一种氢燃料电池车动力总成悬置结构

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及新能源汽车技术领域，尤其是涉及一种氢燃料电池车动力总成悬置结构。

背景技术

伴随着国家汽车新能源产业布局的深化，汽车的动力供给系统迈向了纯电动/混合动力时代，有别于传统内燃机，这给动力总成系统悬置的设计和布置提出了很多新的问题。由于电机区别于内燃机的扭矩输出等特性，对动力总成系统的支撑、隔振、对整车身品质的影响提出了新的要求，带来了新的问题，传统的动力总成系统布局方案已经不能满足需求。需要一种能够切实应用于工程实际的解决方案，来实现对新型动力总成系统进行合理匹配的方案。

目前开发的带有电堆的氢燃料电池动力总成，较之传统的以内燃机为驱动源的动力总成，差别在于采用集成了电池电堆、电机、主减速器于一体的动力总成系统替代了原有的发动机-变速箱。由于电机扭矩较燃油发动机更高，原有悬置系统的支撑能力和隔振能力不足以满足新的要求，迫切需要一个成型的方案来改善这样一种局面。

氢燃料电池车的工作机理，在于通过氢气给电池充电，再通过电池输出电能给电机做功。相较于搭载内燃机、电动机、油电混动等动力总成的车辆，氢燃料电池车由于搭载了氢气供给系统，在可靠性和安全性上，出现了很多之前没有出现过的问题。

对于国际上主流的电动车悬置布置方案，如特斯拉ModelY、蔚来S8、Leaf2都采用了承载式悬置布置。

特斯拉ModelY的构想是三点式布置，前边的左右悬置用来平衡整车Y向和Z向的振动，后面的单独一个悬置用来平衡整车整车X向和Z向的振动；蔚来S8采用三点式布置，主要通过X向和Z向的振动，Y向振动不做主要考量；Leaf2采用三点式布置，通过两个前悬置的外限位结构来限制整车三个方向的运动，通过一个单一的后悬置来平衡电机绕Y向的扭矩。氢燃料电池车的动力主体也是电机，相互之间具备一定的借鉴意义。

动力总成悬置设计是基于对动力总成在车辆各个行驶工况下的总体运动进行解耦，确立各个主方向的运动量，建立一个能够描述动力总成运动的整体包络，通过悬置来限制这个运动包络，使其在需要的范围内运动，对电动车的需求来源有多方面，既不希望其有过高的频率，因为这会带来噪声，也不希望其振动有过高的峰值，因为这会带来过于大的运动，影响驾乘感受，也容易超出部件之间的配合安装要求范围，带来结构损坏。

由于主流的电动车悬置都在采用承载式布置，大多采用上述前二后一的布置方案。对于以常规电机作为驱动的车辆来说，三点悬置布置是可以满足应用需求的。但考虑到氢燃料电池车增加了电池包、供氢管路、氢气瓶等附件，三点悬置的设计方案就值得进一步考量。添加的供氢系统其实是对悬置系统的设计提出了更高的要求。电动车和氢燃料电池车的结构差异有很多，之所以把添加的供氢系统单独提出，就是因为它特殊的管路结构。在常规的供氢管路设计中，供氢钢管和供氢截止阀是通过卡扣相连接的，该部分在设计软连接的时候是存在难度的。首先，该部分不能设计过长，氢是易燃危险气体，跟随动力总成的剧烈运动会加大管路破坏的风险，带来氢气泄露的隐患，不能满足作为一个整车等寿命件的设计考量。其次，也无法设计得过短，过短就无法达到动力总成的运动范围。在这些条件都不能满足的情况下，限制动力总成的运动模式，就需要调整悬置布置方案。

本发明提供了一种国际上首创的悬置布置方案，从减振件这个角度，为整车开发提供一种新的思路。

发明内容

有鉴于此，本说明书的目的在于提供一种氢燃料电池车动力总成悬置结构。本发明的动力总成悬置结构能够有效的控制动力总成在绕Y轴的旋转量，来保证供氢管路的运动量尽可能小，避免风险的出现；也即能有效地排除了氢燃料电池车供氢管路的破坏隐患。

基于上述第一项目的，本说明书提供如下第一种技术方案：

一种氢燃料电池车动力总成悬置结构，包括供氢管路、电池及电池支架、电机、左悬置、右悬置、车身横梁和车架；

所述电池及电池支架包括电池和电池支架；

所述供氢管路固定在车架上；

所述电机固定连接在电池及电池支架下表面上；

所述电池及电池支架通过左悬置与左侧车架相连接，所述左悬置为梯形橡胶悬置；

所述电池及电池支架通过右悬置与右侧车架相连接，所述右悬置为液压悬置；

当左悬置和右悬置弹性中心连线在动力总成质心前方≧15cm时，所述总成悬置结构还包括至少两个后悬置及相应的后悬置支架；

所述后悬置上端通过后悬置支架与电池支架活动连接，所述后悬置下端固定连接在车架上，在车架和后悬置之间形成有效的X向的限位，避免因后悬置X向位移量过大而造成供氢管路破坏。

作为一种实施方式，所述后悬置采用圆柱衬套型，所述衬套的轴线平行于整车Y轴，所述后悬置的衬套的轴线保持一致或者尽量靠近，以保证控制方案实现的清晰度。

基于上述第一项目的，本说明书提供如下第二种技术方案：

一种氢燃料电池车动力总成悬置结构，包括供氢管路、电池及电池支架、电机、左悬置、右悬置、车身横梁和车架；

所述电池及电池支架包括电池和电池支架；

所述供氢管路固定在车架上；

所述电机固定连接在电池及电池支架下表面上；

所述电池及电池支架通过左悬置与左侧车架相连接，所述左悬置为梯形橡胶悬置；

所述电池及电池支架通过右悬置与右侧车架相连接，所述右悬置为液压悬置；

当左悬置和右悬置弹性中心连线在动力总成质心后方≧15cm时，所述动力总成悬置结构还包括至少两个前悬置及相应的前悬置支架；

所述前悬置上端通过前悬置支架与电池支架活动连接，所述前悬置下端固定连接在车身横梁上。

作为一种实施方式，所述前悬置采用圆柱衬套型，所述衬套的轴线平行于整车Y轴。

作为一种实施方式，所述前悬置的轴线距离不超过3cm。

基于上述第一项目的，本说明书提供如下第三种技术方案：

一种氢燃料电池车动力总成悬置结构，包括供氢管路、电池及电池支架、电机、左悬置、右悬置、车身横梁和车架；

所述电池及电池支架包括电池和电池支架；

所述供氢管路固定在车架上；

所述电机固定连接在电池及电池支架下表面上；

所述电池及电池支架通过左悬置与左侧车架相连接，所述左悬置为梯形橡胶悬置；

所述电池及电池支架通过右悬置与右侧车架相连接，所述右悬置为液压悬置；

当左悬置和右悬置弹性中心连线在动力总成质心前后15cm范围内时，所述动力总成悬置结构还包括前悬置、前悬置支架、后悬置和后悬置支架；

所述前悬置上端通过前悬置支架与电池支架活动连接，所述前悬置下端固定连接在车身横梁上；

所述后悬置上端通过后悬置支架与电池支架活动连接，所述后悬置下端固定连接在车架上。

作为一种实施方式，所述前悬置、后悬置均采用圆柱衬套型，所述衬套的轴线平行于整车Y轴。

作为一种实施方式，所述前悬置的弹性中心到动力总成质心的Y向距离不超过10cm，所述后悬置的弹性中心到动力总成质心的Y向距离不超过10cm。

作为一种实施方式，所述前悬置和后悬置均具有X向有效限位结构。

与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：

本发明的动力总成悬置结构能够有效的控制动力总成在绕Y轴的旋转量，来保证供氢管路的运动量尽可能小，避免风险的出现；也即能有效地排除了氢燃料电池车供氢管路的破坏隐患。

附图说明

图1为本发明三种氢燃料电池车动力总成悬置结构位置方框示意图；

图2为本发明实施例3氢燃料电池车动力总成悬置结构示意图；

图3为本发明实施例3氢燃料电池车动力总成悬置结构左上视角示意图；

图4为本发明中带有限位结构的后悬置及后支架的连接示意图；

图5为图4的局部剖视图；

图6为本发明中另一种带有限位结构的后悬置及后支架连接示意图；

图7为本发明中不带有限位结构的后悬置及后支架的连接示意图；

图8为图7的局部剖视图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

现有技术中，现有主流的电动车悬置都在采用承载式布置，大多采用上述前二后一的布置方案。但考虑到氢燃料电池车增加了电池包、供氢管路、氢气瓶等附件，三点悬置的设计方案就值得进一步考量，氢燃料电池车动力总成增加的供氢系统对悬置系统的设计提出了更高的要求。

实施例1

参见图1所示，一种氢燃料电池车动力总成悬置结构，包括供氢管路10、电池及电池支架20、电机30、左悬置40、右悬置50、车身横梁60和车架70；

所述电池及电池支架20包括电池(图中未显示)和电池支架21；

所述供氢管路10固定在车架70上；

所述电机30固定连接在电池及电池支架20下表面上；

所述电池支架21通过左悬置40与左侧车架相连接，所述左悬置40为梯形橡胶悬置；本发明中，所述梯形橡胶悬置是现有的一种常见的通用悬置结构形式；

所述电池支架21通过右悬置50与右侧车架相连接，所述右悬置50为液压悬置；可以理解，现有技术中的悬置一般分为橡胶悬置、液压悬置、空气悬置等，都可从市场上购得。橡胶悬置一般由橡胶衬套(或其它硫化件)和支架组成，而液压悬置则除了由橡胶主簧以外，还在内部灌充了特殊液体(比如乙二醇)，通过流道板、解耦片、皮碗等零件以一定结构组成。在本发明的左悬置和右悬置当中，应当至少保证一个为液压悬置，用于改善整个系统在低频工况下的振动表现；

当左悬置40和右悬置50弹性中心连线在动力总成质心前方≧15cm时，所述总成悬置结构还包括两个后悬置80及相应的后悬置支架81；

所述后悬置80上端通过后悬置支架81与电机30本体相连接，所述后悬置80下端固定连接在车架70上，在支架70和后悬置80之间形成有效的X向的限位，避免因后悬置80的X向位移量过大而造成供氢管路10破坏。

作为一个实施例，所述后悬置80采用圆柱衬套型，所述衬套的轴线平行于整车Y轴；所述后悬置80的轴线保持一致或者尽量靠近，以保证控制方案实现的清晰度。

参见图1所示，一种氢燃料电池车动力总成悬置结构，包括供氢管路10、电池及电池支架20、电机30、左悬置40、右悬置50、车身横梁60和车架70；

所述电池及电池支架20包括电池(图中未显示)和电池支架21；

所述供氢管路10固定在车架70上；

所述电机30固定连接在电池及电池支架20下表面上；

所述电池支架21通过左悬置40与左侧车架相连接，所述左悬置40为梯形橡胶悬置；

所述电池支架21通过右悬置50与右侧车架相连接，所述右悬置50为液压悬置；可以理解，在左悬置和右悬置当中，应当至少保证一个为液压悬置，用于改善整个系统在低频工况下的振动表现；

当左悬置和右悬置弹性中心连线在动力总成质心后方≧15cm时，所述动力总成悬置结构还包括两个前悬置90及相应的前悬置支架91；

所述前悬置90上端通过前悬置支架91与电池支架21活动连接，所述前悬置90下端固定连接在车身横梁60上。

作为一个实施例，所述前悬置90采用圆柱衬套型，所述衬套的轴线平行于整车Y轴。

作为一个实施例，所述两个前悬置的轴线距离不超过3cm。

参见图1、图2和图3所示，一种氢燃料电池车动力总成悬置结构，包括供氢管路10、电池及电池支架20、电机30、左悬置40、右悬置50、车身横梁60和车架70；

所述电池及电池支架20包括电池(图中未显示)和电池支架21；

所述供氢管路10固定在车架70上；

所述电机30固定连接在电池及电池支架20下表面上；

所述电池支架21通过左悬置40与左侧车架相连接，所述左悬置40为梯形橡胶悬置；

所述电池支架21通过右悬置50与右侧车架相连接，所述右悬置50为液压悬置；可以理解，在左悬置和右悬置当中，应当至少保证一个为液压悬置，用于改善整个系统在低频工况下的振动表现；

当左悬置和右悬置弹性中心连线在动力总成质心前后15cm范围内时，所述动力总成悬置结构还包括1个前悬置90、1个前悬置支架91、1个后悬置80和1个后悬置支架81；所述前悬置90上端通过前悬置支架91与电池支架21活动连接，所述前悬置90下端固定连接在车身横梁60上；

所述后悬置80上端通过后悬置支架81与电池支架21活动连接，所述后悬置80下端固定连接在车架70上。

要注意的是，悬置不是个数越多越好。在前面提到过，悬置系统的设计依据是由动力总成解耦运动得来的，把一个复杂的运动分解为三个主方向上的运动量和绕三个主轴的扭转力矩来控制。所以，识别问题产生的原因，是哪些量在左右管路的运动量是非常重要的。盲目的增加悬置数量，并不能有针对性的解决问题，还会造成运动量控制上的混乱，在个别工况还会产生更复杂的耦合。需要有针对性的添加悬置。

电机主轴绕整车Y向旋转，这会带来动力总成的电池包的连接件(如供氢管路)绕Y轴产生强烈运动。相对于内燃机，这个扭矩是很大的，这也是为什么在使用氢燃料的内燃机上不会出现这个问题的原因。动力输出方式的差异，致使我们必须有效的控制动力总成在绕Y轴的旋转量，来保证供氢管路的运动量尽可能小，避免风险的出现。

那么怎么来控制绕Y轴的旋转呢，Y轴是整车的左右方向，绕Y轴的旋转，本质上就是和动力总成的前后方向运动发生关系。这就需要我们对我们的前后方向的控制方案进行调整。在现有的电机悬置方案中，如特斯拉、蔚来，都采用过在单独的主轴平行于Y轴的衬套型后悬置，来限制动力总成的扭转，取得了不错的效果。为了进一步加强限制效果，添加主轴平行于Y轴的衬套型悬置是必要的。那么，这个悬置是添加在前侧还是后侧，就需要进一步的考量。如果左右悬置的弹性中心连线靠近动力总成的质心，就需要将这个衬套型悬置布置在前侧；如果左右悬置的弹性中心连线远离动力总成的质心，就需要将这个衬套型悬置布置在后侧，布置在后侧，就会存在两个后悬置，要求这两个后悬置的轴线保持一致或者尽量靠近，保证控制方案实现的清晰度。

作为一个实施例，所述前悬置、后悬置均采用圆柱衬套型，所述衬套的轴线平行于整车Y轴。可以理解，前悬置承受来自于电机的绕Y轴扭矩，在动力总成重心前倾的工况下，会对左右悬置的承重功能起到一定的辅助作用；可以理解，对于绕Y轴布置的前/后悬置，因为其承受电机旋转带来的巨大扭矩，在连接位置上会有相对较高的结构强度要求，需要对连接部位进行强化。

作为一个实施例，所述前悬置的弹性中心到动力总成质心的Y向距离不超过10cm，所述后悬置的弹性中心到动力总成质心的Y向距离不超过10cm。

作为一个实施例，参见图4-图8所示，所述前悬置和后悬置均具有X向有效限位结构。在X方向上给予动力总成以更大的运动空间，保证了更大的位移量，但动力总成更大的位移量所带来的问题就是会造成供氢管路的位移量过大，从而带来管路破坏的风险，因此，设置有效的限位结构是必要的。

可以理解，整个悬置系统中，所述左悬置、右悬置主要用来承重，前悬置和后悬置则是主要用来平衡转动扭矩。

本发明动力总成悬置设计方案是基于对动力总成在车辆各个行驶工况下的总体运动进行解耦，确立各个主方向的运动量，建立一个能够描述动力总成运动的整体包络，通过悬置来限制这个运动包络，使其在需要的范围内运动，需求的来源有多方面，既不希望其有过高的频率，因为这会带来噪声，也不希望其振动有过高的峰值，因为这会带来过于大的运动，影响驾乘感受，也容易超出部件之间的配合安装要求范围，带来结构损坏。

那么，既然明确了悬置的设计目的，按照在技术背景中的论述，国际上主流的电动车悬置都在采用承载式布置，大多采用这种前二后一的布置方案。对于以常规电机作为驱动的车辆来说，三点悬置布置是可以满足应用需求的。但考虑到氢燃料电池车增加了电池包、供氢管路、氢气瓶等附件，三点悬置的设计就值得进一步考量了。添加的供氢系统其实是对悬置系统的设计提出了更高的要求。电动车和氢燃料电池车的结构差异有很多，之所以把添加的供氢系统这一点单独提出来，就是因为它特殊的管路结构。在常规的供氢管路设计中，供氢钢管和供氢截止阀是通过卡扣相连接的，这个部分在设计软连接的时候是存在难度的，这个部分不能设计过长，氢是易燃危险气体，跟随动力总成的剧烈运动会加大管路破坏的风险，带来氢气泄露的隐患，不能满足作为一个整车等寿命件的设计考量。也无法设计得过短，过短就无法达到动力总成的运动范围。在这些条件都不能满足的情况下，限制动力总成的运动模式，就需要调整悬置布置方案，即本发明的布置方案。

上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在说明书中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，在阐述了具体细节以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。