新能源汽車模塊化底盤研究

黃澤明

摘 要：本文只開展新能源汽車基于非承載式車身前輪中央電機驅動，后輪輪轂電機驅動且后輪全動轉向式模塊化底盤研究。

關鍵詞：新能源汽車、非承載式、輪轂電機驅動、后輪轉向、模塊化底盤

引言

我國是目前世界上新能源汽車產銷量最大的國家，新能源汽車作為汽車產業未來的發展方向，在設計開發過程中都廣泛應用了大量的整體化、系統化、模塊化的設計理念。在新能源汽車底盤的設計開發過程中，由于底盤的設計與新能源汽車的總布置方案息息相關且與新能源汽車動力系統架構及其集成度聯系緊密，同時也影響著新能源汽車的外觀設計與內部駕乘空間，是新能源汽車設計中極其重要的開發內容。

傳統汽車底盤系統包含了懸架、制動、轉向等子系統，它影響著整車的舒適性、安全性和操控性，而對于新能源汽車而言它的影響更加深遠，新能源汽車底盤不僅要包含傳統汽車的懸架、制動、轉向等子系統，滿足整車的舒適性、安全性和操控性要求而且需要適應車載能源的多樣性、適用于高度集成的系統模塊，同時還需不限制汽車外部車身造型設計與內部駕乘空間。

1 研究方向

縱觀各類新能源汽車，從概念車到量產車，從國內自主、合資品牌到國際品牌典型車型，底盤的設計朝著兩大方向發展：一是以傳統汽車平臺為基礎，依據新能源汽車的需求進行局部改進優化；二是完全推翻傳統的思維模式，依據新能源汽車的自身特性與獨特需求，創造出全新的理念。

目前絕大部分新能源汽車底盤系統都是在傳統汽車底盤系統的平臺基礎上進行局部改進優化，這種設計開發方案的優點是可以最大限度降低研發、生產成本及風險，縮短新能源汽車研發、生產周期；缺點是無法擺脫傳統的思維模式，不能依據新能源汽車的自身特性進行創造性的研發與創新。

故本文開展了新能源汽車基于非承載式車身、前輪中央電機驅動、后輪輪轂電機驅動且后輪轉向式模塊化底盤研究。

1.1底盤系統組成及特點

1.11非承載式車身

非承載式車身（如圖1所示）是現在很多汽車采用的車身結構，在此類平臺上設計的新能源汽車不需要在平臺開發上投入大量人力物力因為其底盤框架的特點使得該車身設計結構符合整體化設計理念。由于底盤有大梁，形成一個大的框架且能承載重量，所以可以將驅動系統、能源系統等部件布置于底盤框架之中。非承載式車身底盤框架結構規整，可在設計初期就整體規劃各部件系統的集成度和布置位置，大大降低了總布置的難度且結構強度高、重心低。

1.12前輪中央電機驅動、后輪輪轂電機驅動

新能源汽車的動力系統依據電機結構可分為兩大類即輪轂電機（如圖1所示）和中央電機（如圖1所示）。

使用輪轂電機布置可分為雙電機后置驅動和前后雙電機四驅兩種型式。雙電機后置驅動方式可實現模塊化、集成化，易于在傳統平臺基礎上實現油電混合的新能源汽車方案，純電動汽車上使用存在驅動力不足和整車重心不穩等不足；前后雙電機四驅布置的車身框架結構規整、不影響總布置和外觀設計和內部駕乘空間，但缺點是由于轉向車輪簧下質量的增加使車輛的操控性能有較大程度下降從而降低了車輛的行駛安全性。

由于輪轂電機的缺陷使目前概念車的和量產車大部分采用中央電機驅動方式。中央電機布置有單臺電機后置驅動（如特斯拉MODEL S）和前后雙置四驅（如特斯拉MODEL X和蔚來ES8）兩種型式。中央電機單臺電機后置驅動布置與輪轂電機雙電機后置驅動布置特點有相似優缺點；而中央電機前后雙置四驅驅動布置型式雖然有效解決了輪轂電機前后雙電機四驅布置造成的轉向車輪簧下質量的增加，致使與行駛安全性較大程度下降問題，但卻也由于電機結構、重量等因素，使得整車重量增加，從而影響新能源汽車的外觀設計與內部駕乘空間。

研究分析輪轂電機和中央電機驅動布置各自的優缺點，揚長避短結合各自的優點采用前輪中央電機、后輪輪轂電機驅動布置方式，此驅動布置方式有效的解決轉向車輪簧下質量的增加，致使車輛的操控性能與行駛安全性較大程度下降的問題，也使得后輪驅動結構得到簡化最大程度的降低了整車質量，實現驅動系統的模塊化和集成化。

1.13后輪輪轂電機驅動獨立轉向

在后輪輪轂電機驅動的基礎上增加線傳操控轉向伺服電機獨立轉向系統，在車載ECU的控制下既能提高車輛在高速及ESP狀態下的操控性能，又能在低速轉彎、原地調頭和倒車入庫等駕駛操控中有效縮小車輛轉彎半徑，提高行駛安全性降低駕駛難度。

2 結論

基于非承載式車身、前輪中央電機驅動、后輪輪轂電機驅動且后輪轉向式模塊化底盤（如圖1所示）有以下優勢：

1、 車身設計自由度大。由于平面式的底盤與車身獨立，給車身的外形造型設計提供了無比的自由。

2、 總布置難度降低，內部可利用空間增大。由于底盤是扁平式的整體框架結構且安置在底盤上的高度集成的模塊化的鋰電池系統、驅動系統、懸架系統、制動系統、轉向系統、操控及管理系統都大大減小了所占空間，使得總布置的可利用空間相對增大，布置難度也相對降低，相應的車內可利用空間也有所增大。

3、 制造、維護得到大大簡化。得益于底盤的整體化設計，零部件少、集成度高，制造、裝卸的工藝復雜程度低，同時也便于維護。

4、 出色的車輛操控性。所有核心系統都布置在底盤上，因此車輛的重心非常低，同時由于后輪輪轂電機驅動獨立轉向系統的加入使得車輛操控更穩定，提高了車輛的整體操控性。

5、 碰撞安全性高。由于整套底盤在制造過程中保證1：1的前后配重，符合嚴格的碰撞安全標準，使得車輛在發生碰撞時堅固的底盤能吸收大部分沖擊力，從而使乘客艙免于因碰撞而凹陷。

擁有上述優點的模塊化底盤是未來汽車的發展趨勢，但也面臨著前期研發投入大、開發周期長等問題。

參考文獻

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