燃油車改純電動汽車底盤優(yōu)化設(shè)計

劉建勝

摘 要：文章針對燃油車改純電動汽車的底盤優(yōu)化設(shè)計問題展開研究，闡述底盤設(shè)計內(nèi)容，介紹相關(guān)參數(shù)化設(shè)計，根據(jù)電動汽車的發(fā)展趨勢，提出底盤設(shè)計革新措施，同時對今后電動汽車的設(shè)計發(fā)展作出展望，希望對相關(guān)人員提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：燃油車 電動汽車 底盤 優(yōu)化設(shè)計 參數(shù)化

Optimization Design of Chassis of Pure Electric Vehicle Transformed from Fuel Vehicle

Liu Jiansheng

Abstract：This paper studies the chassis optimization design of fuel vehicle to pure electric vehicle， expounds the chassis design content， introduces the relevant parametric design， puts forward the chassis design innovation measures according to the development trend of electric vehicle， and looks forward to the design and development of electric vehicle in the future， hoping to provide reference and reference for relevant personnel.

Key words：fuel vehicle， electric vehicle， chassis， optimization design， parameterization

1 引言

隨著我國整體經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，人們生活水平得到大幅度提升，我國汽車數(shù)量不斷提升，對環(huán)境造成的污染愈加嚴(yán)重，國民也認(rèn)識到生態(tài)環(huán)保的重要性，汽車行業(yè)借助現(xiàn)代化技術(shù)，從燃油車向純電動車轉(zhuǎn)型發(fā)展，以響應(yīng)我國可持續(xù)發(fā)展的國策方針。然而，燃油車向電動汽車的改進(jìn)過程中，要對底盤進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)參數(shù)化要求進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能在保證車輛零排放的前提下，逐步提升電動汽車的應(yīng)用質(zhì)量，本文針對純電動汽車的底盤優(yōu)化進(jìn)行研究，對新能源汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2 純電動汽車底盤優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)階段在進(jìn)行電動汽車的底盤優(yōu)化設(shè)計時，首先要進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，圍繞汽車底盤的動力學(xué)特征、運動學(xué)參數(shù)等展開綜合分析，根據(jù)結(jié)果得出底盤優(yōu)化方案，在后續(xù)的調(diào)整中逐漸達(dá)到最佳運行狀態(tài)。例如常見的懸架KC分析、動力學(xué)模擬分析，將分析對象設(shè)定為燃油車底盤，采集相關(guān)動力學(xué)參數(shù)，對懸架系統(tǒng)的各部分參數(shù)進(jìn)行模擬，評估懸架的整體性能。隨后替換為純電動汽車的底盤方案，對兩種底盤的應(yīng)用性能進(jìn)行對比，通過對整車上電、下電、穩(wěn)定性、平穩(wěn)運行等進(jìn)行對比，找出純電動汽車底盤存在的風(fēng)險問題，制定相應(yīng)措施[1]。

在后續(xù)優(yōu)化設(shè)計中，主要對前懸架滾動、操作穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、角階躍數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體如下：（1）當(dāng)懸架滾動系數(shù)較低時，可以增加穩(wěn)定桿，使齒輪轉(zhuǎn)動比增加，當(dāng)處于垂直跳動狀態(tài)時，可以改善減震器，降低車輛行駛對底盤造成的負(fù)荷壓力;（2）操作穩(wěn)定性，燃油車底盤向電動汽車改進(jìn)時，要始終關(guān)注底盤的運行穩(wěn)定性，針對整車性能進(jìn)行評估，找出底盤應(yīng)用風(fēng)險，盡早制定解決措施;（3）穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)問題，整車重量偏大時，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動性降低，要對減震彈簧的剛度進(jìn)行調(diào)整，并且適當(dāng)減重，以保證車輛底盤的靈活性。（4）車身整體重量提升時，由于橫擺角與側(cè)向加速會受到影響，會直接反映在角階躍數(shù)據(jù)中，因此可以根據(jù)該項數(shù)值，對電動汽車的底盤穩(wěn)定性展開測算與調(diào)試[2]。

3 燃油車改純電動汽車底盤參數(shù)化設(shè)計

3.1 底盤優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容

在傳統(tǒng)的燃油車底盤設(shè)計工作中，技術(shù)人員僅根據(jù)固定參數(shù)展開設(shè)計，缺乏設(shè)計方案的調(diào)整與實踐檢測，因此很難在后續(xù)中優(yōu)化。而參數(shù)化技術(shù)在汽車底盤中廣泛應(yīng)用，可以有效克服汽車底盤設(shè)計優(yōu)化難題，具體如下：（1）通過參數(shù)化設(shè)計可，以對底盤產(chǎn)品的參數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，通過對不同參數(shù)進(jìn)行搭配與替換，以取得最佳的應(yīng)用成效[3];（2）參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用，可以使特定的參數(shù)對原始參數(shù)進(jìn)行替換，以改善汽車底盤的設(shè)計質(zhì)量;（3）參數(shù)化設(shè)計在汽車底盤設(shè)計中，可以大幅度提高汽車設(shè)計效率和質(zhì)量，尤其是燃油車向純電動車的改型，為保證汽車底盤的綜合性能，因此需要對多項參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

純電動車的底盤優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容如下：（1）電動汽車的底盤設(shè)計，可以在一定程度上沿用傳統(tǒng)燃油車的底盤構(gòu)架，只需要對底盤的系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，但是基本的運行原理保持不變;（2）電動汽車作為機電一體化的綜合工程，其主要由驅(qū)動電機系統(tǒng)，電池系統(tǒng)，電子控制系統(tǒng)，以及電動化輔助系統(tǒng)等組成，因此底盤設(shè)計的研發(fā)需要與機械電氣等專業(yè)協(xié)同，想要發(fā)揮出純電動車底盤的應(yīng)用價值，便要對驅(qū)動電機，動力電池，控制系統(tǒng)等進(jìn)行科學(xué)搭配，對傳動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及制動系統(tǒng)進(jìn)行匯總，這樣才能發(fā)揮出底盤的最佳應(yīng)用效果;（3）純電動汽車的底盤布置，可采用整體化設(shè)計，也就是盡量減少整車零部件，以滿足車載能源的多樣性，可以采用整體化設(shè)計原則，對外部構(gòu)造，整車碰撞安全性等方面提出創(chuàng)新意見;（4）純電動汽車的底盤為滿足車輛的續(xù)航行駛要求，需要對電動機重量，底盤重量，電池重量進(jìn)行調(diào)整，尤其是要注意底盤輕量化技術(shù)，可以采用碳纖維，鋁合金等輕質(zhì)金屬，對傳統(tǒng)的車輛底盤進(jìn)行重塑，采用輕量化輪轂減輕技術(shù)，改善加速與操作性能[4]。

3.2 搭配蓄電池

在確定純電動汽車的底盤后，要針對蓄電池進(jìn)行選擇，主要參數(shù)包括蓄電池的種類，蓄電池的容量，蓄電池電壓等，在選擇過程中不僅要考慮純電動汽車底盤改造后的動力性指標(biāo)，同時還要對汽車改裝后的性價比進(jìn)行分析。例如鉛酸電池應(yīng)用效果良好，比功率也相對較大，成本較低，因此在當(dāng)前純電動汽車中得到有效應(yīng)用。而且鉛酸蓄電池具有較高的運行電壓，在相應(yīng)功率下，電流相對較小，有助于縮減線路功率損失。蓄電池種類選擇完畢后，蓄電池的容量與蓄電池質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系，伴隨蓄電池容量的提升，還可以使汽車?yán)m(xù)駛里程得到提升，不過蓄電池質(zhì)量的提升，還會受到汽車底盤空間結(jié)構(gòu)與承載水平的制約，蓄電池容量同樣不宜過高，這樣可以減輕純電動汽車的底盤整體重量[5]。

3.3 電動機選擇

為保證電動汽車底盤的應(yīng)用質(zhì)量，還要根據(jù)實況搭配相應(yīng)的電動機，由于電動汽車的電動機參數(shù)為額定功率、種類、額定轉(zhuǎn)速等組成。因此，核心要求為促進(jìn)底盤的運行效能，可以搭載過載能力強、瞬時功率較大、加速性能優(yōu)秀的電動機。同時還要對電動機的最高轉(zhuǎn)速作出保證，使其可以在平坦道路中長時間行駛，汽車減速時可以達(dá)成再生制動，通過提升電動機與電源的應(yīng)用效果，提升電動車底盤的應(yīng)用價值。例如選擇永磁同步無刷直流電動機系統(tǒng)，將電動汽車的行駛速度設(shè)為50km/h，對電動機的運行功率進(jìn)行計算，如公式：

P=1/3600ηr（mgf+CAV/21.15）V

上述公式中，將底盤重點設(shè)定為m，將電動機的滾動莫測系數(shù)設(shè)定為f，將風(fēng)阻系數(shù)設(shè)定為C，將迎風(fēng)面積設(shè)定為A，將汽車最高行駛時速設(shè)定為V。同時可以將電動車的常規(guī)時速設(shè)定為30km/h，從而計算出電動機的額定轉(zhuǎn)讀，具體公式如下：

M=igioV/0.3771/r

上述公式中。將電動機的傳動比設(shè)定為ig，將主減速比值設(shè)定為io，V指的是車輛的常規(guī)時速，電動機的滾動半徑為r，在試驗測算中，可以根據(jù)電動機的實際轉(zhuǎn)速與功率情況，調(diào)整到電動汽車的最佳運行狀態(tài)，提升電動機與底盤的契合程度。

4 燃油車改純電動汽車底盤優(yōu)化設(shè)計措施

4.1 建立底盤參數(shù)坐標(biāo)系

燃油車改純電動汽車底盤優(yōu)化設(shè)計，首先要建立底盤參數(shù)坐標(biāo)系，明確底盤組裝過程中各部件的尺寸與組裝位置，為汽車底盤的優(yōu)化設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐。可以在建模中對各零部件進(jìn)行重組，并且對動力學(xué)分析結(jié)果，底盤穩(wěn)定性結(jié)果進(jìn)行匯總，通過調(diào)整不同的零部件種類及組裝位置，可以得到底盤的整體參數(shù)化結(jié)果。也就是說在底盤坐標(biāo)系中，修改相應(yīng)的坐標(biāo)參數(shù)，便可以馬上獲取到電動汽車底盤優(yōu)化后的應(yīng)用質(zhì)量，這樣可以找出車輛底盤存在的隱患與風(fēng)險，盡早制定相應(yīng)的措施[6]。

4.2 打造零部件參數(shù)化模型

其次要打造零部件參數(shù)化模型，由于純電動汽車底盤的總體設(shè)計任務(wù)，便是保證底盤組件的基本結(jié)構(gòu)與空間位置。因此在各類零部件進(jìn)行組裝時，要對其組裝位置、大小尺寸進(jìn)行確定，在此過程中要考慮零件與組裝件的空間關(guān)系，以及純電動汽車底盤的基本結(jié)構(gòu)與動態(tài)參數(shù)。汽車零部件的參數(shù)化模型，需要根據(jù)參數(shù)形狀參數(shù)以及位置參數(shù)進(jìn)行匯總，這樣才能形成立體化的參數(shù)模型，以確定汽車零部件總成的尺寸與基本形狀，將各類汽車零部件組裝擺放到汽車底盤中，便能夠形成最為全面的汽車底盤情況，而未知參數(shù)與形狀參數(shù)，能夠?qū)﹄妱悠嚨牡妆P應(yīng)用效果起到直接影響，通過對以上兩種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，可以創(chuàng)建出控制組件的簡化模型，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計提供平臺支持。

4.3 底盤裝配參數(shù)化設(shè)計

汽車底盤需要由多個組件構(gòu)成，并且這些組件是由多個子組件組成，因此底盤裝配參數(shù)化設(shè)計，可以形成樹形關(guān)系圖，在創(chuàng)建汽車底盤裝配模型前，技術(shù)人員必須建立相應(yīng)的底盤參數(shù)結(jié)構(gòu)圖，樹形結(jié)構(gòu)圖的節(jié)點，是建立的幾種類型的零部件文件，該文件包含多個級別節(jié)點，通過節(jié)點與節(jié)點連接，形成的參數(shù)關(guān)聯(lián)，這樣可以使優(yōu)化設(shè)計中的數(shù)據(jù)參數(shù)更為準(zhǔn)確。同時對裝配體與零件的裝配方法設(shè)計時，通常情況下汽車底盤裝配會采用坐標(biāo)點與約束裝配模式，其中前者指的是根據(jù)預(yù)先設(shè)計的點位，將相關(guān)零部件組裝到汽車底盤中，而后者是先確定主要的部件，如電源、發(fā)動機等，隨后將各類體積較小的零部件安裝在底盤中，因此會受到大型零部件安裝位置與體積的影響。

4.4 底盤干涉檢查與運動校正

最后在底盤參數(shù)化設(shè)計完畢時，還要采用干涉檢查與運動校正的模式，調(diào)節(jié)電動機與前軸之間的運動距離，為了設(shè)計汽車前后變速器，可以將汽車發(fā)動機布置在前軸頂部，避免一系列的運動干擾。因此在組織汽車發(fā)動機時，可以在汽車前軸與油底殼之間留出一定空間，保證兩者之間的距離，提升純電動汽車底盤的應(yīng)用質(zhì)量。此外在進(jìn)行運動矯正時，需要對輪轉(zhuǎn)向運動空間進(jìn)行測試，例如前輪轉(zhuǎn)向運動的自由空間，應(yīng)該將驗證汽車方向盤與操縱活性為基礎(chǔ)，以此來對汽車的方向盤與縱向桿設(shè)計合理性進(jìn)行確認(rèn)，如果方向盤與轎廂之間的運動受到干擾，技術(shù)人員要及時采取有效的優(yōu)化措施，減小車架的寬度或增加前輪軌跡，并且在底盤架構(gòu)中做出調(diào)整。

5 燃油車改純電動汽車底盤設(shè)計發(fā)展趨勢

5.1 應(yīng)用一體化控制技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，燃油車改純電動汽車的底盤設(shè)計，也將朝著多元化方向發(fā)展，例如應(yīng)用一體化控制技術(shù)，降低汽車底盤系統(tǒng)的耦合程度，同時能夠減少汽車底盤設(shè)計的復(fù)雜性，主要以優(yōu)化與改進(jìn)目標(biāo)為核心基礎(chǔ)，以實現(xiàn)電磁主動懸架結(jié)構(gòu)與輪轂電機的集成化發(fā)展。同時可以提高汽車執(zhí)行器的性能與質(zhì)量，為純電動汽車底盤的一體化提供助力，對執(zhí)行器的空間進(jìn)行合理布置，使汽車垂向動力得到提升，這樣可以解決汽車運行系統(tǒng)出現(xiàn)的共振問題。

5.2 以底盤地層控制為基礎(chǔ)

在電動車底盤一體化控制系統(tǒng)中，由于輪邊驅(qū)動汽車具有能量消耗，操作穩(wěn)定性及平順性會被影響，這樣便會對汽車底盤的耦合問題造成一定影響，因此可以參考汽車在實際行駛中的數(shù)據(jù)情況，建立多目標(biāo)系的空間領(lǐng)域，這樣可以提升主動輪的橫向與縱向演變力，使相同區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的疊加效果更為明顯。而借助參數(shù)化設(shè)計與一體化構(gòu)建，可以使純電動汽車的底盤設(shè)計更具可行性。

5.3 全車自有姿態(tài)控制技術(shù)

為實現(xiàn)以輪轂電機為主要基礎(chǔ)的純電動汽車底盤設(shè)計，應(yīng)開發(fā)全車自由姿態(tài)控制技術(shù)，也就是對底盤控制、集成震動、懸架等系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，合理解決汽車平順性與操作性之間的沖突矛盾，為了解決以上問題，要根據(jù)純電動汽車底盤改進(jìn)后的應(yīng)用效果進(jìn)行逐步優(yōu)化，也就是在汽車實際運行時，汽車具有的柔性作用，加入其他主動力，通過其他方法防止汽車在高速行駛前提下發(fā)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。借助參數(shù)化分析，對純電動汽車各種運行狀態(tài)下的底盤穩(wěn)定性進(jìn)行測算，避免荷載力過大而導(dǎo)致輪胎調(diào)動出現(xiàn)問題，可以采用全車自由姿態(tài)控制技術(shù)，更好的配合輪轂電機的驅(qū)動，使加速、位移、制動等操作更加順暢，提升整體控制質(zhì)量，有效改善純電動汽車的操作性與平順性。

6 結(jié)論

綜上所述，汽車底盤設(shè)計是整車設(shè)計的重要組成部分，針對底盤的運行穩(wěn)定性、實踐應(yīng)用效果進(jìn)行匯總，可以準(zhǔn)確判定汽車底盤的應(yīng)用質(zhì)量。并且根據(jù)存在的問題與風(fēng)險因素進(jìn)行調(diào)整，能夠大幅度提高汽車的綜合性能。本文首先闡述純電動汽車底盤優(yōu)化設(shè)計的概念，其次提出燃油車改純電動汽車底盤參數(shù)化設(shè)計，最后提出燃油車改純電動車底盤優(yōu)化具體設(shè)計措施，具體為建立底盤參數(shù)坐標(biāo)系，打造零部件參數(shù)化模型，底盤裝配參數(shù)化設(shè)計，以及底盤干涉檢查與運動校正等，對純電動汽車底盤設(shè)計發(fā)展趨勢作出展望。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，要持續(xù)對純電動汽車的底盤設(shè)計技術(shù)進(jìn)行革新。

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