低入口封閉式電動(dòng)物流車設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)城市用純電動(dòng)物流車配送作業(yè)頻繁上下車裝卸貨的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一款新型的低入口封閉式物流運(yùn)輸車，在滿足整車尺寸符合法規(guī)的前提下，前懸相對(duì)較長(zhǎng)，以便于能夠設(shè)計(jì)人機(jī)評(píng)價(jià)較好的一級(jí)上車踏步以及較寬的滑動(dòng)門，有效降低駕駛員的上下車舒適性及勞動(dòng)強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：低入口；純電動(dòng)封閉式貨車；桁架結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：U462 收稿日期：2023-06-20

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.013

1 前言

隨著城市電動(dòng)物流車滲透率越來越高，貨車司機(jī)緊缺已經(jīng)成為物流運(yùn)輸行業(yè)的常態(tài)。城市內(nèi)的電動(dòng)物流貨車司機(jī)不僅需要駕駛車輛，還需扮演裝卸工的角色。勞動(dòng)強(qiáng)度大也成為年輕人不愿從事貨運(yùn)司機(jī)的一個(gè)重要因素。為此，本文設(shè)計(jì)一種低入口封閉式電動(dòng)物流運(yùn)輸車，旨在降低司機(jī)的勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，提升運(yùn)營(yíng)效率，為城市電動(dòng)物流運(yùn)輸行業(yè)提供一種新型的解決方案。

2 整車定位

區(qū)別于主流廂式物流運(yùn)輸車，設(shè)計(jì)中低入口封閉式電動(dòng)物流運(yùn)輸車定位于城市用4.5 t純電動(dòng)全封閉式物流運(yùn)輸，整車底盤采用桁架結(jié)構(gòu)，半承載車身結(jié)構(gòu)，車身與貨廂全封閉設(shè)計(jì)，主要面向“4.2 m”電動(dòng)廂貨市場(chǎng)。

通過前期的法規(guī)及市場(chǎng)研究，確定整車基本指標(biāo)如表1所示。

3 低入口封閉式電動(dòng)物流車設(shè)計(jì)

3.1 整車及貨廂關(guān)鍵尺寸

3.1.1 駕駛室長(zhǎng)度及貨廂長(zhǎng)度

4.5 t車型限長(zhǎng)6 m，整車長(zhǎng)=駕駛室長(zhǎng)度+駕駛室隔離板+貨箱內(nèi)長(zhǎng)+貨箱門厚?？紤]駕駛室內(nèi)的人機(jī)校核，結(jié)合貨廂競(jìng)爭(zhēng)力，駕駛室設(shè)計(jì)為單排，駕駛室寬度1 600 mm，貨廂內(nèi)長(zhǎng)確定4 250 mm，整車長(zhǎng)度尺寸鏈?zhǔn)疽鈭D如圖1所示。

3.1.2 駕駛室及貨廂寬度

封閉式貨車駕駛室（整車）寬度與貨廂內(nèi)寬強(qiáng)關(guān)聯(lián)，通過標(biāo)準(zhǔn)周轉(zhuǎn)箱（600×400 mm）擺放空間校核如圖2所示，結(jié)合輕型廂貨主流貨廂內(nèi)寬，以及駕駛室寬度人機(jī)校核如圖3所示，貨廂內(nèi)寬設(shè)計(jì)確定為2 050 mm，單側(cè)貨廂壁厚75 mm，駕駛室寬度及貨廂外寬定義為2 200 mm。

3.1.3 駕駛室及貨廂高度

封閉式貨車駕駛室高度與貨廂內(nèi)高關(guān)聯(lián)，根據(jù)主流貨廂內(nèi)高，結(jié)合周轉(zhuǎn)箱規(guī)格擺放高度（層高）校核，見表2?？紤]貨廂造型過渡圓角，廂高定義為2 150 mm，以地板作為駕駛室零面，根據(jù)高度尺寸鏈計(jì)算，如圖4所示，駕駛室高度確定為2 650 mm。

3.1.4 前懸長(zhǎng)度及關(guān)聯(lián)尺寸

低入口車型應(yīng)以上車便利性（地板離地高度）與上車通過性（門寬）為優(yōu)先原則，將駕駛室內(nèi)的駕駛室員/座椅/地板作為剛體放入整車坐標(biāo)系，其整體與輪胎包絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)校核，如圖5所示。通過運(yùn)動(dòng)分析，地板離地高度受座椅與輪胎包絡(luò)間距約束，離地越低，前懸越長(zhǎng)，接近角越小，門寬越寬；同時(shí)接近角又受限于大燈布置，因此前懸校核邊界確定。

結(jié)合地板離地高度及接近角校核，記錄結(jié)果如表3所示，綜合營(yíng)運(yùn)工況（市內(nèi)用車如公交接近角≥10°），整車空/滿載接近角最小值12°/10.4°，因此低入口封閉式電動(dòng)物流運(yùn)輸車定義地板離地高度530 mm，前懸1 830 mm，考慮人機(jī)，門寬尺寸范圍內(nèi)最大通過性最好，預(yù)留門框結(jié)構(gòu)尺寸，電動(dòng)外擺門內(nèi)寬定義為900 mm。

3.1.5 軸距及后懸

根據(jù)車長(zhǎng)與前懸長(zhǎng)度，通過布置空間（主要為電池及冷卻系統(tǒng)X向尺寸占用）校核，布置空間如圖6所示，結(jié)合軸荷、制動(dòng)點(diǎn)頭角等因素進(jìn)行分析結(jié)果記錄如表4所示，定義整車軸距為2 800 mm，后懸長(zhǎng)度為1 315 mm。

3.2 關(guān)鍵系統(tǒng)及總成設(shè)計(jì)

3.2.1 車架

車架采用桁架結(jié)構(gòu)[1]，考慮6系鋁合金型材桁架結(jié)構(gòu)、750 L高強(qiáng)鋼型材與6系鋁合金型材復(fù)合桁架結(jié)構(gòu)、750 L高強(qiáng)鋼型材桁架結(jié)構(gòu)三個(gè)方案。6系鋁合金型材桁架結(jié)構(gòu)需采用全焊接工藝，三段式分段摩擦焊接，工藝相對(duì)復(fù)雜。因中間框架作為電池承載結(jié)構(gòu)，如需滿足完全剛度，需增加該空間內(nèi)的材料使用，材料成本較高。750 L高強(qiáng)鋼焊接，鋁合金與高強(qiáng)鋼型材需通過鑄鋁連接件進(jìn)行螺栓緊固連接，鑄鋁連接件生產(chǎn)制造成本高、重量增加，且存在電化學(xué)腐蝕問題。750 L高強(qiáng)鋼型材桁架結(jié)構(gòu)在滿足承載的前提下，重量最輕，且材料成本低，加工工藝簡(jiǎn)單?？紤]工藝、重量、成本、改裝適應(yīng)性等因素，經(jīng)過車架CAE分析，車型采用高強(qiáng)鋼型材桁架結(jié)構(gòu)為最佳方案，如圖7所示。

3.2.2 動(dòng)力系統(tǒng)

動(dòng)力總成系統(tǒng)采用中央電驅(qū)動(dòng)橋，通過Alv Cruise建立整車模型，以中國(guó)工況中的城市市郊工況為路譜，對(duì)150 kW電機(jī)+單擋減速器、雙75 kW雙電機(jī)直驅(qū)方案、150 kW+2擋AMT電驅(qū)動(dòng)器橋進(jìn)行分析并記錄動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，如表5所示。通過對(duì)比分析150 kW+2擋電驅(qū)動(dòng)橋方案在車速及能耗方面最優(yōu)；雙75 kW電機(jī)直驅(qū)方案，通過電機(jī)高低速標(biāo)定實(shí)現(xiàn)電機(jī)經(jīng)濟(jì)區(qū)最優(yōu)耦合，可有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的連續(xù)輸出且在加速性能方面具備優(yōu)勢(shì)；150 kW+單擋驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過減速器速比增扭，可實(shí)現(xiàn)最大的爬坡性能。具體采用哪種電驅(qū)動(dòng)橋方案可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景結(jié)合車輛重量、成本指標(biāo)綜合考慮做出選擇。

3.2.3 動(dòng)力電池系統(tǒng)

動(dòng)力電池系統(tǒng)在整車的重量及成本中占比最高，主流電動(dòng)物流車方案有80 kW、100 kW兩種規(guī)格，續(xù)駛里程分別可滿足150 km與200 km。桁架車架中間框架設(shè)計(jì)兩層，兼容裝載2塊或4輕卡標(biāo)準(zhǔn)箱，具體應(yīng)根據(jù)整車重量及成本指標(biāo)，結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景續(xù)駛里程要求確定動(dòng)力電池方案，表6所示為某品牌建議電池方案。

3.2.4 冷卻系統(tǒng)

結(jié)合低入口封閉式電動(dòng)物流運(yùn)輸車駕駛室空間容積及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)散熱功率需求，采用單風(fēng)扇集成冷卻系統(tǒng)，滿足駕乘舒適性與散熱需求。

3.2.5 制動(dòng)系統(tǒng)

結(jié)合車輛制動(dòng)性能要求及安全性，建議采用雙回路氣壓制動(dòng)系統(tǒng)。

3.2.6 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

相比傳統(tǒng)縱置轉(zhuǎn)向及布置方式，低地板車型高度方向上對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置空間的影響，結(jié)合轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與懸架運(yùn)動(dòng)干涉校核，整車寬度及上車踏步的布置空間；轉(zhuǎn)向操縱傳動(dòng)力矩波動(dòng)等因素，低入口封閉式電動(dòng)物流運(yùn)輸車采用電動(dòng)轉(zhuǎn)向器臥式布置方案，中間通過一個(gè)角傳動(dòng)器進(jìn)行連接，一端與轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)連接，另一端通過一個(gè)轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸與轉(zhuǎn)向器相連，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向受力及助力的機(jī)械傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)示意如圖8所示。

3.2.7 懸架系統(tǒng)

考慮軸荷、整車高度定義，結(jié)合重量及成本考慮，通過多方案選型，前懸架采用1 350 mm長(zhǎng)、70 mm寬，3片板簧懸架；前懸架采用1 350 mm長(zhǎng)、70 mm寬，2+1片板簧懸架。懸架選型方案如表7所示。

3.2.8 傳動(dòng)系統(tǒng)

考慮軸荷、重量、成本，轉(zhuǎn)向軸采用2 t轉(zhuǎn)向軸，驅(qū)動(dòng)橋采用3.5 t電驅(qū)動(dòng)橋，輪胎采用6.50 R16 12PR，匹配5.5F-16鋼制輪輞。

3.2.9 車身及貨廂

車身采用鋁合金骨架蒙皮結(jié)構(gòu)，外觀如圖9所示。車身主骨架采用6系擠壓鋁型材，蒙皮與主骨架通過拉鉚工藝進(jìn)行固定連接，車身主骨架通過鑄鋁連接件、加強(qiáng)支架等過渡連接件與車架桁架結(jié)構(gòu)型材進(jìn)行螺栓連接[2]。駕駛室副駕采用電動(dòng)外擺門，門寬900 mm，滿載地板離地高度530 mm，踏步離地高度300 mm。車身保險(xiǎn)杠處做斜切角設(shè)計(jì)，滿足滿載≥10°接近角要求。貨廂采用蜂窩板，實(shí)現(xiàn)貨廂輕量化設(shè)計(jì)。

4 低入口封閉式電動(dòng)物流車總布置方案

根據(jù)各系統(tǒng)選型，確定整車總布置方案，整車總布置方案如圖10所示。車架中段采用分層設(shè)計(jì)，可兼容多種電量箱體組合，車架箱體中置于框架內(nèi)，兩側(cè)預(yù)留高壓線束折彎空間；左側(cè)板簧支架外側(cè)布置24 V/12 V低壓蓄電池與空調(diào)壓縮機(jī)。車架前段左側(cè)布置角傳統(tǒng)器、傳動(dòng)桿、臥式電動(dòng)轉(zhuǎn)向機(jī)，前端布置2個(gè)儲(chǔ)氣筒。車架后段左側(cè)布置電動(dòng)空壓機(jī)、空氣濾清器及消音器、充電插座；中間布置五合一控制器與BMS，冷卻系統(tǒng)側(cè)置于右側(cè)。

該布置方案綜合考慮了以下因素：

a.整車軸荷及左右側(cè)輪荷平衡。

b.常維修保養(yǎng)件及易損件的開閉件設(shè)計(jì)。

c.高低壓線束的空間分割及固定。

d.結(jié)合整車各部位碰撞概率，高壓器件均布置于內(nèi)側(cè)，碰撞概率相對(duì)較低。

5 結(jié)語(yǔ)

低入口封閉式電動(dòng)物流運(yùn)輸車是以“人機(jī)”為核心展開設(shè)計(jì)的全新電動(dòng)物流車產(chǎn)品，總體圍繞低入口帶來的進(jìn)入及通過便利性，在車輛設(shè)計(jì)層面打破原有設(shè)計(jì)框架，帶來新的思考與探索。本文通過低入口封閉式電動(dòng)物流車設(shè)計(jì)研究，希望為城市電動(dòng)物流運(yùn)輸提供一種全新的產(chǎn)品，為電動(dòng)物流運(yùn)輸車司機(jī)帶來新的駕乘體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王成昆，王東旭.新型電動(dòng)輕卡底盤車架設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2019（18）：1-5.

[2]侯晨磊.半承載式車身客車制造工藝的研究與創(chuàng)新[J].機(jī)電技術(shù)，2013（1）：65-66.

作者簡(jiǎn)介：

楊輝，男，1989年生，工程師，研究方向?yàn)樾履茉瓷逃密囋O(shè)計(jì)。