電動汽車專屬平臺車身特點分析

李仲奎 呂祝星 袁亮 陳孟華 李豫

（東風汽車公司技術中心）

在電動汽車開發、生產早期，因為規模小、缺乏開發經驗等原因，很多車企都是改造既有燃油車平臺進行電動汽車的開發和生產，只是對涉及“三電”的部分進行小范圍“改裝”。這種改裝和共用平臺的做法加快了電動汽車的開發速度，降低了開發成本，但原有平臺的固有設置也給電動汽車設計帶來了一些局限性，并不能充分體現電動汽車的特征，如續駛里程、動力性和內部空間、舒適性等。伴隨電動汽車規模的不斷擴大，依據電動汽車特征屬性專門開發的平臺，即電動汽車專屬平臺，已成為大趨勢，越來越多的車企推出了電動汽車專屬平臺，如廣汽GEP 平臺、吉利PMA 平臺、上汽大眾MEB 平臺、比亞迪E 平臺、奔馳EVA 平臺、寶馬FSAR 平臺。電動汽車專屬平臺的建設本質上是從最底層，即設計之初就針對電機、電控和電池[1]等電動汽車重要零部件的特征設計出合理的車身、底盤結構，以求發揮更大效用。基于此，文章闡述了電動汽車專屬平臺車型車身結構的優點及弊端。

1 電動汽車與燃油汽車零部件對比

1.1 傳統燃油汽車平臺重要零部件布置

傳統燃油汽車，一般前艙布置發動機、減速器，中通道下方布置排氣管，中地板下方布置燃油箱，后地板下方布置排氣管消聲器，后翼子板上方布置加油口。圖1示出傳統燃油汽車平臺重要零部件布置。

圖1 傳統燃油汽車平臺重要零部件布置示意圖

1.2 “油改電”車型平臺重要零部件布置

基于傳統燃油汽車開發的電動汽車平臺即“油改電”平臺，多數采用的布置方式是前艙布置電機、減速器、控制器，前、中地板下方中部區域布置動力電池[2]，充電口布置在前格柵或翼子板處，圖2 示出“油改電”車型平臺重要零部件布置。

圖2 “油改電”車型平臺重要零部件布置示意圖

從“油改電”車型重要零部件的布置和結構來看，動力電池系統對車身結構的影響較大。此外，為達到充電口與電池、電機之間相連的電纜最短，充電口更偏向于布置在車身的前部。

1.3 電動汽車專屬平臺重要零部件布置

電動汽車專屬平臺，動力電池系統布置位置與“油改電”車型平臺布置大致相同，但是其電池可以平鋪在車身底板下方。電機可以前置，也可以后置。圖3 示出電動汽車某專屬平臺車型重要零部件布置。

圖3 電動汽車專屬平臺重要零部件布置示意圖

電機后置，對后懸架處車身結構影響較大，很難在傳統燃油車上進行適配性開發。此外，該車型電機后置，為達到電纜長度最短，充電口布置在后翼子板上。

2 電動汽車專屬平臺車身的優點

2.1 人機舒適性

新車型在開發之初，首先關注的就是內部空間的大小和人機舒適性，影響人機舒適性的關鍵點就是乘客艙內的X，Y，Z 向高度。對于電動汽車來說，Z 向高度甚為關鍵。但是車頂偏高會增加車輛的風阻系數，地板偏低會影響整車離地間隙。因此，乘客艙內Z 向高度是綜合考慮的結果。

圖4 示出電動汽車總布置。從圖4 可以看出，乘客艙下方裝載有動力電池，車頂若有天窗機構會占用Z向高度。

圖4 電動汽車總布置方案示意圖

對于電動汽車專屬平臺，動力電池系統布置可以有較大的自由度，采用近似平鋪的布置方式，來減少電池箱的Z 向高度，為乘客艙留出較大的Z 向空間。車頂也可以采用非開啟全景天窗的方式，來減少車頂的厚度，達到在不增加車高的情況下，為乘客艙留出較大的Z 向空間。

相比之下，“油改電”車型的車頂、地板的高度與結構都是固化的，若要提供足夠的動力電池系統布置空間，勢必會降低人機舒適性。

2.2 動力電池系統布置空間

圖5 示出傳統燃油汽車地板構架。中通道下方布置排氣管，底板架構呈網格狀。對于“油改電”車型，因限制專用件數量、范圍，且要考慮車身性能，能給出的動力電池布置空間并不多，如圖5 中虛線區域所示。

圖5 傳統燃油車地板構架示意圖

圖6 示出電動汽車專屬平臺地板下方的動力電池布置區域。動力電池平鋪在車身底板下方，X 向鋪滿前后懸架之間，Y 向鋪滿左右邊縱梁之間。在前后懸架形式的選擇上，也可以考慮為動力電池避讓出更大的空間。

圖6 電動汽車專屬平臺地板下方的動力電池布置區域示意圖

相比之下，“油改電”車型的前后懸架形式是固定的。動力電池箱體需適應現有的前后懸架進行開發，很難有較大的X 向布置空間。同樣地，門檻梁是固定的，很難大幅度地加強門檻梁設計，為留夠側碰吸能空間，也很難有較大的Y 向布置空間。

2.3 車身架構

電動汽車專屬平臺是充分考慮動力電池系統布置和前后懸架安裝點布置，并結合車身剛度與碰撞安全性開發的全新底板結構，其架構盡量保持載荷傳遞路徑的順暢，并為動力電池箱提供可靠的安裝點。

圖7 示出某電動車型的車身底板結構。車型1 在前地板前端的縱向梁彎折處設置橫向梁，這樣既保證了載荷橫向傳遞的通暢，又能為動力電池系統讓出足量的空間；為裝載更多的動力電池，車型2 車底的縱向梁從前至后，由前縱梁過渡到邊縱梁上，在前地板的前端過渡段設計鑄鋁件，以保證載荷傳遞在路徑變向時，也能達到傳遞的連續。類似地，在前地板的前端設置橫向加強梁。

圖7 電動汽車車身底板架構示意圖

相比之下，“油改電”車型，如圖5 所示的傳統燃油車的車身底板在改款至電動汽車底板時，除了動力電池系統的布置空間受限外，也很難達到載荷傳遞的通暢、連續。

2.4 門檻梁

電動汽車專屬平臺，當動力電池平鋪地板下方時，電池箱兩側邊沿的固定點直接連接到邊縱梁上，門檻梁既要有原有的門檻梁功能，又要能為動力電池箱提供吊掛點功能，且能在側面碰撞過程中減少變形，達到保護電池系統的目的。因此，門檻梁具有更高的強度性能。

圖8 示出某“油改電”車型門檻梁方案，門檻梁仍采用傳統燃油車的門檻梁，但是在動力電池與門檻梁之間需要留有一定量的間隙[3]，以保證側碰過程中即使門檻梁發生一定量的變形，也不至于侵入到動力電池系統。

圖8 某“油改電”車型門檻梁方案示意圖

圖9 示出某電動車型車身門檻梁方案。動力電池箱邊沿連接到門檻梁下方。為保護動力電池系統，門檻梁有較為復雜的斷面結構，以減少其變形。

圖9 某電動車型車身門檻梁方案示意圖

此外，在電動汽車專屬平臺上，門檻梁根據實際情況可以靈活地進行設計，以適應其必需滿足的多種功能和性能要求。

2.5 軸距與車長比例

電動汽車因需要裝載較大質量、較大體積的動力電池，更傾向于有較大的軸距才能滿足動力電池系統的布置要求。電動汽車的續駛里程多在300～500 km之間，相比續駛里程長的燃油汽車，行李箱的容積也不需要那么大，因此，后懸長度可以設置的小一些。電動汽車的前艙布置電機、控制器，相比燃油車有較小的體積[4]，在正面碰撞過程中有更多的吸能空間，因此，電動汽車的前懸尺寸也可以小一些。

圖10 示出電動車型車身的外觀。從圖10a 可以看出，車型1 是一款軸距長、前后懸短的車型，其中，車長為4 694 mm，軸距為2 875 mm；從圖10b 可以看出，車型2 的軸距更長，前后懸尺寸更短，其中，車長為4 682 mm，軸距為2 990 mm。

圖10 電動車型車身比例示意圖

相比之下，“油改電”車型，其軸距和車長是固定的，就會造成布置動力電池困難，同時造成前后懸尺寸富余。

2.6 前、后懸安裝點強度

電動汽車專屬平臺在開發初期，就已經清楚整車的質量，在開展前后懸架固定點結構設計時已充分考慮其性能目標的達成，因此，前后懸架安裝點在設計之初就有很高的強度。

圖11 示出某電動汽車車身前后懸架安裝點結構。在前后懸架安裝點處都采用了鑄鋁結構，鑄鋁件隨著空心腔體的結構變化，可以達到很高的結構強度。

圖11 某電動車型車身強化結構示意圖

相比之下，“油改電”車型，整車質量增加達到300 kg 以上，前后軸荷都增加很多，勢必造成前后懸架安裝點都需要加強。對于已定型的車型，加強前后懸架安裝點會帶來很大的困難。此外，性能提升量、工藝可行性、增加的成本都是難題。

2.7 車身扭轉剛度

電動汽車專屬平臺是全新開發的車型。車身整體架構是綜合考慮各種因素之后，并且運用拓撲計算進行優化的結果，能夠達到較高的車身扭轉剛度、彎曲剛度和結構耐撞性。

圖12 示出某電動車型車身的構架方案。從圖12可以看出，該車身構架在達到擁有較大動力電池布置空間，且能為動力電池提供較好的保護性能之外，能達到整體車身擁有較高扭轉剛度的效果。從官方公布的數據獲悉，該車身的扭轉剛度為19 000 N·m/（°）。

圖12 某電動車型車身構架方案示意圖

相比之下，“油改電”車型，對車身進行局部更改，為避讓動力電池，致使改款后的車身架構不夠順暢，加強方案也多是采用局部打補丁的方式，存在很大的弊端。

3 電動汽車專屬平臺車身缺點

3.1 零件制造

采用電動汽車專屬平臺開發的電動汽車車身，其所有的零部件都是全新的，都需要新開發模具。乘用車的白車身通常由三四百個零件焊接而成，全部新開模具就是一項巨大的投資。

圖13 示出某電動車型車身的零部件。零部件大大小小超過340 個。尤其是外覆蓋件，因其面積大，采用多工序成型，模具費用非常高。

圖13 某電動車型車身零部件示意圖

相比之下，“油改電”車型，因改動量少，模具投入也少，可以節省不少成本。

3.2 車身各級分總成焊接、合拼線

電動汽車專屬平臺，車身各分總成的焊接，尤其是左右側圍、頂蓋、后圍、四門兩蓋等，也都要投入新的焊裝夾具。相比之下，“油改電”車型，僅在下車身前、后地板處投入焊接夾具即可。圖14 示出電動汽車專屬平臺側圍總成焊接線。

圖14 電動汽車專屬平臺側圍總成焊裝線示意圖

電動汽車專屬平臺由于是一個專門的平臺，考慮到衍生車型的生產，在車身的合拼工藝線上，一般需要新開發車身合拼焊接線。“油改電”車型通常在現有的燃油車生產線上進行適配性改造，實現共線生產。圖15示出電動汽車專屬平臺新建造的車身合拼線。

圖15 電動汽車專屬平臺車身合拼線示意圖

從所有焊接夾具、合拼線建造來看，電動汽車專屬平臺的焊接生產線投資費用也是巨大的。

4 結論

文章通過對電動汽車和“油改電”車型平臺的整車重要零部件布置和結構的分析，總結出電動汽車專屬平臺相比“油改電”車型，其車身結構具有諸多優點，在動力電池布置空間、內部空間、乘坐舒適性、車身性能提升上都具有不可估量的作用。但是電動汽車專屬平臺的生產投資費用相對高昂，因所有的車身零部件都是專用件，都需要新開模具和新制作焊接夾具，此外還需要建造新的焊接合拼線，造成前期投資壓力加大。相信隨著規模效應的凸顯，這部分成本很快可以被化解。

從汽車產品的長期發展來看，電動汽車專屬平臺能更好地滿足人機舒適性、有更大的動力電池系統布置空間、有更為合理的車身架構、有更高性能的門檻梁、軸距與車長比例更符合電動汽車需求、有更高的前、后懸安裝點強度、有更高的車身扭轉剛度等諸多優點。電動汽車專屬平臺必將成為電動汽車開發的主流產品。