展望新能源汽車底盤設(shè)計(jì)方向

閆世明

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(wú)尾氣及一氧化碳排放、節(jié)能、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)。介紹了新能源汽車底盤系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r和新能源汽車設(shè)計(jì)流程；對(duì)底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)的兩種方向進(jìn)行了詳細(xì)的分析和研究，認(rèn)為創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)未來(lái)底盤設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： 新能源汽車；設(shè)計(jì)流程；底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)；發(fā)展方向

1.前言

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(lè)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(wú)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(guó)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[1]。

2.新能源汽車研發(fā)設(shè)計(jì)流程

汽車定型產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)工程龐大，需要巨大人力、財(cái)力、物力，需要多部門聯(lián)合才能順利完成。新能源汽車研發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括以下方案策劃、概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、ADAMS軟件樣機(jī)虛擬仿真分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、定型等階段。全新車型研發(fā)動(dòng)輒投資數(shù)億、十億元，具有很大的投資風(fēng)險(xiǎn)性，新項(xiàng)目要經(jīng)過(guò)一系列的市場(chǎng)調(diào)研、考察、論證、項(xiàng)目可行性分析。市場(chǎng)調(diào)研后形成調(diào)研報(bào)告書，確定新型汽車車型、客戶目標(biāo)等；可行性分析建立在調(diào)研報(bào)告的準(zhǔn)確性上面，主要包括政策法規(guī)把控、部門資源整合度、研發(fā)設(shè)計(jì)能力、成本控制、風(fēng)險(xiǎn)投資引入等等；然后才能初步確立車型、參數(shù)配置、底盤總成、車身結(jié)構(gòu)形式等要求。然后進(jìn)入產(chǎn)品說(shuō)明書的編制、新車型的配型、選型設(shè)計(jì)，形成設(shè)計(jì)目標(biāo)大綱。第二階段為概念階段，主要包括整車布置草圖的繪制，確定設(shè)計(jì)的總體方案，主要有依據(jù)人機(jī)工程學(xué)對(duì)車廂、駕駛室合理布置，電池配置、車架底板、前后懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、輪胎及備用胎、空調(diào)系統(tǒng)、娛樂(lè)通信系統(tǒng)、行李艙等布置。第三階段是工程設(shè)計(jì)階段，主要包括內(nèi)飾工程、安全工程、車身工程、懸架工程、通信工程、底盤工程等詳細(xì)的設(shè)計(jì)。其中底盤工程主要包括行駛、傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第四階段為虛擬樣機(jī)的仿真測(cè)試就分析，其利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)（ADAMS軟件）對(duì)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)及產(chǎn)品性能、產(chǎn)品可靠性等性能進(jìn)行分析、模擬，尋找設(shè)計(jì)缺陷。在電動(dòng)汽車底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以全面提升電動(dòng)汽車平順性、安全性，減少設(shè)計(jì)程序和生產(chǎn)工藝流程。第五階段是確定新產(chǎn)品的整機(jī)試生產(chǎn)，進(jìn)行新車的實(shí)際測(cè)試，完成性能測(cè)試報(bào)告，進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)后市場(chǎng)投入[2]。

3.新能源汽車底盤設(shè)計(jì)

3.1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(guó)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)，全部推翻原由設(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)是有電動(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(guò)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(guò)載裕度和合理的經(jīng)濟(jì)性能。設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。我國(guó)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(lè)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。

3.2 底盤設(shè)計(jì)改造方向

目前國(guó)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(wú)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]。

3.3 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(guò)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(wèn)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(zhǎng)，但是未來(lái)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。

4 結(jié)論

新能源汽車具有清潔、噪聲污染小、制動(dòng)能量可回收、無(wú)尾氣及一氧化碳排放、節(jié)能、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近三十年的設(shè)計(jì)研究，我國(guó)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(guó)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(lái)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)。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝志磊， 張學(xué)良. 淺談新能源汽車底盤設(shè)計(jì)方向[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（15）.

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

[3] 宋棟棟. 新能源汽車底盤設(shè)計(jì)趨勢(shì)分析[J].工程技術(shù)：全文版， 2016（11）：00312-00312.