新能源汽車(chē)模塊化底盤(pán)研究

黃澤明

摘 要：本文只開(kāi)展新能源汽車(chē)基于非承載式車(chē)身前輪中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)，后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)且后輪全動(dòng)轉(zhuǎn)向式模塊化底盤(pán)研究。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)、非承載式、輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)、后輪轉(zhuǎn)向、模塊化底盤(pán)

引言

我國(guó)是目前世界上新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量最大的國(guó)家，新能源汽車(chē)作為汽車(chē)產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中都廣泛應(yīng)用了大量的整體化、系統(tǒng)化、模塊化的設(shè)計(jì)理念。在新能源汽車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于底盤(pán)的設(shè)計(jì)與新能源汽車(chē)的總布置方案息息相關(guān)且與新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)架構(gòu)及其集成度聯(lián)系緊密，同時(shí)也影響著新能源汽車(chē)的外觀(guān)設(shè)計(jì)與內(nèi)部駕乘空間，是新能源汽車(chē)設(shè)計(jì)中極其重要的開(kāi)發(fā)內(nèi)容。

傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)包含了懸架、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等子系統(tǒng)，它影響著整車(chē)的舒適性、安全性和操控性，而對(duì)于新能源汽車(chē)而言它的影響更加深遠(yuǎn)，新能源汽車(chē)底盤(pán)不僅要包含傳統(tǒng)汽車(chē)的懸架、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等子系統(tǒng)，滿(mǎn)足整車(chē)的舒適性、安全性和操控性要求而且需要適應(yīng)車(chē)載能源的多樣性、適用于高度集成的系統(tǒng)模塊，同時(shí)還需不限制汽車(chē)外部車(chē)身造型設(shè)計(jì)與內(nèi)部駕乘空間。

1 研究方向

縱觀(guān)各類(lèi)新能源汽車(chē)，從概念車(chē)到量產(chǎn)車(chē)，從國(guó)內(nèi)自主、合資品牌到國(guó)際品牌典型車(chē)型，底盤(pán)的設(shè)計(jì)朝著兩大方向發(fā)展：一是以傳統(tǒng)汽車(chē)平臺(tái)為基礎(chǔ)，依據(jù)新能源汽車(chē)的需求進(jìn)行局部改進(jìn)優(yōu)化；二是完全推翻傳統(tǒng)的思維模式，依據(jù)新能源汽車(chē)的自身特性與獨(dú)特需求，創(chuàng)造出全新的理念。

目前絕大部分新能源汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)都是在傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行局部改進(jìn)優(yōu)化，這種設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方案的優(yōu)點(diǎn)是可以最大限度降低研發(fā)、生產(chǎn)成本及風(fēng)險(xiǎn)，縮短新能源汽車(chē)研發(fā)、生產(chǎn)周期；缺點(diǎn)是無(wú)法擺脫傳統(tǒng)的思維模式，不能依據(jù)新能源汽車(chē)的自身特性進(jìn)行創(chuàng)造性的研發(fā)與創(chuàng)新。

故本文開(kāi)展了新能源汽車(chē)基于非承載式車(chē)身、前輪中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)、后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)且后輪轉(zhuǎn)向式模塊化底盤(pán)研究。

1.1底盤(pán)系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

1.11非承載式車(chē)身

非承載式車(chē)身（如圖1所示）是現(xiàn)在很多汽車(chē)采用的車(chē)身結(jié)構(gòu)，在此類(lèi)平臺(tái)上設(shè)計(jì)的新能源汽車(chē)不需要在平臺(tái)開(kāi)發(fā)上投入大量人力物力因?yàn)槠涞妆P(pán)框架的特點(diǎn)使得該車(chē)身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)符合整體化設(shè)計(jì)理念。由于底盤(pán)有大梁，形成一個(gè)大的框架且能承載重量，所以可以將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等部件布置于底盤(pán)框架之中。非承載式車(chē)身底盤(pán)框架結(jié)構(gòu)規(guī)整，可在設(shè)計(jì)初期就整體規(guī)劃各部件系統(tǒng)的集成度和布置位置，大大降低了總布置的難度且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、重心低。

1.12前輪中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)、后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)

新能源汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)依據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)可分為兩大類(lèi)即輪轂電機(jī)（如圖1所示）和中央電機(jī)（如圖1所示）。

使用輪轂電機(jī)布置可分為雙電機(jī)后置驅(qū)動(dòng)和前后雙電機(jī)四驅(qū)兩種型式。雙電機(jī)后置驅(qū)動(dòng)方式可實(shí)現(xiàn)模塊化、集成化，易于在傳統(tǒng)平臺(tái)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)油電混合的新能源汽車(chē)方案，純電動(dòng)汽車(chē)上使用存在驅(qū)動(dòng)力不足和整車(chē)重心不穩(wěn)等不足；前后雙電機(jī)四驅(qū)布置的車(chē)身框架結(jié)構(gòu)規(guī)整、不影響總布置和外觀(guān)設(shè)計(jì)和內(nèi)部駕乘空間，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)向車(chē)輪簧下質(zhì)量的增加使車(chē)輛的操控性能有較大程度下降從而降低了車(chē)輛的行駛安全性。

由于輪轂電機(jī)的缺陷使目前概念車(chē)的和量產(chǎn)車(chē)大部分采用中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。中央電機(jī)布置有單臺(tái)電機(jī)后置驅(qū)動(dòng)（如特斯拉MODEL S）和前后雙置四驅(qū)（如特斯拉MODEL X和蔚來(lái)ES8）兩種型式。中央電機(jī)單臺(tái)電機(jī)后置驅(qū)動(dòng)布置與輪轂電機(jī)雙電機(jī)后置驅(qū)動(dòng)布置特點(diǎn)有相似優(yōu)缺點(diǎn)；而中央電機(jī)前后雙置四驅(qū)驅(qū)動(dòng)布置型式雖然有效解決了輪轂電機(jī)前后雙電機(jī)四驅(qū)布置造成的轉(zhuǎn)向車(chē)輪簧下質(zhì)量的增加，致使與行駛安全性較大程度下降問(wèn)題，但卻也由于電機(jī)結(jié)構(gòu)、重量等因素，使得整車(chē)重量增加，從而影響新能源汽車(chē)的外觀(guān)設(shè)計(jì)與內(nèi)部駕乘空間。

研究分析輪轂電機(jī)和中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置各自的優(yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短結(jié)合各自的優(yōu)點(diǎn)采用前輪中央電機(jī)、后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)布置方式，此驅(qū)動(dòng)布置方式有效的解決轉(zhuǎn)向車(chē)輪簧下質(zhì)量的增加，致使車(chē)輛的操控性能與行駛安全性較大程度下降的問(wèn)題，也使得后輪驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化最大程度的降低了整車(chē)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模塊化和集成化。

1.13后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向

在后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上增加線(xiàn)傳操控轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在車(chē)載ECU的控制下既能提高車(chē)輛在高速及ESP狀態(tài)下的操控性能，又能在低速轉(zhuǎn)彎、原地調(diào)頭和倒車(chē)入庫(kù)等駕駛操控中有效縮小車(chē)輛轉(zhuǎn)彎半徑，提高行駛安全性降低駕駛難度。

2 結(jié)論

基于非承載式車(chē)身、前輪中央電機(jī)驅(qū)動(dòng)、后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)且后輪轉(zhuǎn)向式模塊化底盤(pán)（如圖1所示）有以下優(yōu)勢(shì)：

1、 車(chē)身設(shè)計(jì)自由度大。由于平面式的底盤(pán)與車(chē)身獨(dú)立，給車(chē)身的外形造型設(shè)計(jì)提供了無(wú)比的自由。

2、 總布置難度降低，內(nèi)部可利用空間增大。由于底盤(pán)是扁平式的整體框架結(jié)構(gòu)且安置在底盤(pán)上的高度集成的模塊化的鋰電池系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、操控及管理系統(tǒng)都大大減小了所占空間，使得總布置的可利用空間相對(duì)增大，布置難度也相對(duì)降低，相應(yīng)的車(chē)內(nèi)可利用空間也有所增大。

3、 制造、維護(hù)得到大大簡(jiǎn)化。得益于底盤(pán)的整體化設(shè)計(jì)，零部件少、集成度高，制造、裝卸的工藝復(fù)雜程度低，同時(shí)也便于維護(hù)。

4、 出色的車(chē)輛操控性。所有核心系統(tǒng)都布置在底盤(pán)上，因此車(chē)輛的重心非常低，同時(shí)由于后輪輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)獨(dú)立轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的加入使得車(chē)輛操控更穩(wěn)定，提高了車(chē)輛的整體操控性。

5、 碰撞安全性高。由于整套底盤(pán)在制造過(guò)程中保證1：1的前后配重，符合嚴(yán)格的碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)，使得車(chē)輛在發(fā)生碰撞時(shí)堅(jiān)固的底盤(pán)能吸收大部分沖擊力，從而使乘客艙免于因碰撞而凹陷。

擁有上述優(yōu)點(diǎn)的模塊化底盤(pán)是未來(lái)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)，但也面臨著前期研發(fā)投入大、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)等問(wèn)題。

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