新能源汽车车身设计探索

（研究生课程论文）

电动汽车系统分析与设计

论文题目：新能源汽车车身设计探索

指导老师：邓亚东

学院班级：车辆A1101

学生姓名：张劼

学号：1049721102100

2012年6 月

新能源汽车车身设计探索

张劼

（武汉理工大学汽车工程学院；车辆工程A1101班；1049721102100）

摘要：本文从空间布局、轻量化和空气动力学三个方面阐述了新能源汽车车身设计的发展方向和主要技术手段。空间布局主要考虑汽车尺寸限制及设备的集成化和分区域化；轻量化需要从设计、材料和工艺等多方面着手，减轻重量并确保性能；空气动力学优化可尽量减少空气阻力对汽车高速行驶的不利影响，有助于提升汽车速度和减少能量消耗。

关键词：新能源汽车；车身；空间布局；轻量化；空气动力学

Abstract:This paper explains the direction and technical means of vehicle body design from three aspects: space layout, lightweight and aerodynamic. The spatial layout mainly considers the vehicle size limits, equipment integration and sub-regionalization. Lightweight should be realized by design, materials and processes, reducing weight and ensuring the performance. Aerodynamics optimizing minimizes air resistance at high speed and helps to improve the vehicle speed and reduce energy consumption.

Keywords:new energy vehicles; body; space layout; lightweight; aerodynamics

1 引言

当下，新能源汽车正逐步成为汽车领域的前沿方向和发展热点。造成这一现象的主要原因是日益增长的原油价格及其背后的能源危机；同时，人们的注意力越来越多的集中到节能环保的主题上来，从单纯关心汽车动力性能转变为对动力、安全、节能和环保的综合要求。

各国研究机构和各大车企针对这些变化和需求，在新能源汽车的设计研发中提出了各自不同的方案和主张。主要的技术方案集中在纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车这三个方向上。

然而，无论采取何种技术方案，首先要考虑和解决的还是车身问题。任何技术和设备必须依托车身这个载体，而优秀的车身设计也能充分发挥出设备的特性和优势。目前，新能源汽车车身有彻底原创设计和利用已有车身进行改造两种思路。两种设计思路的目标是相同的：即要使汽车拥有足够的设备放置空间和人员乘坐空间；要使车身结构应尽可能达到轻质高强度；要使汽车具备优良的空气动力学特性。

2 设备及空间布局

新能源汽车的各种设备和传统汽车相比有着很大差异。例如，纯电动汽车会用电动机取代内燃机，并且需要大量的空间来放置电池组；混合动力汽车同时拥有内燃机和电机两套设

备，因此对空间和布局的要求明显提高；燃料电池车则需要安装储氢罐、燃料电池组和电机等设备，在空间和安全性上都需要充分考虑。

基于新能源汽车的这些空间要求，不同型号尺寸的汽车应选取适合自身的车身空间布局方案。

2.1 大型客车的布局方式

大型客车普遍采用桁架焊接的车身制作模式，具有结构规整、空间大的特点。又由于客车本身体量较大，因而很容易安装新能源汽车的设备。研制新能源客车，完全可以利用现有的车身，只要稍加改进即可。客车造型方正，空间充裕，可以容纳大尺寸的动力系统和较多的电池组（或储氢罐），这有利于提升汽车的动力性能和续航能力，也不必对设备的集成度和紧凑性提出过高的要求。

总的来说，客车车身具有较好的通用性能，适合各种新能源设备的布置需求，针对车身的全新概念研发较少，主要考虑如何利用现行的车身结构进行合理布局。

图2.1所示为北京奥运会某型纯电动客车的布局方式。该电动汽车的车身结构是在原燃油客车车身结构的基础上改进设计的，布置方式和原车有了很大不同[1]。发动机舱被用来放置电动机，电池组则布置在了车身两侧的底部框架内。这样的布局方式充分利用了客车底部到地板之间的空间，搭载了大量的电池组；动力装置的位置没有改变，这就避免了其他传动结构的大改动，减轻改型的工作量，最大程度的利用了原车已有的技术设备，节约了研发的成本。这种通过对车身进行有限度的改进，从而获得新能源客车的方式是较为合理的。

图2.1 某型纯电动客车的车身布局方式

燃料电池客车和纯电动客车较为相似，只是将电池组换成储氢罐，再追加一套燃料电池系统。其布局和纯电动汽车基本相同：在原先放置电池组的位置安装储氢罐；燃料电池系统根据尺寸来确定安放地点，可以和电动机一起放置于发动机舱里，也可以安装在原来装电池的地方。

混合动力客车不需要很多的电池组或储氢罐，但其动力系统较为复杂，整合了内燃机和电机两套系统，并且还配备了复杂的机电耦合组件来实现不同工况下的模式切换。针对这种情况，就必须将后部的舱室空间腾出来，以便放置整套动力系统；电池组等其他部件利用两侧靠前的空间放置。图2.2所示的TEG6128SHEV串联式混合动力城市客车就体现了这样的布局方式[2]。

图2.2 TEG6128SHEV串联式混合动力城市客车车身布局

2.2 中小型及微型汽车的布局方式

中小型及微型车的尺寸和造型与大型客车截然不同，在空间布局和设备的紧凑度上要求要高得多。无论是设计新车身还是利用已有车身，都必须将车内空间充分利用起来。由于小车的曲线造型复杂，空间结构不是方正规整的，所以设计和改造都具有相当的难度。

图2.3所示为我校的楚天一号氢氧燃料电池汽车。该车车身为雪铁龙爱丽舍三厢版本，发动机舱内放置了燃料电池系统和电动机等动力部件，车尾行李舱放置储氢罐。这样的布局方式在中型车中较为先进：动力系统和燃料系统完全分离开，一方面提高安全性，另一方面也有利于动力系统的整合和集成；储氢罐单独放置于车尾是最为安全的，而且行李舱空间较大，可以容纳较多的储氢罐，提高汽车续航力。要实现这一结构布局，关键还在于发动机舱的空间利用，在于燃料电池系统和电机等的整合。从图2.3可以看出，发动机舱内的布置是相当紧凑和密集的，上部主要是燃料电池组及配套附件，下层安装电机系统。

图2.3 楚天一号氢氧燃料电池汽车车身布置

图2.4~2.6所示为各汽车公司专门设计的新能源汽车的车身布置结构。图2.4为日产聆风（纯电动汽车）的布局方式：电机放置于前部，电池组放置于中后部的地板下，实际就是将地板向上抬升一定距离来创造出电池组的安装空间。图2.5为通用公司的纯电动汽车方案，其电机布置与聆风相同，电池组则集中安置于后轴的行李舱下部及左右座位间的过道里。这样的布局就不会抬升地板高度，从而不影响整车高度及乘员空间。