展望新能源汽車底盤設計方向

閆世明

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、節能、舒適性好等優點。介紹了新能源汽車底盤系統發展狀況和新能源汽車設計流程；對底盤系統設計的兩種方向進行了詳細的分析和研究，認為創新設計時未來底盤設計的發展方向。

關鍵詞： 新能源汽車；設計流程；底盤系統設計；發展方向

1.前言

近些年，新能源汽車底盤電子控制技術飛速發展。懸架結構、制動防抱死系統（ABS）空氣氣囊、防滑轉電子控制系統（ASR）、防傾斜系統等廣泛應用，很大程度上提升了制動系統的穩定性和防碰撞安全性。ASR對于行車起步、穩定加速、滑溜路面操控性具有很好的改善。一鍵啟動、發動機啟停、自動變速器等技術的應用使得汽車的舒適性、操縱性、穩定性進一步提升。電子控制懸架的設計對于結構性能的改善更是前進一大步，系統可以預先根據行駛路面狀況，行駛車速等對電子控制懸架剛度、阻尼特性、車身底盤高度進行實時調節。另外，電腦行駛記錄儀、方向盤自動調整系統、自動巡航系統、車載娛樂通信系統、車內裝飾布局等設計及應用更是全面提升了新能源汽車的書舒適性、安全性、穩定性、操縱性。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、節能、舒適性好等優點。現階段我國在新能源汽車穩定性、舒適性、安全性的性能方面投入巨大人力、財力、物力[1]。

2.新能源汽車研發設計流程

汽車定型產品的研發設計工程龐大，需要巨大人力、財力、物力，需要多部門聯合才能順利完成。新能源汽車研發設計過程主要包括以下方案策劃、概念設計、工程設計、ADAMS軟件樣機虛擬仿真分析、優化設計、定型等階段。全新車型研發動輒投資數億、十億元，具有很大的投資風險性，新項目要經過一系列的市場調研、考察、論證、項目可行性分析。市場調研后形成調研報告書，確定新型汽車車型、客戶目標等；可行性分析建立在調研報告的準確性上面，主要包括政策法規把控、部門資源整合度、研發設計能力、成本控制、風險投資引入等等；然后才能初步確立車型、參數配置、底盤總成、車身結構形式等要求。然后進入產品說明書的編制、新車型的配型、選型設計，形成設計目標大綱。第二階段為概念階段，主要包括整車布置草圖的繪制，確定設計的總體方案，主要有依據人機工程學對車廂、駕駛室合理布置，電池配置、車架底板、前后懸架系統、制動系統、輪胎及備用胎、空調系統、娛樂通信系統、行李艙等布置。第三階段是工程設計階段，主要包括內飾工程、安全工程、車身工程、懸架工程、通信工程、底盤工程等詳細的設計。其中底盤工程主要包括行駛、傳動、轉向、制動系統的設計。第四階段為虛擬樣機的仿真測試就分析，其利用計算機輔助系統（ADAMS軟件）對結構工程設計及產品性能、產品可靠性等性能進行分析、模擬，尋找設計缺陷。在電動汽車底盤優化設計中，可以全面提升電動汽車平順性、安全性，減少設計程序和生產工藝流程。第五階段是確定新產品的整機試生產，進行新車的實際測試，完成性能測試報告，進行產品改進后市場投入[2]。

3.新能源汽車底盤設計

3.1底盤總體設計

不論是概念車還是量產車，自主車型或者國際典型車型，新能源汽車底盤系統的設計方向發展主要包括兩個方面。第一在傳統車型平臺進行客戶需求性局部改造；第二是創新新車設計平臺，全部推翻原由設計思維，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、經濟性、動力性、操穩性、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、操穩性。底盤的懸架系統應具備良好的牢固性，懸架系統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、制動系統零部件的結構、功能、尺寸、工藝參數進行合理定義；按照定義內容開展結構設計，計算出各個參數，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是有電動機和驅動橋構成，行駛系統由懸架設計構成，轉向系統為轉向器、轉向傳動機構構成，制動系統主要是制動器、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。新能源汽車傳動系參數匹配設計通常是主減速器和變速機構設計。電動機輸出特性一定時，傳動系最大傳動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展的關鍵性技術。我國擁有全球最為龐大的電池生產供應基地和鋰資源原產地，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，解決了電池熱穩定性等關鍵技術，為電動汽車提供高效、穩定的動力源。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、循環充放電次數、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。另外，鉛蓄電池電壓與電動機電壓等級應統一，考慮電動助力系統、娛樂通信系統、照明系統、空調系統、電動轉向系統需要一定的功率損耗，電池組總電壓應大于電動機額定電壓。還用充分考慮電池容量，滿足車輛續駛里程的要求。

3.2 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有車型平臺基礎上的局部改造。即在原有平臺基礎上，開發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的整體性能。其優點在于原有設計平臺上，按照底盤系統原有工作原理，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，降低了生產成本。

總布置方案的改造影響底盤系統的懸架子系統比較突出。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。如果不匹配，則重新設計懸架系統；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，根據仿真結果進一步調整懸架設計參數[3]。

3.3 創新新車設計方向

創新設計是全新的設計理念，徹底放棄原有平臺，原有設計思維模式，重塑理念，針對底盤系統，底盤整體框架結構、四大子系統全部重新設計。新能源汽車底盤創新設計方向從概念設計-可行性分析-定型的一個演進過程。創新設計方向的優點在于增加了車身設計的自由度，解決了車身造型設計思路問題；降低了總布置方案的難度，由于全新設計，底盤系統與內部空間利用度、電池組安裝位置等具有較高的匹配性。底盤整體化優化設計，采用較少零部件，設計集成度更高，減少了制造和加工工藝，便于維護保養。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計方向各有特點，創新設計前期投資巨大，開發周期相對很長，但是未來新能源汽車發展總體趨勢，有利于提高整車性能，控制企業成本。

4 結論

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、節能、舒適性好等優點。經過近三十年的設計研究，我國新能源汽車底盤設計應用發展迅速，現階段我國在新能源汽車穩定性、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展，電動車底盤系統將更加智能化、人性化、安全可靠性將更進一步增強。

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展方向[J].工程技術：文摘版， 2016（8）：00309-00309.

[3] 宋棟棟. 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.