新能源汽車底盤設(shè)計(jì)方向管窺

劉晉宇 李澤楠

摘要：新能源汽車具有清潔、噪聲污染小、制動(dòng)能量可回收、無尾氣及一氧化碳排放、節(jié)能、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過近三十年的設(shè)計(jì)研究，我國新能源汽車底盤設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)展迅速，現(xiàn)階段我國在新能源汽車穩(wěn)定性、舒適性、安全性也有了較大的提升。未來隨著新能源汽車制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，電動(dòng)車底盤系統(tǒng)將更加智能化、人性化、安全可靠性將更進(jìn)一步增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；設(shè)計(jì)方向；管窺

現(xiàn)代新能源汽車底盤的設(shè)計(jì)方向，需要以體制變革與思路創(chuàng)新為基礎(chǔ)，全面強(qiáng)化新能源汽車的使用性能，對(duì)成本支出進(jìn)行合理控制，有利于實(shí)現(xiàn)新能源汽車的量產(chǎn)化，全面提高我國汽車行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，在推動(dòng)我國現(xiàn)代新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展方面，發(fā)揮了一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1汽車底盤設(shè)計(jì)概述

傳統(tǒng)汽車底盤主要包含行駛、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、傳動(dòng)四大系統(tǒng)，起到支承車身、安裝動(dòng)力總成、傳遞動(dòng)力、保證車輛運(yùn)動(dòng)和正常行駛，并構(gòu)成整車造型和提供乘坐舒適性的作用。新能源汽車較傳統(tǒng)能源汽車，因動(dòng)力能源和動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，底盤構(gòu)件的布置、材料、可靠性有更新的要求。

1.1分析汽車底盤的使用要求

在汽車安全行駛過程中，汽車底盤是接近地面較近的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于汽車在行駛過程中，經(jīng)常容易受到不同地面因素的影響，如河水的沖擊與碎石的撞擊，造成了汽車底盤的惡劣性。由于汽車底盤長期處于較為潮濕的環(huán)境中，著附了過多侵蝕性強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)。同時(shí)，汽車底盤在行駛過程中容易受到利器、水的影響，形成銹蝕現(xiàn)象，從而對(duì)其他汽車構(gòu)件產(chǎn)生負(fù)面影響，降低了汽車的使用年限。因此，要結(jié)合現(xiàn)實(shí)因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車底盤的創(chuàng)新變革，提高汽車的運(yùn)作性能。

1.2新能源汽車底盤的設(shè)計(jì)理念

結(jié)合現(xiàn)代化的汽車設(shè)計(jì)理念，要實(shí)現(xiàn)汽車底盤系統(tǒng)與高度集成體系的高效統(tǒng)一，使其適用于多元化的車載能源；以汽車外觀造型與內(nèi)部空間的舒適度為基礎(chǔ)，展開汽車底盤設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)新能源汽車的過程中，結(jié)合系統(tǒng)性、整體性且智能化較高的新型設(shè)計(jì)理念，保證其舒適度與合理性，尤其要注重新能源汽車底盤的設(shè)計(jì)。需要注意，新能源汽車底盤的布置設(shè)計(jì)，在實(shí)行新能源汽車整體布置方案中發(fā)揮著決定性作用，在汽車動(dòng)力系統(tǒng)方面占據(jù)重要作用。此外，優(yōu)質(zhì)的底盤設(shè)計(jì)能夠保證新能源汽車空間的舒適性與外觀的美感，在汽車整體設(shè)計(jì)內(nèi)容中占據(jù)關(guān)鍵位置。

2新能源汽車底盤設(shè)計(jì)

2.1底盤總體設(shè)計(jì)

不論是概念車還是量產(chǎn)車，自主車型或者國際典型車型，新能源汽車底盤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向發(fā)展主要包括兩個(gè)方面。第一在傳統(tǒng)車型平臺(tái)進(jìn)行客戶需求性局部改造；第二是創(chuàng)新新車設(shè)計(jì)平臺(tái)，全部推翻原有設(shè)計(jì)思維，大膽嘗試全新系列車型的設(shè)計(jì)。

新能源汽車底盤設(shè)計(jì)主要是滿足整車性能各項(xiàng)指標(biāo)。汽車的安全性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、操穩(wěn)性、制動(dòng)性、平順性、耐久性是新能源汽車的基本性能。底盤工程影響著制動(dòng)性、平順性、操穩(wěn)性。底盤的懸架系統(tǒng)應(yīng)具備良好的牢固性，懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)系到車架車身受力狀況，車載符合的大小，車的使用壽命等。

新能源底盤設(shè)計(jì)主要是對(duì)行駛、傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)、功能、尺寸、工藝參數(shù)進(jìn)行合理定義；按照定義內(nèi)容開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，建立底盤三維模型；零部件樣件性能試驗(yàn)；設(shè)計(jì)圖、裝配圖的定型和出圖。新能源底盤傳動(dòng)系統(tǒng)是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)成，行駛系統(tǒng)由懸架設(shè)計(jì)構(gòu)成，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，制動(dòng)系統(tǒng)主要是制動(dòng)器、ABS等設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程應(yīng)充分考慮不同行駛工況下的傳動(dòng)比要求，從而保證新車的足夠動(dòng)力；另外在電動(dòng)機(jī)功率匹配設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮工況和效率匹配，動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性的匹配，保證電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，較小功耗比。電動(dòng)機(jī)功率設(shè)計(jì)時(shí)，一般綜合加速性能，最高行駛速度，復(fù)雜行駛工況等影響因素，使電動(dòng)機(jī)具備有效的過載裕度和合理的經(jīng)濟(jì)性能。設(shè)計(jì)過程還應(yīng)充分考慮阻尼比，設(shè)計(jì)性能匹配的減震器和變速機(jī)構(gòu)，降低新能源汽車電池組及電動(dòng)機(jī)的沖擊力。新能源汽車傳動(dòng)系參數(shù)匹配設(shè)計(jì)通常是主減速器和變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。電動(dòng)機(jī)輸出特性一定時(shí)，傳動(dòng)系最大傳動(dòng)比影響因素為最大爬坡度，新能源洗車的最小速比主要影響因素是行駛的最高車速。

新能源汽車主要是指采用蓄電池作為動(dòng)力源，電池的制造與材料工藝直接影響整車的動(dòng)力性，是新能源汽車設(shè)計(jì)未來發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。我國擁有全球最為龐大的電池生產(chǎn)供應(yīng)基地和鋰資源原產(chǎn)地，具有領(lǐng)先的鋰離子、磷酸鈦鋰電池具備高能量和充放電速度快等性能，解決了電池?zé)岱€(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)，為電動(dòng)汽車提供高效、穩(wěn)定的動(dòng)力源。電池組的功率比、能量比、能量密度、功率密度、內(nèi)阻值、充電電壓、循環(huán)充放電次數(shù)、電池測(cè)試、使用壽命、邊際成本等性能指標(biāo)尤為關(guān)鍵，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。另外，鉛蓄電池電壓與電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)應(yīng)統(tǒng)一，考慮電動(dòng)助力系統(tǒng)、娛樂通信系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)需要一定的功率損耗，電池組總電壓應(yīng)大于電動(dòng)機(jī)額定電壓。還用充分考慮電池容量，滿足車輛續(xù)駛里程的要求。

2.2 底盤設(shè)計(jì)改造方向

目前國內(nèi)很多新能源汽車設(shè)計(jì)理念多停留在現(xiàn)有車型平臺(tái)基礎(chǔ)上的局部改造。即在原有平臺(tái)基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計(jì)符合目標(biāo)客戶和特殊顧客群體性需求的總布置方案。這種思路的缺點(diǎn)是客戶需求性設(shè)計(jì)影響著底盤系統(tǒng)的整體性能。其優(yōu)點(diǎn)在于原有設(shè)計(jì)平臺(tái)上，按照底盤系統(tǒng)原有工作原理，調(diào)整或者更換底盤的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架、傳動(dòng)等各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，成熟型車的零部件最大限度內(nèi)加以利用，降低了生產(chǎn)成本。

總布置方案的改造影響底盤系統(tǒng)的懸架子系統(tǒng)比較突出。一旦實(shí)施新的總布置方案，汽車的前后艙布置內(nèi)容會(huì)發(fā)生較大變化，這樣要重新計(jì)算整車質(zhì)量和載荷的匹配性，從而研判原懸架系統(tǒng)的安全性，一旦安全性無法保證，需要重新設(shè)計(jì)懸架結(jié)構(gòu)。首先計(jì)算出新總布置的整車質(zhì)量和質(zhì)心位置，利用平面坐標(biāo)系在確定X軸向和整車質(zhì)量計(jì)算軸荷分布的新舊值，再校驗(yàn)原有懸架系統(tǒng)。如果不匹配，則重新設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)；然后利用ADAMS軟件仿真計(jì)算、分析懸架設(shè)計(jì)是否影響四輪定位參數(shù)，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整懸架設(shè)計(jì)參數(shù)[3]。

2.3 創(chuàng)新新車設(shè)計(jì)方向

創(chuàng)新設(shè)計(jì)是全新的設(shè)計(jì)理念，徹底放棄原有平臺(tái)，原有設(shè)計(jì)思維模式，重塑理念，針對(duì)底盤系統(tǒng)，底盤整體框架結(jié)構(gòu)、四大子系統(tǒng)全部重新設(shè)計(jì)。新能源汽車底盤創(chuàng)新設(shè)計(jì)方向從概念設(shè)計(jì)-可行性分析-定型的一個(gè)演進(jìn)過程。創(chuàng)新設(shè)計(jì)方向的優(yōu)點(diǎn)在于增加了車身設(shè)計(jì)的自由度，解決了車身造型設(shè)計(jì)思路問題；降低了總布置方案的難度，由于全新設(shè)計(jì)，底盤系統(tǒng)與內(nèi)部空間利用度、電池組安裝位置等具有較高的匹配性。底盤整體化優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用較少零部件，設(shè)計(jì)集成度更高，減少了制造和加工工藝，便于維護(hù)保養(yǎng)。有利于改善底盤前后配重比例，提升了汽車的安全性。

新能源汽車兩種底盤設(shè)計(jì)方向各有特點(diǎn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)前期投資巨大，開發(fā)周期相對(duì)很長，但是未來新能源汽車發(fā)展總體趨勢(shì)，有利于提高整車性能，控制企業(yè)成本。

3結(jié)語

近些年，新能源汽車底盤電子控制技術(shù)飛速發(fā)展。懸架結(jié)構(gòu)、制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）空氣氣囊、防滑轉(zhuǎn)電子控制系統(tǒng)（ASR）、防傾斜系統(tǒng)等廣泛應(yīng)用，很大程度上提升了制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防碰撞安全性。ASR對(duì)于行車起步、穩(wěn)定加速、滑溜路面操控性具有很好的改善。一鍵啟動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)啟停、自動(dòng)變速器等技術(shù)的應(yīng)用使得汽車的舒適性、操縱性、穩(wěn)定性進(jìn)一步提升。電子控制懸架的設(shè)計(jì)對(duì)于結(jié)構(gòu)性能的改善更是前進(jìn)一大步，系統(tǒng)可以預(yù)先根據(jù)行駛路面狀況，行駛車速等對(duì)電子控制懸架剛度、阻尼特性、車身底盤高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。另外，電腦行駛記錄儀、方向盤自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)、自動(dòng)巡航系統(tǒng)、車載娛樂通信系統(tǒng)、車內(nèi)裝飾布局等設(shè)計(jì)及應(yīng)用更是全面提升了新能源汽車的書舒適性、安全性、穩(wěn)定性、操縱性。新能源汽車具有清潔、噪聲污染小、制動(dòng)能量可回收、無尾氣及一氧化碳排放、節(jié)能、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)階段我國在新能源汽車穩(wěn)定性、舒適性、安全性的性能方面投入巨大人力、財(cái)力、物力。

參考文獻(xiàn)

[1]朱赤.新能源汽車底盤設(shè)計(jì)方向[J].上海汽車，2009，（7）：8-11.

[2]武金輝.面對(duì)電動(dòng)化趨勢(shì)汽車底盤技術(shù)創(chuàng)新與設(shè)想[J].東方教育，2015，（2）：379-379.

[3]胡偉，喻川，張建武等.新能源汽車底盤縱臂的輕量化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2010，26（3）：115-117.

（作者單位：華晨汽車工程研究院）