低入口封闭式电动物流车设计

摘要：针对城市用纯电动物流车配送作业频繁上下车装卸货的特点，设计一款新型的低入口封闭式物流运输车，在满足整车尺寸符合法规的前提下，前悬相对较长，以便于能够设计人机评价较好的一级上车踏步以及较宽的滑动门，有效降低驾驶员的上下车舒适性及劳动强度。

关键词：低入口；纯电动封闭式货车；桁架结构

中图分类号：U462 收稿日期：2023-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.013

1 前言

随着城市电动物流车渗透率越来越高，货车司机紧缺已经成为物流运输行业的常态。城市内的电动物流货车司机不仅需要驾驶车辆，还需扮演装卸工的角色。劳动强度大也成为年轻人不愿从事货运司机的一个重要因素。为此，本文设计一种低入口封闭式电动物流运输车，旨在降低司机的劳动作业强度，提升运营效率，为城市电动物流运输行业提供一种新型的解决方案。

2 整车定位

区别于主流厢式物流运输车，设计中低入口封闭式电动物流运输车定位于城市用4.5 t纯电动全封闭式物流运输，整车底盘采用桁架结构，半承载车身结构，车身与货厢全封闭设计，主要面向“4.2 m”电动厢货市场。

通过前期的法规及市场研究，确定整车基本指标如表1所示。

3 低入口封闭式电动物流车设计

3.1 整车及货厢关键尺寸

3.1.1 驾驶室长度及货厢长度

4.5 t车型限长6 m，整车长=驾驶室长度+驾驶室隔离板+货箱内长+货箱门厚。考虑驾驶室内的人机校核，结合货厢竞争力，驾驶室设计为单排，驾驶室宽度1 600 mm，货厢内长确定4 250 mm，整车长度尺寸链示意图如图1所示。

3.1.2 驾驶室及货厢宽度

封闭式货车驾驶室（整车）宽度与货厢内宽强关联，通过标准周转箱（600×400 mm）摆放空间校核如图2所示，结合轻型厢货主流货厢内宽，以及驾驶室宽度人机校核如图3所示，货厢内宽设计确定为2 050 mm，单侧货厢壁厚75 mm，驾驶室宽度及货厢外宽定义为2 200 mm。

3.1.3 驾驶室及货厢高度

封闭式货车驾驶室高度与货厢内高关联，根据主流货厢内高，结合周转箱规格摆放高度（层高）校核，见表2。考虑货厢造型过渡圆角，厢高定义为2 150 mm，以地板作为驾驶室零面，根据高度尺寸链计算，如图4所示，驾驶室高度确定为2 650 mm。

3.1.4 前悬长度及关联尺寸

低入口车型应以上车便利性（地板离地高度）与上车通过性（门宽）为优先原则，将驾驶室内的驾驶室员/座椅/地板作为刚体放入整车坐标系，其整体与轮胎包络进行动态校核，如图5所示。通过运动分析，地板离地高度受座椅与轮胎包络间距约束，离地越低，前悬越长，接近角越小，门宽越宽；同时接近角又受限于大灯布置，因此前悬校核边界确定。

结合地板离地高度及接近角校核，记录结果如表3所示，综合营运工况（市内用车如公交接近角≥10°），整车空/满载接近角最小值12°/10.4°，因此低入口封闭式电动物流运输车定义地板离地高度530 mm，前悬1 830 mm，考虑人机，门宽尺寸范围内最大通过性最好，预留门框结构尺寸，电动外摆门内宽定义为900 mm。

3.1.5 轴距及后悬

根据车长与前悬长度，通过布置空间（主要为电池及冷却系统X向尺寸占用）校核，布置空间如图6所示，结合轴荷、制动点头角等因素进行分析结果记录如表4所示，定义整车轴距为2 800 mm，后悬长度为1 315 mm。

3.2 关键系统及总成设计

3.2.1 车架

车架采用桁架结构[1]，考虑6系铝合金型材桁架结构、750 L高强钢型材与6系铝合金型材复合桁架结构、750 L高强钢型材桁架结构三个方案。6系铝合金型材桁架结构需采用全焊接工艺，三段式分段摩擦焊接，工艺相对复杂。因中间框架作为电池承载结构，如需满足完全刚度，需增加该空间内的材料使用，材料成本较高。750 L高强钢焊接，铝合金与高强钢型材需通过铸铝连接件进行螺栓紧固连接，铸铝连接件生产制造成本高、重量增加，且存在电化学腐蚀问题。750 L高强钢型材桁架结构在满足承载的前提下，重量最轻，且材料成本低，加工工艺简单。考虑工艺、重量、成本、改装适应性等因素，经过车架CAE分析，车型采用高强钢型材桁架结构为最佳方案，如图7所示。

3.2.2 动力系统

动力总成系统采用中央电驱动桥，通过Alv Cruise建立整车模型，以中国工况中的城市市郊工况为路谱，对150 kW电机+单挡减速器、双75 kW双电机直驱方案、150 kW+2挡AMT电驱动器桥进行分析并记录动力性及经济性指标，如表5所示。通过对比分析150 kW+2挡电驱动桥方案在车速及能耗方面最优；双75 kW电机直驱方案，通过电机高低速标定实现电机经济区最优耦合，可有效实现动力的连续输出且在加速性能方面具备优势；150 kW+单挡驱动电机，通过减速器速比增扭，可实现最大的爬坡性能。具体采用哪种电驱动桥方案可根据不同应用场景结合车辆重量、成本指标综合考虑做出选择。

3.2.3 动力电池系统

动力电池系统在整车的重量及成本中占比最高，主流电动物流车方案有80 kW、100 kW两种规格，续驶里程分别可满足150 km与200 km。桁架车架中间框架设计两层，兼容装载2块或4轻卡标准箱，具体应根据整车重量及成本指标，结合应用场景续驶里程要求确定动力电池方案，表6所示为某品牌建议电池方案。

3.2.4 冷却系统

结合低入口封闭式电动物流运输车驾驶室空间容积及驱动系统散热功率需求，采用单风扇集成冷却系统，满足驾乘舒适性与散热需求。

3.2.5 制动系统

结合车辆制动性能要求及安全性，建议采用双回路气压制动系统。

3.2.6 转向系统

相比传统纵置转向及布置方式，低地板车型高度方向上对转向系统布置空间的影响，结合转向系统与悬架运动干涉校核，整车宽度及上车踏步的布置空间；转向操纵传动力矩波动等因素，低入口封闭式电动物流运输车采用电动转向器卧式布置方案，中间通过一个角传动器进行连接，一端与转向操纵系统连接，另一端通过一个转向传动轴与转向器相连，实现转向受力及助力的机械传动，结构示意如图8所示。

3.2.7 悬架系统

考虑轴荷、整车高度定义，结合重量及成本考虑，通过多方案选型，前悬架采用1 350 mm长、70 mm宽，3片板簧悬架；前悬架采用1 350 mm长、70 mm宽，2+1片板簧悬架。悬架选型方案如表7所示。

3.2.8 传动系统

考虑轴荷、重量、成本，转向轴采用2 t转向轴，驱动桥采用3.5 t电驱动桥，轮胎采用6.50 R16 12PR，匹配5.5F-16钢制轮辋。

3.2.9 车身及货厢

车身采用铝合金骨架蒙皮结构，外观如图9所示。车身主骨架采用6系挤压铝型材，蒙皮与主骨架通过拉铆工艺进行固定连接，车身主骨架通过铸铝连接件、加强支架等过渡连接件与车架桁架结构型材进行螺栓连接[2]。驾驶室副驾采用电动外摆门，门宽900 mm，满载地板离地高度530 mm，踏步离地高度300 mm。车身保险杠处做斜切角设计，满足满载≥10°接近角要求。货厢采用蜂窝板，实现货厢轻量化设计。

4 低入口封闭式电动物流车总布置方案

根据各系统选型，确定整车总布置方案，整车总布置方案如图10所示。车架中段采用分层设计，可兼容多种电量箱体组合，车架箱体中置于框架内，两侧预留高压线束折弯空间；左侧板簧支架外侧布置24 V/12 V低压蓄电池与空调压缩机。车架前段左侧布置角传统器、传动杆、卧式电动转向机，前端布置2个储气筒。车架后段左侧布置电动空压机、空气滤清器及消音器、充电插座；中间布置五合一控制器与BMS，冷却系统侧置于右侧。

该布置方案综合考虑了以下因素：

a.整车轴荷及左右侧轮荷平衡。

b.常维修保养件及易损件的开闭件设计。

c.高低压线束的空间分割及固定。

d.结合整车各部位碰撞概率，高压器件均布置于内侧，碰撞概率相对较低。

5 结语

低入口封闭式电动物流运输车是以“人机”为核心展开设计的全新电动物流车产品，总体围绕低入口带来的进入及通过便利性，在车辆设计层面打破原有设计框架，带来新的思考与探索。本文通过低入口封闭式电动物流车设计研究，希望为城市电动物流运输提供一种全新的产品，为电动物流运输车司机带来新的驾乘体验。

参考文献：

[1]王成昆，王东旭.新型电动轻卡底盘车架设计[J].汽车实用技术，2019（18）：1-5.

[2]侯晨磊.半承载式车身客车制造工艺的研究与创新[J].机电技术，2013（1）：65-66.

作者简介：

杨辉，男，1989年生，工程师，研究方向为新能源商用车设计。