新能源汽車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)變化

姜應(yīng)求,車(chē)楊軍，高李康

(北汽云南瑞麗汽車(chē)有限公司，云南瑞麗 678600)

0 引言

這兩年國(guó)家越來(lái)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(chē)產(chǎn)業(yè)的變革首當(dāng)其沖。傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的尾氣排放是當(dāng)今環(huán)境污染的一個(gè)主要來(lái)源，因此取消燃油車(chē)并且解決替代其動(dòng)力的能量是當(dāng)下所要解決的問(wèn)題。我國(guó)電池技術(shù)發(fā)展迅速，電動(dòng)車(chē)成為當(dāng)下新能源車(chē)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(chē)的相關(guān)部件產(chǎn)生了很大的改變。尤其是汽車(chē)底盤(pán)會(huì)有一個(gè)比較明顯的變化。

1 新能源汽車(chē)底盤(pán)的總體設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員會(huì)考慮到開(kāi)發(fā)成本以及周期問(wèn)題，若完全推翻傳統(tǒng)汽車(chē)底盤(pán)的設(shè)計(jì)思路，將會(huì)大大提高成本和延長(zhǎng)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(pán)的開(kāi)發(fā)將會(huì)盡可能地沿用現(xiàn)今成熟車(chē)型的底盤(pán)設(shè)計(jì)和相關(guān)零件，根據(jù)新能源車(chē)型的特別需要對(duì)局部進(jìn)行改進(jìn)，這樣開(kāi)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(chē)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(pán)設(shè)計(jì)布置方面的變化，為保證電動(dòng)車(chē)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(pán)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(chē)底盤(pán)各子系統(tǒng)的變化

汽車(chē)底盤(pán)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(chē)底盤(pán)的主要作用是支承、安裝汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件總成，形成汽車(chē)整體造型，并接受發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，使汽車(chē)運(yùn)動(dòng)，并保證汽車(chē)正常行駛。新能源汽車(chē)底盤(pán)的作用基本和傳統(tǒng)汽車(chē)的相同，只是其支承、安裝汽車(chē)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(pán)各系統(tǒng)也相繼出現(xiàn)了一定的改變，接下來(lái)作者主要討論新能源汽車(chē)底盤(pán)各子系統(tǒng)的變化趨勢(shì)，其中由于新能源汽車(chē)行駛系與傳統(tǒng)燃油車(chē)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(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)主要有以下三種方案：

方案一：?jiǎn)坞姍C(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(lèi)似于現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，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(chē)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(duì)比較穩(wěn)定。但是單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)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(chē)質(zhì)量的增加影響了電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航的能力，因此限制了電動(dòng)車(chē)的發(fā)展。

圖1 單電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)方案簡(jiǎn)圖

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

圖2 主電機(jī)+輪轂電機(jī)傳動(dòng)方案簡(jiǎn)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(chē)向前行駛，后輪的兩個(gè)輪轂電機(jī)主要為電動(dòng)汽車(chē)提供后備功率以及在純電動(dòng)汽車(chē)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(chē)的后備功率，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但同時(shí)也增加了輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，試車(chē)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(wèn)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(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)方案簡(jiǎn)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(chē)輛，可以在相同的車(chē)輛負(fù)荷下，提高單個(gè)小電動(dòng)汽車(chē)的負(fù)荷率，進(jìn)而提升電動(dòng)車(chē)工作效率，減少電能消耗，提高電動(dòng)車(chē)的續(xù)航能力。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)以上3種方案的對(duì)比，可以確定雙電機(jī)雙軸驅(qū)動(dòng)可以提升電動(dòng)汽車(chē)的能量利用率，增加電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程，使經(jīng)濟(jì)性上升；可以提高電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)動(dòng)力性，使電動(dòng)汽車(chē)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(chē)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(guò)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(chē)轉(zhuǎn)向。由于新能源汽車(chē)中燃油發(fā)動(dòng)機(jī)總成已撤銷(xiāo)，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(chē)多采用電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。它和燃油車(chē)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(chē)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(wú)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(jiǎn)化了車(chē)的內(nèi)部安裝。電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)只在車(chē)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(chē)采用的液壓制動(dòng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)汽車(chē)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(chē)和傳統(tǒng)燃油車(chē)存在較大差異。

純電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)總成即沒(méi)有傳統(tǒng)的真空源，而傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)轎車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)真空助力裝置的真空源來(lái)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(wú)法滿足行車(chē)制動(dòng)的需要，所以通常需要為電動(dòng)汽車(chē)單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)真空泵來(lái)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(chē)控住器里)以及與傳統(tǒng)汽車(chē)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(yǔ)

就目前而言，無(wú)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(chē)的發(fā)展是必須的。而底盤(pán)是汽車(chē)的重要組成部分，作者從幾個(gè)大的方面簡(jiǎn)要討論了新能源汽車(chē)底盤(pán)各系統(tǒng)的主要變化，并比較了新能源電動(dòng)車(chē)與傳統(tǒng)燃油車(chē)的區(qū)別。新能源汽車(chē)底盤(pán)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(chē)平臺(tái)上進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)發(fā)，這既縮短了開(kāi)發(fā)周期，又降低了成本，部分零件與傳統(tǒng)燃油車(chē)通用也為日后車(chē)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(pán)的開(kāi)發(fā)還是會(huì)在現(xiàn)有燃油車(chē)平臺(tái)上進(jìn)行，這可以縮短新能源車(chē)型開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)省成本、盡快量產(chǎn)。