劉建勝

摘 要：文章針對(duì)燃油車改純電動(dòng)汽車的底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題展開(kāi)研究，闡述底盤設(shè)計(jì)內(nèi)容，介紹相關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)，根據(jù)電動(dòng)汽車的發(fā)展趨勢(shì)，提出底盤設(shè)計(jì)革新措施，同時(shí)對(duì)今后電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)發(fā)展作出展望，希望對(duì)相關(guān)人員提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：燃油車 電動(dòng)汽車 底盤 優(yōu)化設(shè)計(jì) 參數(shù)化

Optimization Design of Chassis of Pure Electric Vehicle Transformed from Fuel Vehicle

Liu Jiansheng

Abstract：This paper studies the chassis optimization design of fuel vehicle to pure electric vehicle， expounds the chassis design content， introduces the relevant parametric design， puts forward the chassis design innovation measures according to the development trend of electric vehicle， and looks forward to the design and development of electric vehicle in the future， hoping to provide reference and reference for relevant personnel.

Key words：fuel vehicle， electric vehicle， chassis， optimization design， parameterization

1 引言

隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人們生活水平得到大幅度提升，我國(guó)汽車數(shù)量不斷提升，對(duì)環(huán)境造成的污染愈加嚴(yán)重，國(guó)民也認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)保的重要性，汽車行業(yè)借助現(xiàn)代化技術(shù)，從燃油車向純電動(dòng)車轉(zhuǎn)型發(fā)展，以響應(yīng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策方針。然而，燃油車向電動(dòng)汽車的改進(jìn)過(guò)程中，要對(duì)底盤進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)參數(shù)化要求進(jìn)行優(yōu)化，這樣才能在保證車輛零排放的前提下，逐步提升電動(dòng)汽車的應(yīng)用質(zhì)量，本文針對(duì)純電動(dòng)汽車的底盤優(yōu)化進(jìn)行研究，對(duì)新能源汽車行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

2 純電動(dòng)汽車底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段在進(jìn)行電動(dòng)汽車的底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，圍繞汽車底盤的動(dòng)力學(xué)特征、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)等展開(kāi)綜合分析，根據(jù)結(jié)果得出底盤優(yōu)化方案，在后續(xù)的調(diào)整中逐漸達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。例如常見(jiàn)的懸架KC分析、動(dòng)力學(xué)模擬分析，將分析對(duì)象設(shè)定為燃油車底盤，采集相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，對(duì)懸架系統(tǒng)的各部分參數(shù)進(jìn)行模擬，評(píng)估懸架的整體性能。隨后替換為純電動(dòng)汽車的底盤方案，對(duì)兩種底盤的應(yīng)用性能進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)整車上電、下電、穩(wěn)定性、平穩(wěn)運(yùn)行等進(jìn)行對(duì)比，找出純電動(dòng)汽車底盤存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，制定相應(yīng)措施[1]。

在后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，主要對(duì)前懸架滾動(dòng)、操作穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)、角階躍數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，具體如下：（1）當(dāng)懸架滾動(dòng)系數(shù)較低時(shí)，可以增加穩(wěn)定桿，使齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)比增加，當(dāng)處于垂直跳動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可以改善減震器，降低車輛行駛對(duì)底盤造成的負(fù)荷壓力;（2）操作穩(wěn)定性，燃油車底盤向電動(dòng)汽車改進(jìn)時(shí)，要始終關(guān)注底盤的運(yùn)行穩(wěn)定性，針對(duì)整車性能進(jìn)行評(píng)估，找出底盤應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，盡早制定解決措施;（3）穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)問(wèn)題，整車重量偏大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)性降低，要對(duì)減震彈簧的剛度進(jìn)行調(diào)整，并且適當(dāng)減重，以保證車輛底盤的靈活性。（4）車身整體重量提升時(shí)，由于橫擺角與側(cè)向加速會(huì)受到影響，會(huì)直接反映在角階躍數(shù)據(jù)中，因此可以根據(jù)該項(xiàng)數(shù)值，對(duì)電動(dòng)汽車的底盤穩(wěn)定性展開(kāi)測(cè)算與調(diào)試[2]。

3 燃油車改純電動(dòng)汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)

3.1 底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容

在傳統(tǒng)的燃油車底盤設(shè)計(jì)工作中，技術(shù)人員僅根據(jù)固定參數(shù)展開(kāi)設(shè)計(jì)，缺乏設(shè)計(jì)方案的調(diào)整與實(shí)踐檢測(cè)，因此很難在后續(xù)中優(yōu)化。而參數(shù)化技術(shù)在汽車底盤中廣泛應(yīng)用，可以有效克服汽車底盤設(shè)計(jì)優(yōu)化難題，具體如下：（1）通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)可，以對(duì)底盤產(chǎn)品的參數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)進(jìn)行搭配與替換，以取得最佳的應(yīng)用成效[3];（2）參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用，可以使特定的參數(shù)對(duì)原始參數(shù)進(jìn)行替換，以改善汽車底盤的設(shè)計(jì)質(zhì)量;（3）參數(shù)化設(shè)計(jì)在汽車底盤設(shè)計(jì)中，可以大幅度提高汽車設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，尤其是燃油車向純電動(dòng)車的改型，為保證汽車底盤的綜合性能，因此需要對(duì)多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

純電動(dòng)車的底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：（1）電動(dòng)汽車的底盤設(shè)計(jì)，可以在一定程度上沿用傳統(tǒng)燃油車的底盤構(gòu)架，只需要對(duì)底盤的系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，但是基本的運(yùn)行原理保持不變;（2）電動(dòng)汽車作為機(jī)電一體化的綜合工程，其主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)，電池系統(tǒng)，電子控制系統(tǒng)，以及電動(dòng)化輔助系統(tǒng)等組成，因此底盤設(shè)計(jì)的研發(fā)需要與機(jī)械電氣等專業(yè)協(xié)同，想要發(fā)揮出純電動(dòng)車底盤的應(yīng)用價(jià)值，便要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力電池，控制系統(tǒng)等進(jìn)行科學(xué)搭配，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行匯總，這樣才能發(fā)揮出底盤的最佳應(yīng)用效果;（3）純電動(dòng)汽車的底盤布置，可采用整體化設(shè)計(jì)，也就是盡量減少整車零部件，以滿足車載能源的多樣性，可以采用整體化設(shè)計(jì)原則，對(duì)外部構(gòu)造，整車碰撞安全性等方面提出創(chuàng)新意見(jiàn);（4）純電動(dòng)汽車的底盤為滿足車輛的續(xù)航行駛要求，需要對(duì)電動(dòng)機(jī)重量，底盤重量，電池重量進(jìn)行調(diào)整，尤其是要注意底盤輕量化技術(shù)，可以采用碳纖維，鋁合金等輕質(zhì)金屬，對(duì)傳統(tǒng)的車輛底盤進(jìn)行重塑，采用輕量化輪轂減輕技術(shù)，改善加速與操作性能[4]。

3.2 搭配蓄電池

在確定純電動(dòng)汽車的底盤后，要針對(duì)蓄電池進(jìn)行選擇，主要參數(shù)包括蓄電池的種類，蓄電池的容量，蓄電池電壓等，在選擇過(guò)程中不僅要考慮純電動(dòng)汽車底盤改造后的動(dòng)力性指標(biāo)，同時(shí)還要對(duì)汽車改裝后的性價(jià)比進(jìn)行分析。例如鉛酸電池應(yīng)用效果良好，比功率也相對(duì)較大，成本較低，因此在當(dāng)前純電動(dòng)汽車中得到有效應(yīng)用。而且鉛酸蓄電池具有較高的運(yùn)行電壓，在相應(yīng)功率下，電流相對(duì)較小，有助于縮減線路功率損失。蓄電池種類選擇完畢后，蓄電池的容量與蓄電池質(zhì)量成正相關(guān)關(guān)系，伴隨蓄電池容量的提升，還可以使汽車?yán)m(xù)駛里程得到提升，不過(guò)蓄電池質(zhì)量的提升，還會(huì)受到汽車底盤空間結(jié)構(gòu)與承載水平的制約，蓄電池容量同樣不宜過(guò)高，這樣可以減輕純電動(dòng)汽車的底盤整體重量[5]。

3.3 電動(dòng)機(jī)選擇

為保證電動(dòng)汽車底盤的應(yīng)用質(zhì)量，還要根據(jù)實(shí)況搭配相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，由于電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)參數(shù)為額定功率、種類、額定轉(zhuǎn)速等組成。因此，核心要求為促進(jìn)底盤的運(yùn)行效能，可以搭載過(guò)載能力強(qiáng)、瞬時(shí)功率較大、加速性能優(yōu)秀的電動(dòng)機(jī)。同時(shí)還要對(duì)電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速作出保證，使其可以在平坦道路中長(zhǎng)時(shí)間行駛，汽車減速時(shí)可以達(dá)成再生制動(dòng)，通過(guò)提升電動(dòng)機(jī)與電源的應(yīng)用效果，提升電動(dòng)車底盤的應(yīng)用價(jià)值。例如選擇永磁同步無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，將電動(dòng)汽車的行駛速度設(shè)為50km/h，對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行功率進(jìn)行計(jì)算，如公式：

P=1/3600ηr（mgf+CAV/21.15）V

上述公式中，將底盤重點(diǎn)設(shè)定為m，將電動(dòng)機(jī)的滾動(dòng)莫測(cè)系數(shù)設(shè)定為f，將風(fēng)阻系數(shù)設(shè)定為C，將迎風(fēng)面積設(shè)定為A，將汽車最高行駛時(shí)速設(shè)定為V。同時(shí)可以將電動(dòng)車的常規(guī)時(shí)速設(shè)定為30km/h，從而計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)讀，具體公式如下：

M=igioV/0.3771/r

上述公式中。將電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比設(shè)定為ig，將主減速比值設(shè)定為io，V指的是車輛的常規(guī)時(shí)速，電動(dòng)機(jī)的滾動(dòng)半徑為r，在試驗(yàn)測(cè)算中，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與功率情況，調(diào)整到電動(dòng)汽車的最佳運(yùn)行狀態(tài)，提升電動(dòng)機(jī)與底盤的契合程度。

4 燃油車改純電動(dòng)汽車底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

4.1 建立底盤參數(shù)坐標(biāo)系

燃油車改純電動(dòng)汽車底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先要建立底盤參數(shù)坐標(biāo)系，明確底盤組裝過(guò)程中各部件的尺寸與組裝位置，為汽車底盤的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。可以在建模中對(duì)各零部件進(jìn)行重組，并且對(duì)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果，底盤穩(wěn)定性結(jié)果進(jìn)行匯總，通過(guò)調(diào)整不同的零部件種類及組裝位置，可以得到底盤的整體參數(shù)化結(jié)果。也就是說(shuō)在底盤坐標(biāo)系中，修改相應(yīng)的坐標(biāo)參數(shù)，便可以馬上獲取到電動(dòng)汽車底盤優(yōu)化后的應(yīng)用質(zhì)量，這樣可以找出車輛底盤存在的隱患與風(fēng)險(xiǎn)，盡早制定相應(yīng)的措施[6]。

4.2 打造零部件參數(shù)化模型

其次要打造零部件參數(shù)化模型，由于純電動(dòng)汽車底盤的總體設(shè)計(jì)任務(wù)，便是保證底盤組件的基本結(jié)構(gòu)與空間位置。因此在各類零部件進(jìn)行組裝時(shí)，要對(duì)其組裝位置、大小尺寸進(jìn)行確定，在此過(guò)程中要考慮零件與組裝件的空間關(guān)系，以及純電動(dòng)汽車底盤的基本結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)參數(shù)。汽車零部件的參數(shù)化模型，需要根據(jù)參數(shù)形狀參數(shù)以及位置參數(shù)進(jìn)行匯總，這樣才能形成立體化的參數(shù)模型，以確定汽車零部件總成的尺寸與基本形狀，將各類汽車零部件組裝擺放到汽車底盤中，便能夠形成最為全面的汽車底盤情況，而未知參數(shù)與形狀參數(shù)，能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車的底盤應(yīng)用效果起到直接影響，通過(guò)對(duì)以上兩種參數(shù)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，可以創(chuàng)建出控制組件的簡(jiǎn)化模型，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供平臺(tái)支持。

4.3 底盤裝配參數(shù)化設(shè)計(jì)

汽車底盤需要由多個(gè)組件構(gòu)成，并且這些組件是由多個(gè)子組件組成，因此底盤裝配參數(shù)化設(shè)計(jì)，可以形成樹(shù)形關(guān)系圖，在創(chuàng)建汽車底盤裝配模型前，技術(shù)人員必須建立相應(yīng)的底盤參數(shù)結(jié)構(gòu)圖，樹(shù)形結(jié)構(gòu)圖的節(jié)點(diǎn)，是建立的幾種類型的零部件文件，該文件包含多個(gè)級(jí)別節(jié)點(diǎn)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)連接，形成的參數(shù)關(guān)聯(lián)，這樣可以使優(yōu)化設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)參數(shù)更為準(zhǔn)確。同時(shí)對(duì)裝配體與零件的裝配方法設(shè)計(jì)時(shí)，通常情況下汽車底盤裝配會(huì)采用坐標(biāo)點(diǎn)與約束裝配模式，其中前者指的是根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的點(diǎn)位，將相關(guān)零部件組裝到汽車底盤中，而后者是先確定主要的部件，如電源、發(fā)動(dòng)機(jī)等，隨后將各類體積較小的零部件安裝在底盤中，因此會(huì)受到大型零部件安裝位置與體積的影響。

4.4 底盤干涉檢查與運(yùn)動(dòng)校正

最后在底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)完畢時(shí)，還要采用干涉檢查與運(yùn)動(dòng)校正的模式，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)與前軸之間的運(yùn)動(dòng)距離，為了設(shè)計(jì)汽車前后變速器，可以將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)布置在前軸頂部，避免一系列的運(yùn)動(dòng)干擾。因此在組織汽車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，可以在汽車前軸與油底殼之間留出一定空間，保證兩者之間的距離，提升純電動(dòng)汽車底盤的應(yīng)用質(zhì)量。此外在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)矯正時(shí)，需要對(duì)輪轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)空間進(jìn)行測(cè)試，例如前輪轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)的自由空間，應(yīng)該將驗(yàn)證汽車方向盤與操縱活性為基礎(chǔ)，以此來(lái)對(duì)汽車的方向盤與縱向桿設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行確認(rèn)，如果方向盤與轎廂之間的運(yùn)動(dòng)受到干擾，技術(shù)人員要及時(shí)采取有效的優(yōu)化措施，減小車架的寬度或增加前輪軌跡，并且在底盤架構(gòu)中做出調(diào)整。

5 燃油車改純電動(dòng)汽車底盤設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

5.1 應(yīng)用一體化控制技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，燃油車改純電動(dòng)汽車的底盤設(shè)計(jì)，也將朝著多元化方向發(fā)展，例如應(yīng)用一體化控制技術(shù)，降低汽車底盤系統(tǒng)的耦合程度，同時(shí)能夠減少汽車底盤設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，主要以優(yōu)化與改進(jìn)目標(biāo)為核心基礎(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)電磁主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)與輪轂電機(jī)的集成化發(fā)展。同時(shí)可以提高汽車執(zhí)行器的性能與質(zhì)量，為純電動(dòng)汽車底盤的一體化提供助力，對(duì)執(zhí)行器的空間進(jìn)行合理布置，使汽車垂向動(dòng)力得到提升，這樣可以解決汽車運(yùn)行系統(tǒng)出現(xiàn)的共振問(wèn)題。

5.2 以底盤地層控制為基礎(chǔ)

在電動(dòng)車底盤一體化控制系統(tǒng)中，由于輪邊驅(qū)動(dòng)汽車具有能量消耗，操作穩(wěn)定性及平順性會(huì)被影響，這樣便會(huì)對(duì)汽車底盤的耦合問(wèn)題造成一定影響，因此可以參考汽車在實(shí)際行駛中的數(shù)據(jù)情況，建立多目標(biāo)系的空間領(lǐng)域，這樣可以提升主動(dòng)輪的橫向與縱向演變力，使相同區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的疊加效果更為明顯。而借助參數(shù)化設(shè)計(jì)與一體化構(gòu)建，可以使純電動(dòng)汽車的底盤設(shè)計(jì)更具可行性。

5.3 全車自有姿態(tài)控制技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)以輪轂電機(jī)為主要基礎(chǔ)的純電動(dòng)汽車底盤設(shè)計(jì)，應(yīng)開(kāi)發(fā)全車自由姿態(tài)控制技術(shù)，也就是對(duì)底盤控制、集成震動(dòng)、懸架等系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，合理解決汽車平順性與操作性之間的沖突矛盾，為了解決以上問(wèn)題，要根據(jù)純電動(dòng)汽車底盤改進(jìn)后的應(yīng)用效果進(jìn)行逐步優(yōu)化，也就是在汽車實(shí)際運(yùn)行時(shí)，汽車具有的柔性作用，加入其他主動(dòng)力，通過(guò)其他方法防止汽車在高速行駛前提下發(fā)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。借助參數(shù)化分析，對(duì)純電動(dòng)汽車各種運(yùn)行狀態(tài)下的底盤穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)算，避免荷載力過(guò)大而導(dǎo)致輪胎調(diào)動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題，可以采用全車自由姿態(tài)控制技術(shù)，更好的配合輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使加速、位移、制動(dòng)等操作更加順暢，提升整體控制質(zhì)量，有效改善純電動(dòng)汽車的操作性與平順性。

6 結(jié)論

綜上所述，汽車底盤設(shè)計(jì)是整車設(shè)計(jì)的重要組成部分，針對(duì)底盤的運(yùn)行穩(wěn)定性、實(shí)踐應(yīng)用效果進(jìn)行匯總，可以準(zhǔn)確判定汽車底盤的應(yīng)用質(zhì)量。并且根據(jù)存在的問(wèn)題與風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行調(diào)整，能夠大幅度提高汽車的綜合性能。本文首先闡述純電動(dòng)汽車底盤優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念，其次提出燃油車改純電動(dòng)汽車底盤參數(shù)化設(shè)計(jì)，最后提出燃油車改純電動(dòng)車底盤優(yōu)化具體設(shè)計(jì)措施，具體為建立底盤參數(shù)坐標(biāo)系，打造零部件參數(shù)化模型，底盤裝配參數(shù)化設(shè)計(jì)，以及底盤干涉檢查與運(yùn)動(dòng)校正等，對(duì)純電動(dòng)汽車底盤設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)作出展望。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，要持續(xù)對(duì)純電動(dòng)汽車的底盤設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行革新。

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