1 城市機動化服務行業(yè)

目前，共享化是汽車行業(yè)最重要的發(fā)展趨勢之一。在城市車輛特征(UMT)中，能從個人車輛需求的角度描述城市機動化服務行業(yè)的所有型式，同時評估采用專用車輛方案的商業(yè)模式(表1)。

表1 根據(jù)城市車輛特征的各種不同商業(yè)模式

例如，在作為車輛服務行業(yè)的共享車輛自由流動情況下，將駕車人與車輛供應企業(yè)進行分離。大多數(shù)情況行駛里程小于8 km，而且乘坐的人數(shù)較少。與個人乘車的情況有所不同，在乘車消費(尤其是Uber或Lyft公司的出租車服務)前提下，駕駛者可通過駕駛自己的車輛為乘客提供服務。

機動化服務行業(yè)通常需要滿足乘客的特定使用需求，其關注的重點是簡便、舒適，同時具有附帶效益，如個人或業(yè)務機構可任意支配的行駛時間、行駛成本及使用者能迅速到達目的地的功能(圖1)。

圖1 以乘客為導向的城市車輛方案選擇準則

此外，還要考慮到運輸服務行業(yè)的革新。在德國亞琛的share2drive公司是德國亞琛應用科技大學(FH Aachen)衍生出的一家新興公司，順應共享化發(fā)展趨勢，其公司提供了在車輛共享環(huán)境下的創(chuàng)新方案，其商業(yè)模式的基本組成部分是共享車輛(PPV)。這是在與FEV公司及其超過4 500人的子公司的緊密合作下開發(fā)出的一種用于城市車輛市場整體解決方案的新車型。

2 未來城市共享機動化的商業(yè)模式

在UMT中，新型城市車輛服務行業(yè)對汽車領域內現(xiàn)有的結構會產(chǎn)生顛覆性的影響，因此除了新建的城市實現(xiàn)車輛服務行業(yè)外，來自信息和通信技術(IKT)行業(yè)和能源行業(yè)的參與者以全新的商業(yè)模式擠壓原汽車市場。傳統(tǒng)汽車制造業(yè)所建立起來的原始設備生產(chǎn)商(OEM)已為全球培育出首批車輛制造商，而汽車零部件工業(yè)特別是大型一級零部件供應商已重新改組，如改組成新型車輛制造商，以應對市場的變化。

除了為最終用戶進一步開發(fā)多種多樣的車型外，用于城市汽車服務行業(yè)的車輛也成為了整車廠關注的焦點[1]。多方面的研究預測顯示，至2030年全球約有10%或更多的車輛將被用于城市汽車服務行業(yè)[2]，用于該領域的共享車型的競爭已經(jīng)開始。

根據(jù)UMT，必須清楚地辨別基于上述用途的車輛是否按照“共用1輛車”或“共乘1次車”以及“車上有司機”或“乘客就是司機”等概念進行設計，不過該車輛方案在其乘坐總成本(TCR)較低的同時具有強大的市場滲透力。對于一種新車輛方案，意味著必須要綜合分析所有與成本有關的因素。對于車輛成本而言，要包含車輛的維護、基礎設施、信息與通信技術費用及其經(jīng)營成本。這些成本必須反映在一種較為經(jīng)濟的商業(yè)模式中，并且需考慮到車輛結構設計對上述每一種因素的影響。本文展望了未來作為公共交通與個人交通之間接口的PPV車輛情況。

3 對城市最小共享車輛的要求

迄今為止，城市車輛服務行業(yè)所使用的電動車僅能滿足較為有限的用途，因為其原本是為最終用戶所設計的，其中僅能由車隊經(jīng)營者對增加乘客人數(shù)方面進行少許修改。但是，在部分城市中經(jīng)營者和車輛使用者反而有一些特殊的需求，而在共享服務中的車輛必須被理解為一種由多種情況所決定的“車輛行駛裝置”。因此，共享車輛的要求并非是通過傳統(tǒng)用戶的使用情況進行分析而得出的結果，而是從城市共享方案及其商業(yè)模式的角度來開發(fā)。表2示出了PPV 1.0共享車輛制定設計任務書的過程。

對車輛共享企業(yè)的要求是由FH Aachen與Cambio公司共同研究后所提出的，并由德國聯(lián)邦車輛共享協(xié)會進行公開發(fā)表[3]。

4 PPV 1.0概念車

上述PPV概念車的目標是要開發(fā)出一種切實可用的車輛，并非是一味追求最新技術的展示型車輛，而是符合未來共享車輛要求的現(xiàn)代車型。為PPV 1.0共享轎車(圖2)制定的車輛設計目標已經(jīng)得到了歐洲的認可。在整體工程方面遵循歐洲電子部品(ECIE)的標準要求，在硬件方面采用了內部空間易于改變的模塊化車廂，以高要求的車廂內部空間為開發(fā)目標。采用LS-DYNA程序進行相應的有限元模擬來保障達到性能目標(如用于碰撞事故)。

表2 根據(jù)城市機動化需求和商業(yè)模式需求對車輛提出的要求

圖2 PPV 1.0共享車輛

5 品質和結構方案

該項技術面臨的最大挑戰(zhàn)是其按規(guī)定的車輛要求設計出一種M1等級車輛，長度小于2.5 m，寬度約為1.7 m，同時可滿足95%的駕車人的駕駛需求。PPV 1.0 共享車輛有3個座位，同時還要求提供舒適、寬敞的內部空間，進一步增加了設計的難度。

PPV 共享轎車被設計成具有3個座位(1+2個座位)的單廂型式，動力傳動系統(tǒng)與采用地板組件的高度集成組裝效果相協(xié)調。新型的白車身方案能使擋風玻璃更為寬敞。該結構方案的一大重要特點是仍然保有常規(guī)的A柱結構及較大的車窗玻璃面積。該結構方案的另一個創(chuàng)新點是駕駛員車門，新型的轉動拉門方案確保了即使在較為緊湊的停車空位情況下，車門也可保持最合適的開度，在車門完全打開的情況下也不會向外超出太多。

6 外觀和內飾設計方案

在真正設計開發(fā)前，多學科開發(fā)團隊就定義了PPV 1.0共享車輛的設計理念，并以“動物種類”為主題進行了一系列聯(lián)想(圖3)。針對這些與眾不同的理念，開發(fā)了約250個成功設計案例，并被濃縮成2種不同的空間方案，以此確認了最終方案。方案確認后，以計算機輔助設計(CAD)進行設計開發(fā)，以便使設計理念能在最終設計中體現(xiàn)出來。綜上所述，PPV 共享轎車可被稱為目前全球最小的共享車輛。

圖3 PPV 1.0共享轎車設計開發(fā)時所選擇的聯(lián)想世界

在設計階段中，其內飾與外觀就具有顯著的差別，并且就數(shù)據(jù)總線結構和信息技術領域而言，都嚴格遵循了簡化的通信原則。設計者已不斷地將PPV 1.0共享轎車上所有的操縱器件數(shù)量減少到了最低，并將其直觀操縱方式都置于前方區(qū)域。駕駛員坐席采用現(xiàn)代數(shù)字化人機界面?？照{方案則盡可能針對都市空間思維方式而非傳統(tǒng)車輛制造方式。作為真正的共享車輛，車內有效空間的設計采用了通過電阻溫度系數(shù)優(yōu)化的內部空間凈化方案，后排采用雙人座長椅并取消了易于積存污垢的座椅接縫，取消多余的儲物面積并進行合理調整。同時，采用了源自游艇的外觀設計方案和源自軌道車輛的噴涂式地板。

7 驅動方案

PPV 1.0共享轎車的驅動方案基本上應用了400 V城市電動車的優(yōu)良技術狀況，其具備45 kW的驅動功率優(yōu)勢、120 km/h的最高車速和將近20 kW·h的蓄電池組。這些技術數(shù)據(jù)具有較高競爭力，其在極端條件下的續(xù)航里程甚至可達到80 km，并且在專門開發(fā)的共享車輛行駛試驗循環(huán)中得到了證實。因此，按照share2drive公司的商業(yè)模式，已可靠地實現(xiàn)了每天行駛約2 h的要求。而在share2drive公司提出的靈活共享模式中保障了無電纜充電過程的安全可靠?；谄湓谂鲎苍O計中的優(yōu)點及對城市車輛靈活性的要求，確認了安置在前車中的兩個小直徑電機串聯(lián)排列的方案。

8 安全性方案

圖4 用于歐洲市場PPV共享轎車和城市交通事故實況的碰撞安全性

除了避免事故的眾多措施之外，PPV 1.0共享轎車的特點是具有較高的碰撞安全性(圖4)。在方案開發(fā)時，首先面臨的巨大挑戰(zhàn)是要滿足正面碰撞的設計要求。較短的前車結構迫使其開發(fā)了一種具有4種負荷途徑平面和受約束變形特性的極端結構設計方案。在總變形量約為350 mm的情況下，穿透距離約為60 mm的前圍板的正面碰撞最大沖擊加速度將達到31 G。

在側面碰撞情況下，可防止中央布置的蓄電池結構發(fā)生變形。對于按照FMVSS 216布置進行的車頂變形試驗要滿足將近60 kN的抗碰撞強度要求。

9 白車身方案和生產(chǎn)方案

白車身方案涉及一種被稱為“FlexBody”的車身組合構件，其使得型材承載輕型結構車身可應用于年產(chǎn)量少于1萬輛的車輛制造項目的混合結構中。通過一個標準化過程及型材和節(jié)點連接間的嚴格分配，能在短時間內開發(fā)出可實際投產(chǎn)的FlexBody車身結構(圖5)，其最大的優(yōu)點是所需投資較低。在PPV 1.0共享車輛的FlexBody車身中，地板組件優(yōu)先采用以鋼加強的高強度結構型式，而在前車和上部結構中則絕大部分采用鋁結構方案。階梯集成式車架中容納了中央布置的蓄電池，以便對其進行保護。

圖5 多種材料輕型結構車身的FlexBody結構方案

車身質量140 kg的車輛的靜態(tài)抗扭剛度達到了較高的水平，其輕型結構品質因數(shù)約為3。白車身的制作在整體式夾具上進行，并采用新開發(fā)的噴膠工藝。PPV 1.0共享轎車計劃年產(chǎn)量約為7 000輛，采取兩班制生產(chǎn)。

10 PPV 2.0概念車和展望

新型機動化解決方案的市場開發(fā)為實現(xiàn)車輛的技術性需求、新型商業(yè)模式和汽車制造業(yè)的緊密結合具有可觀的潛力。PPV 1.0共享轎車作為專用車輛的解決方案，為2020年之前共享經(jīng)濟中的車輛需求提供了理論參考，而對其的高度反響已使PPV 2.0共享轎車呼之欲出。

傳統(tǒng)汽車制造業(yè)重視開發(fā)以用戶舒適性和安全性為目標的自動駕駛功能。除此之外，在共享機動化領域，自動駕駛功能被認為是不可或缺的技術，也是實現(xiàn)共享需求的必經(jīng)之路。