新能源汽車底盤的設(shè)計(jì)變化

姜應(yīng)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(huán)境保護(hù)。為了順應(yīng)這一主題，相關(guān)科學(xué)技術(shù)都圍繞環(huán)保進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)革新。作為一個(gè)重要的制造產(chǎn)業(yè)，汽車產(chǎn)業(yè)的變革首當(dāng)其沖。傳統(tǒng)燃油汽車的尾氣排放是當(dāng)今環(huán)境污染的一個(gè)主要來源，因此取消燃油車并且解決替代其動(dòng)力的能量是當(dāng)下所要解決的問題。我國電池技術(shù)發(fā)展迅速，電動(dòng)車成為當(dāng)下新能源車的主要成員。由于以傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)為核心的動(dòng)力總成的取消，導(dǎo)致了汽車的相關(guān)部件產(chǎn)生了很大的改變。尤其是汽車底盤會(huì)有一個(gè)比較明顯的變化。

1 新能源汽車底盤的總體設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)開發(fā)人員會(huì)考慮到開發(fā)成本以及周期問題，若完全推翻傳統(tǒng)汽車底盤的設(shè)計(jì)思路，將會(huì)大大提高成本和延長研發(fā)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(fā)將會(huì)盡可能地沿用現(xiàn)今成熟車型的底盤設(shè)計(jì)和相關(guān)零件，根據(jù)新能源車型的特別需要對局部進(jìn)行改進(jìn)，這樣開發(fā)難度小、成本低、周期短。并且部分零件如果與現(xiàn)有的燃油車通用，這也會(huì)大大降低后期用戶的修理維護(hù)費(fèi)用。除了底盤設(shè)計(jì)布置方面的變化，為保證電動(dòng)車的續(xù)航能力，相關(guān)材料的選擇也將得到進(jìn)一步優(yōu)化，在保證底盤性能穩(wěn)定的前提下，設(shè)計(jì)師將會(huì)盡可能地考慮輕量化材料的運(yùn)用。

2 新能源汽車底盤各子系統(tǒng)的變化

汽車底盤由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系以及制動(dòng)系4個(gè)部分構(gòu)成。傳統(tǒng)汽車底盤的主要作用是支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件總成，形成汽車整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，使汽車運(yùn)動(dòng)，并保證汽車正常行駛。新能源汽車底盤的作用基本和傳統(tǒng)汽車的相同，只是其支承、安裝汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的作用現(xiàn)在變更為支承、安裝以電池模塊為核心的電機(jī)動(dòng)力總成。由于發(fā)動(dòng)機(jī)總成的取消，底盤各系統(tǒng)也相繼出現(xiàn)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(tǒng)的變化趨勢，其中由于新能源汽車行駛系與傳統(tǒng)燃油車相比變化不大，在此不做深入討論。

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的變化

目前新能源電動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下三種方案：

方案一：單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，其傳動(dòng)方案如圖1所示。

這種單電機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似于現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)汽車，它由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)、變速器、電源以及電機(jī)控制器等組成，便于在原有汽車平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)制造，由于沿用現(xiàn)有平臺(tái)，所以結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定。但是單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)對電動(dòng)機(jī)的功率需求大，因此存在電機(jī)尺寸比較大、質(zhì)量大等缺點(diǎn)，車質(zhì)量的增加影響了電動(dòng)車?yán)m(xù)航的能力，因此限制了電動(dòng)車的發(fā)展。

圖1 單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)方案簡圖

方案二：主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動(dòng)方案，其方案簡圖如圖2所示。

圖2 主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動(dòng)方案簡圖

此傳動(dòng)方案是由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)前輪使電動(dòng)汽車向前行駛，后輪的兩個(gè)輪轂電機(jī)主要為電動(dòng)汽車提供后備功率以及在純電動(dòng)汽車減速或者下坡時(shí)回收能量。大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，輪轂電機(jī)可以保護(hù)主電機(jī)，并且提供后備功率；減速以及下坡工況下，3個(gè)電機(jī)同時(shí)進(jìn)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(dòng)汽車的后備功率，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但同時(shí)也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，試車操控性下降。另外輪轂電機(jī)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(shí)又要考慮電機(jī)散熱，而兩者不可兼得，只能權(quán)衡好兩者的利弊情況下進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

方案三：雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)方案，其方案簡圖如圖3所示。

圖3 雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)方案簡圖

該傳動(dòng)系統(tǒng)采用兩臺(tái)小功率的電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)前軸和后軸。采用兩個(gè)小功率的電動(dòng)機(jī)比采用單個(gè)功率值為兩個(gè)小功率電機(jī)功率之和的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，可以在相同的車輛負(fù)荷下，提高單個(gè)小電動(dòng)汽車的負(fù)荷率，進(jìn)而提升電動(dòng)車工作效率，減少電能消耗，提高電動(dòng)車的續(xù)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(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)可以提升電動(dòng)汽車的能量利用率，增加電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，使經(jīng)濟(jì)性上升；可以提高電動(dòng)汽車整車動(dòng)力性，使電動(dòng)汽車操控性能上升，增強(qiáng)駕駛質(zhì)感。

2.2 轉(zhuǎn)向系的相關(guān)變化

在傳統(tǒng)燃油車中，一般都采用液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向泵，即通過轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向缸、高壓油管等帶動(dòng)齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向。由于新能源汽車中燃油發(fā)動(dòng)機(jī)總成已撤銷，所以傳統(tǒng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵未能繼續(xù)使用，必須合理設(shè)計(jì)與現(xiàn)代需求相符的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其管路等相關(guān)零部件也要做適當(dāng)改變。

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

電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的伺服單元可以安裝在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向力的需求。電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比除伺服單元外，無需任何主要部件，如轉(zhuǎn)向閥、轉(zhuǎn)向缸、高壓油管等。這既可減輕質(zhì)量又簡化了車的內(nèi)部安裝。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在車輛轉(zhuǎn)向時(shí)電機(jī)才提供電能，極大地減少了電能消耗。

圖4 管柱式電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

圖5 雙小齒輪式電動(dòng)助力系統(tǒng)

圖6 齒條式電動(dòng)助力系統(tǒng)

2.3 制動(dòng)系的相關(guān)變化

目前純電動(dòng)汽車采用的液壓制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車的結(jié)構(gòu)差異不大，但是由于傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)總成的取消，導(dǎo)致制動(dòng)真空助力泵失去了真空源,這就需要增加電動(dòng)真空泵為其提供真空源方可工作。所以在液壓制動(dòng)系統(tǒng)的真空輔助助力系統(tǒng)和制動(dòng)主缸兩個(gè)部件上，電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油車存在較大差異。

純電動(dòng)汽車沒有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)總成即沒有傳統(tǒng)的真空源，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)轎車的制動(dòng)系統(tǒng)真空助力裝置的真空源來自發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管,真空度負(fù)壓一般可達(dá)到0.05～0.07 MPa。僅由人力所產(chǎn)生的制動(dòng)力無法滿足行車制動(dòng)的需要，所以通常需要為電動(dòng)汽車單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)真空泵來為真空助力器提供真空源，這就是電動(dòng)真空助力系統(tǒng)，其構(gòu)成如圖7所示。

圖7 電動(dòng)真空助力器

如圖7所示，電動(dòng)真空助力系統(tǒng)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(tǒng)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(dòng)真控制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

3 結(jié)束語

就目前而言，無論是因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)的需要，還是從駕駛舒適的體驗(yàn)，或者由于不可再生能源的缺失等原因，新能源汽車的發(fā)展是必須的。而底盤是汽車的重要組成部分，作者從幾個(gè)大的方面簡要討論了新能源汽車底盤各系統(tǒng)的主要變化，并比較了新能源電動(dòng)車與傳統(tǒng)燃油車的區(qū)別。新能源汽車底盤的設(shè)計(jì)應(yīng)從革新體制與創(chuàng)新思路出發(fā)，在現(xiàn)有汽車平臺(tái)上進(jìn)行相應(yīng)的開發(fā)，這既縮短了開發(fā)周期，又降低了成本，部分零件與傳統(tǒng)燃油車通用也為日后車輛保養(yǎng)提供便利性，也降低了后期用戶保養(yǎng)成本。總而言之，作者認(rèn)為，新能源底盤的開發(fā)還是會(huì)在現(xiàn)有燃油車平臺(tái)上進(jìn)行，這可以縮短新能源車型開發(fā)周期、降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省成本、盡快量產(chǎn)。