，同时能够保证达成整车性能目标。

关键词：机舱平台布置;动力总成定位;驱动轴角度分析;碰撞安全

中图分类号：U462.2+2  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）22-139-03

Abstract： In this paper， the engine room layout design of a platform vehicle is studied， a systematic summary is made， and a method and process of engine room layout design is proposed. In the process of layout design， the positioning of power assembly， angle analysis of drive shaft， vehicle thermal management， collision safety， platform derivation and the key factors affecting vehicle performance engine room layout are mainly considered. Through this scheme， the engine room layout of a platform model is completed， and the project development goal is achieved. It is proved that this method has strong guiding significance for the engine room platform layout， which can shorten the development cycle， reduce the development cost， and ensure the achievement of the vehicle performance goal.

Keywords： Engine room platform layout; Powertrain positioning; Drive shaft angle analysis; Collision safety

CLC NO.： U462.2+2  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）22-139-03

1 前言

整車总布置设计又称整车总体设计，从设计的角度大致可以分为机舱布置、底盘布置、车身布置及人机工程学布置等。而发动机舱由于其中容纳的零部件数量多、空间紧凑、动力传递过程中存在运动、管线路走向等，一直是整车总布置设计的难点。随着我国汽车产业的升级和用户对产品质量提升的要求，机舱布置已经不能仅仅满足于基本的功能性需求，而是向着提升整车性能、实现紧凑布置、机舱布置模块化、美观大方的方向发展。

通过对多款车型的发动机舱进行研究并结合理论分析，发现机舱布置对整车碰撞性能、热管理、平台车型演化、机舱美观性方面等均具有重要影响。本文从机舱布置入手，分析了发动机布置对碰撞安全性能、热管理、传动轴角度影响、平台车型通用化布置等方面的影响，并提出了机舱布置美观化布置的方向，从全局的角度提出了机舱布置应该考虑的因素及限制约束条件。并且通过某一平台车型进行了验证，证明了本文提出的方法是正确、有效的，对于实际工作具有非常强的指导意义。

2 动力总成初步位置的确定

机舱布置的实质是确定机舱内零部件的位置。只有动力总成的位置初步确定了才能够开展其他零部件的位置，否则只能是舍本逐末抓不住重点。

动力总成Z向位置确定时，首先应该最小离地间隙的要求，考虑到机舱下方可能会安装发动机护板可以预留10-15mm的距离，在满足上述条件的基础上，动力总成应该布置的尽可能低。这样可以降低车辆的重心，提高操纵性、稳定性、减小传动轴角度并且为造型提供了更大的操作空间。考虑到行人保护法规要求，动力总成坚硬部分到发动机罩外板应至少76mm。

动力总成X向布置时，通常是将变速器差速器输出中心布置在轮心前上方位置，并保证随着载荷的增加差速器中心始终在轮心上方，以保证传动轴角度始终处于较小的范围。传动轴角度角度过大会缩短传动轴外向节的使用寿命、产生振动。一般对于MT车型保证传动轴角度内节角度小于7度，AT车型小于6度。

动力总成Y向布置主要受车身纵梁宽度限制，而纵梁宽度与轮距有着重要关系。动力总成Y相定位时，在满足传动轴角度要求的前提下，应该保证左右半轴长度尽量相同，否则可能出现加速跑偏的问题。考虑到动力总成运动要求，与左右侧纵梁应该保持至少20mm以上。

3 动力总成位置对整车性能影响

某一平台车型（前置前驱）机舱纵向结构示意如图1所示。从前至后依次为保险杠吸能块、防撞梁、散热器、发动机、前围并且将上述尺寸标注字母。上述各个尺寸的确定不仅对于空间布置影响重大，同时对于整车性能、模块化策略均有重大影响。

3.1  动力总成布置对于高速碰撞的影响

整车产品策划阶段会确定汽车的碰撞安全目标。安全法规规定C-NCAP规定有50km/h正面刚性墙碰撞（18分），64km/h可变形正面偏置碰（18分）和50km/h侧向壁碰撞（18分），鞭打试验（4分）及安全加分项（4分），总计62分。其中正面碰撞所占比重非常大，若想达到C-NCAP五星标准具有更高的产品竞争力就必须在机舱布置时充分考虑高速碰撞吸能区问题。

高速吸能区主要为钣金件的X向长度，其中动力总成作为刚性体不吸能。因此车身吸能区实质为L=B+C+D+E+F，而尺寸F又与动力总成侵入驾驶舱的程度有直接关系，从而影响驾驶员的腿部和胸部伤害值。

某平台车型前期定义为C-NCAP碰撞安全五星标准。被动安全经过计算推荐尺寸F不小于80mm，总吸能区长度不小于540mm（B+C+D+E>460）。

3.2  动力总成布置对于传动系统布置影响

传动轴在主减速器与车轮轮毂之间链接并传遞扭矩，轮毂端采用固定万向节，主减速器端采用移动节。车轮在跳动时万向节的角度不仅时刻发生变化而且传动轴的角度也在时刻变化。传动轴角度直接影响振动噪声和耐久性能;传动轴长度直接影响运动过程中是否发生干涉与传动轴能否被拉出。发动机详细布置阶段需要精确确定各个工况下传动轴角度和长度的变化，并是在极限工况下也能满足要求。

传动轴角度初步布置时一般要求半轴内节角度在6度（AT车型）以内。精确布置时需要建立前悬架的运动模型精确模拟各个工况下传动轴位移摆角曲线，以使各个工况下的传动轴位移、角度均落于图2要求的区间内，并预留一定的安全系数。

以某平台车型前悬架（麦弗逊悬架）为例，建立运动学模型。其轮胎上跳极限为90mm，下调极限为80mm，齿条总行程为136mm。运动模型中包括轮毂、转向节、下控制臂、横向稳定杆、转向拉杆、驱动轴移动节、半轴及稳定杆拉杆。

应用上述模型模拟车轮跳动的各个工况，并输出每一个工况下各个时刻固定节中心点和移动节中心点的坐标。在MATLAB软件中绘制出工况下移动节的位移、转角曲线。通过调整动力总成输出点（移动节中心点）及传动轴长度，可以优化出移动节位移、摆角曲线完全落于图2要求的范围内。

3.3  动力总成布置与机舱热管理要求

发动机舱集成了动力总成、供油、进气、散热、制动、电控等关键系统，发动机工作时产生大量的热，高负荷下排气歧管、催化转换器表面温度达到600度以上，配有涡轮增压器的设置可以达到800度。热敏感元件（ECU、ABS、风扇电机及其他橡胶件）布置时，应该充分机舱热管理要求，保持合适的间隙，同时应用CFD仿真分析进行校验。

3.4 动力总成布置与平台车型衍生

发动机舱作为平台化衍生最重要的一个位置，在前期布置阶段就要充分考虑发动机舱的通用化。前期总体设计阶段主要通过市场及策划部门的输入及充分考虑现有平台动力总成资源，在满足整车总体性能目标的基础上进行布置分析。对于动力总成平台布置平台车型衍生，主要是考虑不同排量、不同尺寸的动力总成均能够满足上述提供的动力总成定位、安全碰撞、传动轴夹角设计及热管理等性能要求，并预留一定的尺寸带宽。满足在同平台上衍生出不同性能的车型，提升产品丰富性、降低成本、缩短开发周期。

3.5 机舱布置分块研究

机舱作为整车内部最复杂、容纳零部件最多的位置，还有很多的水管、线束、制动管等。在动力总成基本定位完成满足主要性能指标的基础上，还要对机舱分块进行规划。机舱分块规划主要考虑以下几个方面：（1）低压蓄电池及保险丝盒布置时应考虑避开高速碰撞溃缩区域，以便在碰撞过后能够满足低压供电的要求;（2）空气滤清器应具有足够的空间，满足平台不同动力总成进去需求;（3）应便于水管、线束、制动管路、冷却管路等走线及固定，满足美观性要求。在充分考虑上述要求的基础上，还应充分对标市场生成熟产品的布置方案，不断优化。

4 案例应用分析

某乘用车产品主要尺寸参数如下，该车型为一款全新的平台首款车型，共匹配三款动力总成，分别为1.0L涡轮增压发动机、1.2L涡轮增压发动机和1.5L涡轮增压发动机，搭载6速手动变速器和7速双离合自动变速器。满足整车热管理开发目标，整车安全目标为2018版C-NCAP五星要求。

应用上文提出的方法进行机舱布置设计和主要性能分析后，传动轴驱动轴动态夹角小于5.2°。高速碰撞区域吸能空间合理且实现了紧凑化的布置，CAE仿真及OTS样车摸底测试实现了五星目标。能够同时兼容多款动力总成，平台兼容性好。降低了开发成本、缩短了开发周期，综合取得了良好的效果。

5 结论

从整车性能及平台建立的角度，系统、全面地提出一种机舱布置设计的方法，明确了平台化机舱布置设计的重点及主要流程。设计过程中充分考虑动力总成定位、驱动轴角度分析、整车热管理、整车碰撞安全及行人保护、平台衍生及机舱布置分块等，对于机舱布置设计及平台分析具有较好的指导意义。目前该方法已经应用到实际车型开发过程中，取得了很好的效果。

参考文献

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