于剛

摘要：新能源汽車(chē)具有清潔、噪聲污染小、制動(dòng)能量可回收、無(wú)尾氣及一氧化碳排放、節(jié)能、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近三十年的設(shè)計(jì)研究，我國(guó)新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)展迅速，現(xiàn)階段我國(guó)在新能源汽車(chē)穩(wěn)定性、舒適性、安全性也有了較大的提升。未來(lái)隨著新能源汽車(chē)制造技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，電動(dòng)車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)將更加智能化、人性化、安全可靠性將更進(jìn)一步增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē)；設(shè)計(jì)流程；底盤(pán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)；發(fā)展方向

1汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)概述

汽車(chē)底盤(pán)與汽車(chē)的整體性能存在緊密聯(lián)系，為提高汽車(chē)的整體性能，有效控制制造成本，避免能源耗費(fèi)現(xiàn)象的出現(xiàn)。要充分結(jié)合其功能特征，分析其設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)意義，實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)的可持續(xù)發(fā)展。

1.1分析汽車(chē)底盤(pán)對(duì)汽車(chē)的重要作用

在汽車(chē)安全行駛過(guò)程中，汽車(chē)底盤(pán)是接近地面較近的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于汽車(chē)在行駛過(guò)程中，經(jīng)常容易受到不同地面因素的影響，如河水的沖擊與碎石的撞擊，造成了汽車(chē)底盤(pán)的惡劣性。由于汽車(chē)底盤(pán)長(zhǎng)期處于較為潮濕的環(huán)境中，著附了過(guò)多侵蝕性強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)。同時(shí)，汽車(chē)底盤(pán)在行駛過(guò)程中容易受到利器、水的影響，形成銹蝕現(xiàn)象，從而對(duì)其他汽車(chē)構(gòu)件產(chǎn)生負(fù)面影響，降低了汽車(chē)的使用年限。因此，要結(jié)合現(xiàn)實(shí)因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)底盤(pán)的創(chuàng)新變革，提高汽車(chē)的運(yùn)作性能。

1.2新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的必要性

結(jié)合現(xiàn)代化的汽車(chē)設(shè)計(jì)理念，要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)與高度集成體系的高效統(tǒng)一，使其適用于多元化的車(chē)載能源；以汽車(chē)外觀(guān)造型與內(nèi)部空間的舒適度為基礎(chǔ)，展開(kāi)汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)工作。相對(duì)于汽車(chē)行業(yè)而言，新能源汽車(chē)的應(yīng)用能夠提高其經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，促進(jìn)汽車(chē)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在設(shè)計(jì)新能源汽車(chē)的過(guò)程中，結(jié)合系統(tǒng)性、整體性且智能化較高的新型設(shè)計(jì)理念，保證其舒適度與合理性，尤其要注重新能源汽車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)。

2新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)

2.1底盤(pán)總體設(shè)計(jì)

不論是概念車(chē)還是量產(chǎn)車(chē)，自主車(chē)型或者國(guó)際典型車(chē)型，新能源汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方向發(fā)展主要包括兩個(gè)方面。第一在傳統(tǒng)車(chē)型平臺(tái)進(jìn)行客戶(hù)需求性局部改造；第二是創(chuàng)新新車(chē)設(shè)計(jì)平臺(tái)，全部推翻原有設(shè)計(jì)思維，大膽嘗試全新系列車(chē)型的設(shè)計(jì)。

新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)主要是滿(mǎn)足整車(chē)性能各項(xiàng)指標(biāo)。汽車(chē)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、操穩(wěn)性、制動(dòng)性、平順性、耐久性是新能源汽車(chē)的基本性能。底盤(pán)工程影響著制動(dòng)性、平順性、操穩(wěn)性。底盤(pán)的懸架系統(tǒng)應(yīng)具備良好的牢固性，懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)系到車(chē)架車(chē)身受力狀況，車(chē)載符合的大小，車(chē)的使用壽命等。

新能源底盤(pán)設(shè)計(jì)主要是對(duì)行駛、傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)、功能、尺寸、工藝參數(shù)進(jìn)行合理定義；按照定義內(nèi)容開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算出各個(gè)參數(shù)，建立底盤(pán)三維模型；零部件樣件性能試驗(yàn)；設(shè)計(jì)圖、裝配圖的定型和出圖。新能源底盤(pán)傳動(dòng)系統(tǒng)是有電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)橋構(gòu)成，行駛系統(tǒng)由懸架設(shè)計(jì)構(gòu)成，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，制動(dòng)系統(tǒng)主要是制動(dòng)器、ABS等設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)充分考慮不同行駛工況下的傳動(dòng)比要求，從而保證新車(chē)的足夠動(dòng)力；另外在電動(dòng)機(jī)功率匹配設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮工況和效率匹配，動(dòng)力與經(jīng)濟(jì)性的匹配，保證電動(dòng)機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，較小功耗比。電動(dòng)機(jī)功率設(shè)計(jì)時(shí)，一般綜合加速性能，最高行駛速度，復(fù)雜行駛工況等影響因素，使電動(dòng)機(jī)具備有效的過(guò)載裕度和合理的經(jīng)濟(jì)性能。設(shè)計(jì)過(guò)程還應(yīng)充分考慮阻尼比，設(shè)計(jì)性能匹配的減震器和變速機(jī)構(gòu)，降低新能源汽車(chē)電池組及電動(dòng)機(jī)的沖擊力。

新能源汽車(chē)主要是指采用蓄電池作為動(dòng)力源，電池的制造與材料工藝直接影響整車(chē)的動(dòng)力性，是新能源汽車(chē)設(shè)計(jì)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)。我國(guó)擁有全球最為龐大的電池生產(chǎn)供應(yīng)基地和鋰資源原產(chǎn)地，具有領(lǐng)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?zé)岱€(wěn)定性等關(guān)鍵技術(shù)，為電動(dòng)汽車(chē)提供高效、穩(wěn)定的動(dòng)力源。電池組的功率比、能量比、能量密度、功率密度、內(nèi)阻值、充電電壓、循環(huán)充放電次數(shù)、電池測(cè)試、使用壽命、邊際成本等性能指標(biāo)尤為關(guān)鍵，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。

2.2 底盤(pán)設(shè)計(jì)改造方向

目前國(guó)內(nèi)很多新能源汽車(chē)設(shè)計(jì)理念多停留在現(xiàn)有車(chē)型平臺(tái)基礎(chǔ)上的局部改造。即在原有平臺(tái)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)符合目標(biāo)客戶(hù)和特殊顧客群體性需求的總布置方案。這種思路的缺點(diǎn)是客戶(hù)需求性設(shè)計(jì)影響著底盤(pán)系統(tǒng)的整體性能。其優(yōu)點(diǎn)在于原有設(shè)計(jì)平臺(tái)上，按照底盤(pán)系統(tǒng)原有工作原理，調(diào)整或者更換底盤(pán)的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、懸架、傳動(dòng)等各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，成熟型車(chē)的零部件最大限度內(nèi)加以利用，降低了生產(chǎn)成本。

總布置方案的改造影響底盤(pán)系統(tǒng)的懸架子系統(tǒng)比較突出。一旦實(shí)施新的總布置方案，汽車(chē)的前后艙布置內(nèi)容會(huì)發(fā)生較大變化，這樣要重新計(jì)算整車(chē)質(zhì)量和載荷的匹配性，從而研判原懸架系統(tǒng)的安全性，一旦安全性無(wú)法保證，需要重新設(shè)計(jì)懸架結(jié)構(gòu)。首先計(jì)算出新總布置的整車(chē)質(zhì)量和質(zhì)心位置，利用平面坐標(biāo)系在確定X軸向和整車(chē)質(zhì)量計(jì)算軸荷分布的新舊值，再校驗(yàn)原有懸架系統(tǒng)。如果不匹配，則重新設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)；然后利用ADAMS軟件仿真計(jì)算、分析懸架設(shè)計(jì)是否影響四輪定位參數(shù)，根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整懸架設(shè)計(jì)參數(shù)[3]。

3新能源汽車(chē)底盤(pán)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)方向

新能源汽車(chē)底盤(pán)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方向是摒棄原有汽車(chē)設(shè)計(jì)平臺(tái)的框架結(jié)構(gòu)，以整體式的優(yōu)化設(shè)計(jì)作為主要研究方向。這種從零開(kāi)始的汽車(chē)底盤(pán)創(chuàng)新設(shè)計(jì)采用了全新的汽車(chē)設(shè)計(jì)平臺(tái)，它沒(méi)有固定的設(shè)計(jì)思路和方向。具體而言，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，重新設(shè)計(jì)了汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)及其各個(gè)功能系統(tǒng)，其目的是更加有效地提高車(chē)輛的性能。對(duì)于新能源汽車(chē)底盤(pán)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)而言，其主框架結(jié)構(gòu)、各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用模式都進(jìn)行了創(chuàng)新。

3.2 設(shè)計(jì)特點(diǎn)和應(yīng)用

創(chuàng)新設(shè)計(jì)，即沒(méi)有原有的案例可以采納。對(duì)于從最初的設(shè)計(jì)概念到最后汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的應(yīng)用而言，采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)會(huì)比沿用傳統(tǒng)車(chē)身設(shè)計(jì)更加完善。雖然創(chuàng)新設(shè)計(jì)的難度大、成本高、周期長(zhǎng)，且缺乏可沿用的汽車(chē)設(shè)計(jì)平臺(tái)和相關(guān)零部件，但設(shè)計(jì)出的新能源汽車(chē)底盤(pán)會(huì)有脫胎換骨的變化。比如，滑板式新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)理念的提出，徹底推翻了傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)模式?；迨狡?chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容為厚度為28 cm的鋁制滑板。其結(jié)構(gòu)框架內(nèi)包含了汽車(chē)所有系統(tǒng)的連接設(shè)計(jì)，比如車(chē)載儲(chǔ)能系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)等。此外，在此設(shè)計(jì)中還引用了線(xiàn)傳操控技術(shù)，進(jìn)而使底盤(pán)設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)，比如轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等不再使用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式設(shè)計(jì)、制造。而是采用數(shù)字化電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造。因此，在此設(shè)計(jì)中，可省去對(duì)轉(zhuǎn)向柱、踏板等的設(shè)計(jì)。

滑板式新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)有以下3點(diǎn)：①提高了汽車(chē)車(chē)身設(shè)計(jì)的自由度。在具備平面式底盤(pán)和車(chē)身獨(dú)立的情況下，為車(chē)身的造型設(shè)計(jì)提供了非常高的自由度。②降低了汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的總布置難度，增大了車(chē)身內(nèi)部的可利用空間。由于新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)采用了扁平的整體框架，且安置在底盤(pán)上的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)的集成度較高，使轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)占用的空間大大減小。③大大簡(jiǎn)化了車(chē)輛維護(hù)的流程，且車(chē)輛重心非常低，提高了車(chē)輛的操控性。

4結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在保證汽車(chē)安全行駛方面發(fā)揮著重要作用，合理的汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)與新能源汽車(chē)的整體性、安全性及視覺(jué)美觀(guān)存在緊密的聯(lián)系。因此，要切實(shí)提高對(duì)新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的重視程度，實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝志磊，張學(xué)良. 淺談新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)方向[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2016（15）.

[2] 王永，杜劉杰.新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向[J].工程技術(shù)：文摘版，2016（8）：00309-00309.

[3] 宋棟. 新能源汽車(chē)底盤(pán)設(shè)計(jì)趨勢(shì)分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016（11）：00312-00312.

（作者單位：北京新能源汽車(chē)股份有限公司黃驊分公司）