汽車滑板底盤技術(shù)體系研究

姜濤　劉辰　賈國瑞

摘要：通過系統(tǒng)梳理現(xiàn)有行業(yè)中滑板底盤的技術(shù)進展，對比頭部企業(yè)研發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)特點，明晰各家企業(yè)商業(yè)模式，研判行業(yè)滑板底盤技術(shù)趨勢，為企業(yè)前瞻技術(shù)布局提供參考，支撐未來相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)的制定。

關(guān)鍵詞：滑板底盤；線控底盤；底盤平臺

中圖分類號：U461? 收稿日期：2023-05-23

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.06.008

1 前言

傳統(tǒng)汽車由發(fā)動機、電氣、車身和底盤四大部分構(gòu)成。其中底盤適用于承載發(fā)動機、車身和電子設(shè)備等部件并傳遞內(nèi)燃機的動力，通過本身的各種機構(gòu)，將發(fā)動機的動力傳輸至車輪，驅(qū)動車輛行駛。傳統(tǒng)汽車底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動系四部分組成。底盤作為汽車的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響汽車行駛的運動性、經(jīng)濟性、平順性、操縱穩(wěn)定性以及安全可靠性。

近年來，隨著新能源汽車的快速發(fā)展，新產(chǎn)品開發(fā)周期逐漸縮短，用戶需求日益多元化，因此推動車企關(guān)注滑板底盤技術(shù)。所謂滑板式底盤，即將電池、電動傳動系統(tǒng)、懸架、剎車等部件整合在底盤上，實現(xiàn)車身和底盤的分離，設(shè)計解耦［1］?；迨降妆P具有高集成度、高通用率、高拓展性等優(yōu)勢，是汽車電動化、智能化趨勢下重要的發(fā)展方向，在降低產(chǎn)品開發(fā)周期、降低研發(fā)成本、豐富智能生態(tài)、提升空間利用等方面具有競爭力?；谶@類平臺，車企可以大幅降低前期研發(fā)和測試成本，同時快速響應(yīng)市場需求打造不同的車型。尤其是無人駕駛時代，車內(nèi)的布局不再是以駕駛為中心，而是會注重空間屬性，因此，車企采用滑板式底盤可以為上部車艙的開發(fā)提供更多的可能。

滑板底盤已引起汽車行業(yè)內(nèi)外廣泛關(guān)注，但尚未有文獻提出滑板底盤的開發(fā)，物理結(jié)構(gòu)、信息結(jié)構(gòu)、滑板底盤技術(shù)體系也無明確架構(gòu)。本文提出針對新能源汽車的滑板底盤整車開發(fā)、物理結(jié)構(gòu)以及信息結(jié)構(gòu)，并總結(jié)現(xiàn)有滑板底盤的技術(shù)體系，代表公司產(chǎn)品及其特點，現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)和問題，研判未來技術(shù)發(fā)展趨勢。

2 底盤平臺架構(gòu)演化歷程

底盤平臺架構(gòu)總體劃分為三個階段：a.平臺架構(gòu)1.0階段，重點關(guān)注的是機械零件共用性。b.平臺架構(gòu)2.0階段，關(guān)注重點不僅包括機械零部件，還包括機械零件的接口標(biāo)準(zhǔn)化，例如大眾的MEB汽車平臺，針對不同軸距輪距的平臺架構(gòu)而設(shè)計。c.平臺架構(gòu)3.0階段，不僅包括前期零部件的通用性和標(biāo)準(zhǔn)化，還涵蓋電子電氣架構(gòu)的融合和接口標(biāo)準(zhǔn)化，尤其與電驅(qū)動、動力電池和自動駕駛相關(guān)，進一步推演底盤系統(tǒng)可以獨立設(shè)計和控制。

滑板底盤的特點是將整車的動力、制動、轉(zhuǎn)向、三電模塊等集成在底盤之上，形成一個獨立功能區(qū)，與傳統(tǒng)底盤不同點是滑板底盤通過預(yù)留的電氣和車體接口，實現(xiàn)上下車體分離，進而使車身與座艙可以根據(jù)需求更換［2］。

3 底盤開發(fā)

3.1 底盤開發(fā)流程

3.1.1 傳統(tǒng)汽車底盤開發(fā)流程

底盤開發(fā)分為底盤設(shè)計逆向工程和底盤正向開發(fā)兩種方式。

逆向工程是針對現(xiàn)有產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)在線過程，即對一項目標(biāo)產(chǎn)品進行逆向分析研究，從而演繹出該產(chǎn)品的設(shè)計要素，以及制作出功能相近的產(chǎn)品。底盤的正向開發(fā)流程包括底盤性能對標(biāo)與定標(biāo)、底盤概念設(shè)計、總成和零部件設(shè)計、樣車試制與驗證。

底盤開發(fā)流程與整車開發(fā)的流程以及時間點相配合。其中共分9個關(guān)鍵節(jié)點：產(chǎn)品規(guī)劃、項目啟動、概念批準(zhǔn)、項目批準(zhǔn)、工程樣車、產(chǎn)品與生產(chǎn)工藝驗證、測試生產(chǎn)、試生產(chǎn)和批量生產(chǎn)。具體可分為懸架開發(fā)和制動系統(tǒng)的開發(fā)兩個并行的流程，其中制動系統(tǒng)開發(fā)包括硬件開發(fā)和軟件開發(fā)。在底盤系統(tǒng)開發(fā)過程中，前期的架構(gòu)開發(fā)和虛擬仿真分析、對重量載荷分解計算懸架承載，動力學(xué)、應(yīng)力計算、運動軌跡分析等是開發(fā)流程中的重要工作。

SOP批量生產(chǎn)階段就是客戶可以拿到車的時間點。整個完整的汽車研發(fā)時間點大約4年。但由于互聯(lián)網(wǎng)思維被普遍引入整車研發(fā)，因此目前“快”成為各大整車廠在研發(fā)過程中的核心。

3.1.2 新能源汽車滑板底盤開發(fā)現(xiàn)狀及流程

前期新能源汽車的底盤開發(fā)設(shè)計處于由傳統(tǒng)車改良設(shè)計階段。在改制設(shè)計過程中，運用大量整體化設(shè)計理念，尤其是底盤設(shè)計與新能源汽車的整體布局強相關(guān)，重點在動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上。這種設(shè)計極大地影響新能源汽車的內(nèi)部空間和外形設(shè)計。從能源類型角度分析，新能源汽車的底盤系統(tǒng)需要的能源具有多樣性特點，適用于高級集成度的系統(tǒng)模塊開發(fā)。圖1所示為新能源汽車底盤設(shè)計。

第二階段，為了完全拋棄“油改電”平臺設(shè)計的不良影響，純電動平臺把整體優(yōu)化設(shè)計作為核心，重新設(shè)計與現(xiàn)代消費者需求相匹配的汽車設(shè)計理念。新能源汽車底盤設(shè)計的創(chuàng)新，不僅在動力系統(tǒng)方面，還要在轉(zhuǎn)向、傳動和制動等方面密切配合，相互協(xié)作，進而有效提升汽車整體性能。

底盤設(shè)計的創(chuàng)新始于線控底盤的出現(xiàn)，進而在資本和創(chuàng)新公司的推動和包裝下，延伸為“滑板底盤”的概念。追根溯源，最早的“滑板式底盤”是美國通用汽車在一輛概念車上的創(chuàng)新發(fā)明，其顛覆了傳統(tǒng)底盤模式，技術(shù)核心是厚度為28 cm的鋁制滑板底盤，該設(shè)計框架包含汽車所有的核心動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向、制動和變速等部件，并提供唯一的通向車身的電器連接接口。與此同時，高技術(shù)引入線傳操控技術(shù)（By wire），促進底盤系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)引入創(chuàng)新設(shè)計。另外，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)改為電子控制，不再由傳統(tǒng)機械方式控制，因此取消轉(zhuǎn)向柱等零部件，反而增加車身布局空間?；宓妆P的核心理念是上下分體式開發(fā)。核心系統(tǒng)與傳統(tǒng)車本質(zhì)上相似，不同的是變速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等都通過電氣連接，再延伸到汽車車身。

經(jīng)過梳理總結(jié)，歸納滑板底盤的優(yōu)勢如下：

a.解放車身設(shè)計，自由度極大提高。

b.總體布局難度降低，內(nèi)部可用空間提升。由于底盤是扁平化的框架，底盤上的動力電池系統(tǒng)集成度提高。線路傳輸系統(tǒng)有利于轉(zhuǎn)向和制動系統(tǒng)的空間精簡化，因此變相增加總體布置的可用空間，降低布置難度，從而導(dǎo)致車輛可用空間的增加，如圖2所示。

c.車輛制造和維護難度極大降低。

d.優(yōu)秀的操控性。所有核心的動力系統(tǒng)均布置在底盤，因此，產(chǎn)品的重心相對更低，提高車型的操控性。

e.碰撞安全性高。在制造過程中，底盤保證前后配重平衡，更符合嚴(yán)格的碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)；若發(fā)生碰撞，底盤可吸收大部分沖擊力，進而保護乘客艙免于因碰撞而內(nèi)陷。

3.2 底盤開發(fā)模式

3.2.1 傳統(tǒng)汽車底盤開發(fā)模式

傳統(tǒng)汽車的底盤開發(fā)模式首先由底盤設(shè)計開始，基于實際運行工況出發(fā)，對多種可能的因素綜合考慮，包括坡度、碎石、沖擊對底盤的影響，以保證底盤的穩(wěn)定性。同時，由于汽車底盤有可能長時間在潮濕的環(huán)境中運行，因此極其容易收到鹽、水的影響，產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，影響其他構(gòu)件的壽命。因此在開發(fā)過程中極其重視腐蝕因素的影響。此外，汽車空間的充分考慮系統(tǒng)集成化的特點也是傳統(tǒng)汽車不斷演化的方向之一。

3.2.2 新能源汽車滑板底盤開發(fā)模式

與傳統(tǒng)汽車在開發(fā)模式相比，新能源汽車需采用更加整體性、系統(tǒng)化、智能化的新型開發(fā)理念，保障開發(fā)產(chǎn)品的合理性和應(yīng)用的舒適性，尤其是優(yōu)化動力匹配。

與傳統(tǒng)底盤不同的，新能源汽車的底盤的開發(fā)設(shè)計更側(cè)重于鋁制滑板。在結(jié)構(gòu)布置中，由于取消傳統(tǒng)發(fā)動機而引入真空助力泵，因此需要對新的動力系統(tǒng)做出相應(yīng)的調(diào)整。對各個子系統(tǒng)的零部件完成開發(fā)設(shè)計之后，還需要通過CAE的方法對碰撞安全、噪音強度等進行模擬的仿真。

此外，由于子系統(tǒng)是新開發(fā)的模式，因此汽車后艙布局有所變化，這要求對整車車體的質(zhì)量和載荷進行重新模擬計算，提高底盤的安全指數(shù)。

在子系統(tǒng)的開發(fā)流程中，還需考慮到電池組的整體布置、三電系統(tǒng)的整體配合、底盤輕量化、線束的設(shè)計等多方位的開發(fā)。

4 滑板底盤物理結(jié)構(gòu)

在新能源汽車底盤的結(jié)構(gòu)中，由于傳統(tǒng)汽車底盤無法覆蓋電動車的全部需求，因此電動汽車的底盤需要被重新設(shè)計。變速器和離合器可被取消，在前后軸布置電驅(qū)動系統(tǒng)。動力傳輸由電驅(qū)動提供，通過傳動軸傳遞到主減速器。以上方案同時可以兼顧動力傳遞效率和整車輕量化，并且前后電機可保證動力分配更均勻，空間利用更充分，缺點是電機控制相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機更復(fù)雜。

在電池布置方面，由于電池組布置在底盤，改變座椅角度位置參數(shù)的方案會影響用戶的駕駛體驗，因此需要合理設(shè)計座椅的擺放位置。此外，電池組擺放應(yīng)盡量分散以增加車內(nèi)活動空間，優(yōu)化駕駛員感受。在安全維度，分散布置電池組可以降低各電池組模塊之間的接觸面積，避免碰撞或摩擦的危險。另外，一塊或多塊電池故障時，不影響其他電池的使用。

在新能源底盤布置上需要重點關(guān)注如下三點：a.電池模組安放在底盤質(zhì)心并靠近主減速器，如此可提高車輛行駛的穩(wěn)定性，又可減少動力傳輸過程中的能量損耗；b.電池架的設(shè)計應(yīng)便于電池組安裝、拆卸和檢驗，方便車輛后期維修；c.有選擇性地沿用傳統(tǒng)底盤的可靠結(jié)構(gòu)，減少新平臺研發(fā)成本，提升車型的行駛、轉(zhuǎn)向和制動性能。

5 新能源汽車滑板底盤技術(shù)體系

滑板底盤的三個技術(shù)重點：a.與整車相關(guān)的核心控制模塊均集成在底盤；b.滑板底盤可實現(xiàn)上下車體分離；c.可隨意切換不同車身。

為實現(xiàn)上下分體式造車，滑板底盤需采用全集成和全線控制，將動力、制動、轉(zhuǎn)向、熱管理、三電等功能模塊集成在底盤，并實現(xiàn)全線控制，以便上下車體解耦分離，其功能架構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示。這是滑板底盤區(qū)別其他純電平臺的最大不同點，以特斯拉和大眾MEB的純電平臺為例，其生產(chǎn)與設(shè)計均是以車身為核心，無法做到車身和底盤的分離，如圖4所示。

在實現(xiàn)上下分體式造車后，滑板底盤需具備“上下一體共同承載”能力。開發(fā)底盤時只需定義好接口，至于車身的設(shè)計則交給車企，即實現(xiàn)車身與底盤的獨立開發(fā)，獨立迭代，實現(xiàn)“一底盤多用”，縮短車型迭代周期，提高研發(fā)效率，降低研發(fā)成本。當(dāng)?shù)妆P和上裝組裝后，整車融為一體式承載，實現(xiàn)最優(yōu)的操控性、安全性和舒適性，如圖3所示。

滑板底盤能釋放座艙空間，成為移動大平層。目前部分車型底盤由于設(shè)計構(gòu)造原因無法做到純平，表現(xiàn)到具體產(chǎn)品上是座艙地面部分凸起，不利于打造移動空間。而滑板底盤由于采用全線控技術(shù)，底盤整合熱管理系統(tǒng)，整個底盤之上艙體成為一個空間較大的大平層，可實現(xiàn)多種組合，變換不同場景，為未來的汽車內(nèi)艙設(shè)計留有巨大空間。

6 新能源汽車滑板底盤技術(shù)挑戰(zhàn)及未來趨勢

6.1 滑板底盤面臨的挑戰(zhàn)

目前滑板底盤平臺架構(gòu)開發(fā)遇到的挑戰(zhàn)之一是平臺架構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)與電子結(jié)構(gòu)解耦，以及電子電氣線速的模塊化設(shè)計［3］。例如，通用集團的奧特能電動車平臺中，電池模組之間的無線通信是亮點之一，另一個典型代表是華為正在攻關(guān)的無線電子電氣架構(gòu)，通過減少線束的方式，減少線纜成本和整車重量，降低整車能耗。但采用無線數(shù)據(jù)傳輸，需要攻克信號帶寬、數(shù)據(jù)無線傳輸穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性等關(guān)鍵問題。

6.2 滑板底盤發(fā)展趨勢

6.2.1 產(chǎn)品維度

a.同一平臺產(chǎn)品面向使用場景多樣化。

未來針對OEM定制化的滑板底盤產(chǎn)品將陸續(xù)研發(fā)，對同一公司不同使用場景的產(chǎn)品，開發(fā)具有適用性通用的滑板底盤將成為趨勢之一。例如，奧迪子公司Italdesign聯(lián)合PIX Moving聯(lián)合研發(fā)的Ultra-Skateboard智能滑板底盤，以及REE公司專為步入式貨車（駕駛員可在貨箱和駕駛艙之間直行的貨車）和商用車設(shè)計的P7滑板底盤平臺，均面向多種使用場景開發(fā)的滑板底盤。

b.特定車型和使用場景應(yīng)用比例提升。

自動駕駛場景的車型產(chǎn)品采用滑板底盤技術(shù)的產(chǎn)品將增多，例如，REE開發(fā)的基于全新模塊化車輛平臺的全自動駕駛車型Leopard，專注于自主送貨，如圖5所示，PIX Moving移動空間應(yīng)用無人駕駛小巴Robobus，正處于環(huán)境適應(yīng)性、耐久性、可靠性與安全性等測試。

滑板底盤在特殊用途的商用車應(yīng)用范圍擴大，尤其在環(huán)衛(wèi)、快遞物流領(lǐng)域。例如，2022年P(guān)IX Moving與福龍馬集團聯(lián)合開發(fā)的環(huán)衛(wèi)智能機器人（圖6），以及豐田日野公司與REE聯(lián)合開發(fā)的用于專業(yè)運輸用途的商用車，其解決方案由REE提供動力總成的定制化出行服務(wù)的模塊化平臺。

乘用車方面，搭載滑板底盤或?qū)⒊蔀樾屡d互聯(lián)網(wǎng)獨角獸及造車新勢力產(chǎn)品的營銷賣點。例如，ARRIVAL與Uber合作推出的網(wǎng)約專用純電動車，續(xù)航300 km，通用的滑板底盤設(shè)計保證乘客足夠的空間，如圖7所示。另外，針對普通家庭用車，美國造車新勢力Rivian公司基于滑板底盤設(shè)計出R1S電動SUV和R1T電動皮卡，如圖8所示，未來考慮搭載135 kW·h的大容量電池以保證長續(xù)航。

6.2.2 技術(shù)維度

a.在集成方向上，未來在滑板底盤平臺上，根據(jù)各家的技術(shù)特長，兼顧電池或電驅(qū)動模塊，融合更多集成技術(shù)。例如，悠跑科技UP超級底盤融合高集成熱管理系統(tǒng)和CTC電池系統(tǒng)；REE公司與AAM合作研發(fā)的滑板底盤，將三合一的電驅(qū)動系統(tǒng)直接集成至底盤平臺。

b.在架構(gòu)的創(chuàng)新上，滑板底盤在電子電氣架構(gòu)的創(chuàng)新與相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)齊頭并進。例如，ARRIVAL公司規(guī)劃未來采用意法半導(dǎo)體的高性能安全車規(guī)級芯片升級平臺的ECU，而悠跑UP公司的滑板底盤未來通過升級插拔環(huán)網(wǎng)EEA實現(xiàn)開發(fā)自由。

c.在產(chǎn)品設(shè)計上，設(shè)計底盤的過程中，底盤架構(gòu)及其功能子系統(tǒng)不能改變，例如引入真空助力泵解決制動問題。此外，對各子系統(tǒng)設(shè)計后，需要運用CAE分析懸架系統(tǒng)，從而降低系統(tǒng)工作過程中的NVH。此外，全新的底盤需要對整車的質(zhì)量和載荷進行精密計算，分析電動汽車前后軸載荷的分布情況，提升懸架的安全系數(shù)。

6.2.3 推進技術(shù)的商業(yè)模式維度

a.基于滑板底盤的3.0平臺架構(gòu)，可以支持零部件共用化和機械零件接口標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)上的商業(yè)模式，即現(xiàn)代大部分車企的商業(yè)模式。

b.基于滑板底盤開發(fā)的上車車體，同樣是平臺架構(gòu)獨立的產(chǎn)品，可支持各種結(jié)構(gòu)的改裝和物理添加配置，即借口標(biāo)準(zhǔn)化，因此滿足消費者的個性化需求。例如，擁有滑板底盤的二手車在不同車主之間流轉(zhuǎn)時，可以增添或刪減某項車身上體部件，如天窗、沖浪板、安置箱等。

c.面向日新月異的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在軟件定義汽車的時代中，消費者可以根據(jù)需求定制軟件服務(wù)。例如，在北方的客戶甲需要高效的電池加熱功能，以后轉(zhuǎn)手賣給在南方的客戶乙可以取消加熱功能而訂閱除濕的配置，并且面向各類消費者的形式數(shù)據(jù)支持對應(yīng)的定制化需求，因此提升滑板底盤產(chǎn)品的商業(yè)盈利性。

7 結(jié)語

本文通過系統(tǒng)梳理底盤構(gòu)架的演化歷程，對比傳統(tǒng)汽車底盤與新能源汽車滑板底盤在開發(fā)流程和開發(fā)模式的差異，總結(jié)滑板底盤的物理結(jié)構(gòu)，歸納了滑板底盤的技術(shù)體系，并介紹了滑板底盤現(xiàn)今面臨的挑戰(zhàn)，研判未來其在產(chǎn)品、技術(shù)和商業(yè)模式上的發(fā)展趨勢，得出結(jié)論如下：

a.滑板底盤可以極大降低企業(yè)開發(fā)新車型的開發(fā)周期和成本，尤其是大幅降低前期的研發(fā)和測試成本，其相關(guān)產(chǎn)品可快速響應(yīng)市場需求，實現(xiàn)全新及迭代車型的批量化生產(chǎn)。

b.由于純電動汽車缺省內(nèi)燃機的布置，電池CTC等技術(shù)的發(fā)展，將助力滑板底盤的應(yīng)用，推動底盤系統(tǒng)向更高程度的集成化，從而使滑板底盤適配更多的應(yīng)用場景。

c.滑板底盤技術(shù)的應(yīng)用將推動新型電子電氣架構(gòu)的發(fā)展，信號帶寬、數(shù)據(jù)無線傳輸穩(wěn)定性和系統(tǒng)安全性等關(guān)鍵問題需引起行業(yè)重視。因此，相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的提前籌劃極為重要，或直接影響滑板底盤技術(shù)的演化進度。

參考文獻：

[1]王志超，吉曉健新能源汽車底盤設(shè)計方向初探[J]中文科技期刊數(shù)據(jù)庫（全文版）自然科學(xué)，2018（1）：365

[2]吳舒寧新能源汽車底盤設(shè)計的發(fā)展趨勢研究[J]新能源汽車，2019（6）：14-15

[3]馬建新，林小鳳新能源汽車底盤設(shè)計的發(fā)展趨勢探討[J]汽車與駕駛維修，2017（9）：89.

作者簡介：

姜濤，男，1965年生，工程師，研究方向為整車集成及能量管理技術(shù)。