展望新能源汽車底盤設計方向

于剛

摘要：新能源汽車具有清潔、噪聲污染小、制動能量可回收、無尾氣及一氧化碳排放、節(jié)能、舒適性好等優(yōu)點。經(jīng)過近三十年的設計研究，我國新能源汽車底盤設計應用發(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進一步發(fā)展，電動車底盤系統(tǒng)將更加智能化、人性化、安全可靠性將更進一步增強。

關鍵詞：新能源汽車；設計流程；底盤系統(tǒng)設計；發(fā)展方向

1汽車底盤設計概述

汽車底盤與汽車的整體性能存在緊密聯(lián)系，為提高汽車的整體性能，有效控制制造成本，避免能源耗費現(xiàn)象的出現(xiàn)。要充分結合其功能特征，分析其設計的現(xiàn)實意義，實現(xiàn)新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展。

1.1分析汽車底盤對汽車的重要作用

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)結構。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的化學物質。同時，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，從而對其他汽車構件產(chǎn)生負面影響，降低了汽車的使用年限。因此，要結合現(xiàn)實因素，實現(xiàn)對汽車底盤的創(chuàng)新變革，提高汽車的運作性能。

1.2新能源汽車底盤設計的必要性

結合現(xiàn)代化的汽車設計理念，要實現(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部空間的舒適度為基礎，展開汽車底盤設計工作。相對于汽車行業(yè)而言，新能源汽車的應用能夠提高其經(jīng)濟效益與社會效益，促進汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在設計新能源汽車的過程中，結合系統(tǒng)性、整體性且智能化較高的新型設計理念，保證其舒適度與合理性，尤其要注重新能源汽車底盤的設計。

2新能源汽車底盤設計

2.1底盤總體設計

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)的設計方向發(fā)展主要包括兩個方面。第一在傳統(tǒng)車型平臺進行客戶需求性局部改造；第二是創(chuàng)新新車設計平臺，全部推翻原有設計思維，大膽嘗試全新系列車型的設計。

新能源汽車底盤設計主要是滿足整車性能各項指標。汽車的安全性、經(jīng)濟性、動力性、操穩(wěn)性、制動性、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性、平順性、操穩(wěn)性。底盤的懸架系統(tǒng)應具備良好的牢固性，懸架系統(tǒng)設計關系到車架車身受力狀況，車載符合的大小，車的使用壽命等。

新能源底盤設計主要是對行駛、傳動、轉向、制動系統(tǒng)零部件的結構、功能、尺寸、工藝參數(shù)進行合理定義；按照定義內容開展結構設計，計算出各個參數(shù)，建立底盤三維模型；零部件樣件性能試驗；設計圖、裝配圖的定型和出圖。新能源底盤傳動系統(tǒng)是有電動機和驅動橋構成，行駛系統(tǒng)由懸架設計構成，轉向系統(tǒng)為轉向器、轉向傳動機構構成，制動系統(tǒng)主要是制動器、ABS等設計。在設計過程應充分考慮不同行駛工況下的傳動比要求，從而保證新車的足夠動力；另外在電動機功率匹配設計時，應充分考慮工況和效率匹配，動力與經(jīng)濟性的匹配，保證電動機高效運轉，較小功耗比。電動機功率設計時，一般綜合加速性能，最高行駛速度，復雜行駛工況等影響因素，使電動機具備有效的過載裕度和合理的經(jīng)濟性能。設計過程還應充分考慮阻尼比，設計性能匹配的減震器和變速機構，降低新能源汽車電池組及電動機的沖擊力。

新能源汽車主要是指采用蓄電池作為動力源，電池的制造與材料工藝直接影響整車的動力性，是新能源汽車設計未來發(fā)展的關鍵性技術。我國擁有全球最為龐大的電池生產(chǎn)供應基地和鋰資源原產(chǎn)地，具有領先的鋰離子、磷酸鈦鋰電池具備高能量和充放電速度快等性能，解決了電池熱穩(wěn)定性等關鍵技術，為電動汽車提供高效、穩(wěn)定的動力源。電池組的功率比、能量比、能量密度、功率密度、內阻值、充電電壓、循環(huán)充放電次數(shù)、電池測試、使用壽命、邊際成本等性能指標尤為關鍵，設計時應充分考慮。

2.2 底盤設計改造方向

目前國內很多新能源汽車設計理念多停留在現(xiàn)有車型平臺基礎上的局部改造。即在原有平臺基礎上，開發(fā)設計符合目標客戶和特殊顧客群體性需求的總布置方案。這種思路的缺點是客戶需求性設計影響著底盤系統(tǒng)的整體性能。其優(yōu)點在于原有設計平臺上，按照底盤系統(tǒng)原有工作原理，調整或者更換底盤的制動、轉向、懸架、傳動等各子系統(tǒng)的設計，成熟型車的零部件最大限度內加以利用，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。一旦實施新的總布置方案，汽車的前后艙布置內容會發(fā)生較大變化，這樣要重新計算整車質量和載荷的匹配性，從而研判原懸架系統(tǒng)的安全性，一旦安全性無法保證，需要重新設計懸架結構。首先計算出新總布置的整車質量和質心位置，利用平面坐標系在確定X軸向和整車質量計算軸荷分布的新舊值，再校驗原有懸架系統(tǒng)。如果不匹配，則重新設計懸架系統(tǒng)；然后利用ADAMS軟件仿真計算、分析懸架設計是否影響四輪定位參數(shù)，根據(jù)仿真結果進一步調整懸架設計參數(shù)[3]。

3新能源汽車底盤的創(chuàng)新設計

3.1 設計方向

新能源汽車底盤創(chuàng)新設計的方向是摒棄原有汽車設計平臺的框架結構，以整體式的優(yōu)化設計作為主要研究方向。這種從零開始的汽車底盤創(chuàng)新設計采用了全新的汽車設計平臺，它沒有固定的設計思路和方向。具體而言，在創(chuàng)新設計中，重新設計了汽車的動力系統(tǒng)及其各個功能系統(tǒng)，其目的是更加有效地提高車輛的性能。對于新能源汽車底盤的創(chuàng)新設計而言，其主框架結構、各個子系統(tǒng)的設計、應用模式都進行了創(chuàng)新。

3.2 設計特點和應用

創(chuàng)新設計，即沒有原有的案例可以采納。對于從最初的設計概念到最后汽車底盤系統(tǒng)的應用而言，采用創(chuàng)新設計會比沿用傳統(tǒng)車身設計更加完善。雖然創(chuàng)新設計的難度大、成本高、周期長，且缺乏可沿用的汽車設計平臺和相關零部件，但設計出的新能源汽車底盤會有脫胎換骨的變化。比如，滑板式新能源汽車底盤設計理念的提出，徹底推翻了傳統(tǒng)汽車底盤的設計模式?；迨狡嚨妆P設計的核心內容為厚度為28 cm的鋁制滑板。其結構框架內包含了汽車所有系統(tǒng)的連接設計，比如車載儲能系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)和變速系統(tǒng)等。此外，在此設計中還引用了線傳操控技術，進而使底盤設計的子系統(tǒng)，比如轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)等不再使用傳統(tǒng)的機械加工方式設計、制造。而是采用數(shù)字化電子設計系統(tǒng)設計、制造。因此，在此設計中，可省去對轉向柱、踏板等的設計。

滑板式新能源汽車底盤設計的應用優(yōu)勢有以下3點：①提高了汽車車身設計的自由度。在具備平面式底盤和車身獨立的情況下，為車身的造型設計提供了非常高的自由度。②降低了汽車底盤設計的總布置難度，增大了車身內部的可利用空間。由于新能源汽車底盤設計采用了扁平的整體框架，且安置在底盤上的燃料電池動力系統(tǒng)的集成度較高，使轉向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)占用的空間大大減小。③大大簡化了車輛維護的流程，且車輛重心非常低，提高了車輛的操控性。

4結語

汽車底盤系統(tǒng)的設計，在保證汽車安全行駛方面發(fā)揮著重要作用，合理的汽車底盤設計與新能源汽車的整體性、安全性及視覺美觀存在緊密的聯(lián)系。因此，要切實提高對新能源汽車底盤設計的重視程度，實現(xiàn)我國汽車行業(yè)的長足發(fā)展。

參考文獻

[1] 郝志磊，張學良. 淺談新能源汽車底盤設計方向[J].城市建設理論研究：電子版，2016（15）.

[2] 王永，杜劉杰.新能源汽車底盤設計的發(fā)展方向[J].工程技術：文摘版，2016（8）：00309-00309.

[3] 宋棟. 新能源汽車底盤設計趨勢分析[J].工程技術：全文版，2016（11）：00312-00312.

（作者單位：北京新能源汽車股份有限公司黃驊分公司）