新能源汽車底盤的設計變化

姜應求,車楊軍，高李康

(北汽云南瑞麗汽車有限公司，云南瑞麗 678600)

0 引言

這兩年國家越來越重視環境保護。為了順應這一主題，相關科學技術都圍繞環保進行相關的技術革新。作為一個重要的制造產業，汽車產業的變革首當其沖。傳統燃油汽車的尾氣排放是當今環境污染的一個主要來源，因此取消燃油車并且解決替代其動力的能量是當下所要解決的問題。我國電池技術發展迅速，電動車成為當下新能源車的主要成員。由于以傳統燃油發動機為核心的動力總成的取消，導致了汽車的相關部件產生了很大的改變。尤其是汽車底盤會有一個比較明顯的變化。

1 新能源汽車底盤的總體設計思路

設計開發人員會考慮到開發成本以及周期問題，若完全推翻傳統汽車底盤的設計思路，將會大大提高成本和延長研發周期，在講究效益的今天是不劃算的。所以新能源底盤的開發將會盡可能地沿用現今成熟車型的底盤設計和相關零件，根據新能源車型的特別需要對局部進行改進，這樣開發難度小、成本低、周期短。并且部分零件如果與現有的燃油車通用，這也會大大降低后期用戶的修理維護費用。除了底盤設計布置方面的變化，為保證電動車的續航能力，相關材料的選擇也將得到進一步優化，在保證底盤性能穩定的前提下，設計師將會盡可能地考慮輕量化材料的運用。

2 新能源汽車底盤各子系統的變化

汽車底盤由傳動系、行駛系、轉向系以及制動系4個部分構成。傳統汽車底盤的主要作用是支承、安裝汽車發動機及其各部件總成，形成汽車整體造型，并接受發動機動力，使汽車運動，并保證汽車正常行駛。新能源汽車底盤的作用基本和傳統汽車的相同，只是其支承、安裝汽車發動機的作用現在變更為支承、安裝以電池模塊為核心的電機動力總成。由于發動機總成的取消，底盤各系統也相繼出現了一定的改變，接下來作者主要討論新能源汽車底盤各子系統的變化趨勢，其中由于新能源汽車行駛系與傳統燃油車相比變化不大，在此不做深入討論。

2.1 傳動系統的變化

目前新能源電動車傳動系統主要有以下三種方案：

方案一：單電機傳動系統，其傳動方案如圖1所示。

這種單電機傳統系統的結構類似于現在的內燃機汽車，它由一臺電動機、變速器、電源以及電機控制器等組成，便于在原有汽車平臺進行生產制造，由于沿用現有平臺，所以結構相對比較穩定。但是單電機傳動系統對電動機的功率需求大，因此存在電機尺寸比較大、質量大等缺點，車質量的增加影響了電動車續航的能力，因此限制了電動車的發展。

圖1 單電機傳動系統方案簡圖

方案二：主電機+輪轂電機傳動方案，其方案簡圖如圖2所示。

圖2 主電機+輪轂電機傳動方案簡圖

此傳動方案是由主電機驅動前輪使電動汽車向前行駛，后輪的兩個輪轂電機主要為電動汽車提供后備功率以及在純電動汽車減速或者下坡時回收能量。大負荷運行時，輪轂電機可以保護主電機，并且提供后備功率；減速以及下坡工況下，3個電機同時進行能量回收，可提高能量利用率。

采用此方案一方面提高了電動汽車的后備功率，使驅動系統結構簡單，但同時也增加了輪轂的轉動慣量，試車操控性下降。另外輪轂電機在惡劣天氣容易受到溫度、水、灰塵等多方面影響，因此在考慮密封問題時又要考慮電機散熱，而兩者不可兼得，只能權衡好兩者的利弊情況下進行相關設計。

方案三：雙電機雙軸驅動方案，其方案簡圖如圖3所示。

圖3 雙電機雙軸驅動方案簡圖

該傳動系統采用兩臺小功率的電動機分別驅動前軸和后軸。采用兩個小功率的電動機比采用單個功率值為兩個小功率電機功率之和的電動機驅動車輛，可以在相同的車輛負荷下，提高單個小電動汽車的負荷率，進而提升電動車工作效率，減少電能消耗，提高電動車的續航能力。

總的來說，通過對以上3種方案的對比，可以確定雙電機雙軸驅動可以提升電動汽車的能量利用率，增加電動汽車的續航里程，使經濟性上升；可以提高電動汽車整車動力性，使電動汽車操控性能上升，增強駕駛質感。

2.2 轉向系的相關變化

在傳統燃油車中，一般都采用液壓助力轉向系統，由發動機帶動轉向泵，即通過轉向閥、轉向缸、高壓油管等帶動齒輪齒條式轉向器實現汽車轉向。由于新能源汽車中燃油發動機總成已撤銷，所以傳統動力轉向泵未能繼續使用，必須合理設計與現代需求相符的轉向系統，其管路等相關零部件也要做適當改變。

新能源汽車多采用電動助力轉向系統。它和燃油車的共同點是有3種不同的轉向系統，即轉向管柱式齒輪齒條轉向器、小齒輪式齒輪齒條轉向器和齒條式轉向器。相關模型如圖4—圖6所示。

電動助力轉向系統的伺服單元可以安裝在轉向管柱、小齒輪、齒條上，主要取決于安裝空間、車輛電源供給及轉向力的需求。電子助力轉向系統與傳統液壓式轉向系統相比除伺服單元外，無需任何主要部件，如轉向閥、轉向缸、高壓油管等。這既可減輕質量又簡化了車的內部安裝。電動助力轉向系統只在車輛轉向時電機才提供電能，極大地減少了電能消耗。

圖4 管柱式電動助力轉向系統

圖5 雙小齒輪式電動助力系統

圖6 齒條式電動助力系統

2.3 制動系的相關變化

目前純電動汽車采用的液壓制動系統與傳統汽車的結構差異不大，但是由于傳統燃油發動機總成的取消，導致制動真空助力泵失去了真空源,這就需要增加電動真空泵為其提供真空源方可工作。所以在液壓制動系統的真空輔助助力系統和制動主缸兩個部件上，電動汽車和傳統燃油車存在較大差異。

純電動汽車沒有燃油發動機總成即沒有傳統的真空源，而傳統內燃機轎車的制動系統真空助力裝置的真空源來自發動機進氣歧管,真空度負壓一般可達到0.05～0.07 MPa。僅由人力所產生的制動力無法滿足行車制動的需要，所以通常需要為電動汽車單獨設計一個電動真空泵來為真空助力器提供真空源，這就是電動真空助力系統，其構成如圖7所示。

圖7 電動真空助力器

如圖7所示，電動真空助力系統由真空泵、真空罐、真空泵控制器(后期集成到VCU整車控住器里)以及與傳統汽車相同的真空助力器、12 V電源組成。其工作原理如圖8所示。

圖8 電動真控制動系統工作原理

3 結束語

就目前而言，無論是因為環境保護的需要，還是從駕駛舒適的體驗，或者由于不可再生能源的缺失等原因，新能源汽車的發展是必須的。而底盤是汽車的重要組成部分，作者從幾個大的方面簡要討論了新能源汽車底盤各系統的主要變化，并比較了新能源電動車與傳統燃油車的區別。新能源汽車底盤的設計應從革新體制與創新思路出發，在現有汽車平臺上進行相應的開發，這既縮短了開發周期，又降低了成本，部分零件與傳統燃油車通用也為日后車輛保養提供便利性，也降低了后期用戶保養成本。總而言之，作者認為，新能源底盤的開發還是會在現有燃油車平臺上進行，這可以縮短新能源車型開發周期、降低開發風險、節省成本、盡快量產。