解放坤程CA1021PU2型电动皮卡车总体设计

2024年3月21日发(作者：2012款夏利n3图片)

解放坤程CA1021PU2型电动皮卡车总体设计

王翔;王文水

【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.

【期刊名称】《汽车电器》

【年(卷),期】2016(000)001

【总页数】3页(P1-3)

【关键词】皮卡;电动汽车;设计

【作 者】王翔;王文水

【作者单位】同济大学汽车学院,上海 201804;一汽通用轻型商用汽车有限公司,吉

林长春 130033

【正文语种】中 文

【中图分类】U469.72

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。

1.1 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

3.1 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。

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。

【相关文献】

［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.