新能源汽車底盤設計及分析

陳松 康偉寧 王東

新能源汽車的設計上使用環保材料，大大降低了汽車運行中的污染物排放量。目前中國已經著力于新能源汽車的研究，并被作為新興產業被提出來。但是，與普通的汽車相比，新能源汽車在設計上還存在著不足，特別是新能源汽車的底盤設計上尚需要創新。

1 關于新能源汽車的概述

新能源汽車，是在動力能源的使用上與普通汽車之間存在著差別，在其運行中不再使用汽油和柴油，取而代之的是可再生清潔能源，比如，壓縮氣罐、太陽能或者液化石油氣等。[1]中國的新能源汽車以動汽車，作為節能汽車產品而備受推崇。根據所使用的動力燃料不同，電動汽車可以分為三類，其一為純電動汽車，屬于是完全用電池驅動汽車行駛；其二為電機和電池共同運作下的混合動力車；其三為燃料電池車將，即氫燃料作為主要能源原料。

2 新能源汽車的底盤設計

2.1 創新設計

新能源汽車創新設計的主要特點為不斷完善汽車底盤設計，而這需要較高的開發成本和較長的開發周期，且存在缺少零部件、設計經驗等問題。創新的優勢為可以從整體的角度規劃汽車底盤設計，從而設計出性能強大的汽車底盤。在設計之初，出現了“滑板式底盤”的創新設計，其顛覆了傳統汽車底盤的設計常規。這項設計的核心內容為厚度為28 cm的鋁制滑板式底盤。在這種底盤設計中，具有所有轎車的核心系統、轉向系統和變速系統等，且僅有一個通向汽車車身的電氣連接。隨著線傳操控技術的引入，汽車底盤系統中的各種設計在不斷創新。在這一系統中的制動系統和轉向系統等已不再沿用傳統的機械形式，而采用了電子控制。因此，可取消踏板和轉向柱等設置，從而增大汽車的總體布置空間。

2.2 TRIP鋼在汽車底盤設計中的應用

目前，在汽車制造方面，TRIP鋼在大型載貨汽車中的應用較多，但其在其他汽車底盤設計中的應用十分有限。特別是在轎車底盤的設計中，僅有切諾基等車使用了高強度鋼。使用TRIP鋼制造汽車具有高強度、高塑性等特點。在汽車底盤設計中，利用這種材料可有效地降低汽車的耗油，并減少尾氣排放。對這一材料進行可靠性檢測后發現，其具備良好的結合力、致密的涂層和較好的耐腐蝕性。

2.3 三聚磷酸鋁在汽車底盤設計中的應用

汽車底盤對零件的要求十分嚴格。比如，汽車在行駛過程中其底盤易受到腐蝕等的影響，因此，汽車對整體用漆有著十分嚴格的要求，特別是底盤涂料。以某汽車制造廠為例，其制造的汽車發動機漆采用鉛系防腐蝕材料，該材料具有較大的毒性，且抗腐蝕性較差，導致其在儲存過程中缺乏穩定性。而采用三聚磷酸鋁作為底盤用漆具有較好的抗腐蝕性，且在儲存過程中具有一定的穩定性，這樣能有效維持機械的物理性質。表1為三聚磷酸鋁用量對汽車用漆性能的影響。

3 新能源汽車底盤設計的改制

新能源汽車底盤設計的改制主要體現在以下3個方面：①沿用汽車底盤設計平臺。在底盤設計過程中，應沿用原底盤設計中的構架等，且汽車底盤中的子系統應保持不變。②取消部分影響汽車底盤子系統的傳統發動機。由于一些全新的汽車動力系統將取代原有的發動機，進而取代了原有的汽車的轉向系統和傳動系統等，所以，需要在原有構架的基礎上進行科學調整。比如，汽車底盤中的制動真空助力泵缺少一定的真空源，因此，需要增加相應的真空動力泵，為其提供新的真空源，并科學整改管路零部件。在新的動力系統中，與原車相比發生改變的還有減速器接口，所以，應根據所輸入的信息重新設計系統；各個子系統中的零部件設計完成后，還需要根據總體布置、零部件的質量設計懸置支架；進行CAE分析，從而改進懸置系統的強度，并降低該系統運行時的噪聲。③由于在設計過程中采用了新的總布置方案，使車體后艙的總布置與以往車型相比發生了巨大的改變。因此，需要重新計算整車質量和荷載匹配，目的是確保懸架系統的可靠性。如果發現懸架系統的可靠性較低，則需要對懸架系統進行調整或重新設計。相關工作人員需要統計同一平臺中新能源汽新增部件的質量和質心位置，并根據統計結果確定新能源汽車的總布置方案；分析新能源汽車前、后軸荷的分布情況，并校驗原有懸架系統的可靠性，如果發現原有懸架系統無法沿用，則應重新設計懸架系統或更改系統的設計參數；利用Adams分析更改后的懸架四輪定位參數，并依照分析結果科學調整懸架設計。

改制過程的主要原則是盡可能地沿用原有的汽車底盤，并根據實際需要調整局部設計。這樣更改的優勢在于開發難度低、開發成本少和開發周期短，且能使用傳統汽車的設計平臺和零件。在傳統汽車的底盤設計中，承載式汽車與非承載汽車有一定的差別。比如，在總布置方面，這兩種車身存在著較大的差異，且其在新能源汽車底盤設計中的應用也有不同之處。

3.1 承載式車身

在汽車行業中，大部分轎車采用了承載式車身。因此，在新能源汽車底盤設計中保持了這樣的構架特點，且在動力總成部件方面，均要在車身上尋找相應的懸置點，這是因為副車架不具備承擔車身質量的功能。在此類結構中，車身的懸置設計工作十分復雜，且要進行大量的CAE分析，這不利于車身的量化；布置空間不規范，導致總體布設工作十分困難。目前，此類結構的應用較為普遍，比如通用汽車的氫動3號等。

3.2 非承載式車身

運用非承載式汽車車身設計平臺時，不必投入過多的人力、物力。由于此類汽車底盤具有大梁，可形成較大的框架，具備一定的承重能力，可將動力系統全部置于汽車底盤的框架中。因此，可在設計初期進行部件的整體規劃和集中布置，這樣不僅可降低總體布置的難度，還能使車身的重心降低、質量減輕。通用汽車早期生產的Chevrolet Volt運用的便是此類底盤結構。

4 新能源汽車底盤設計的完善需要注意的問題

要對新能源汽車底盤設計進行完善，就要從三個方面思考問題：

其一，汽車底盤設計平臺的應用，即在底盤設計中，包括底盤設計的構架，以及其子系統都需要保持不變。

其二，要將傳統發動機取消，采用新型的轉向系統和傳動系統。汽車底盤子系統的需要基于原有的構架，根據需要做出科學性的調整。比如，底盤設計中，子系統的設計方案要保留下來，具有不良影響的發動機要嚴格取締。因此，在汽車底盤的設計上，要在對構架進行調整的同時，還要安裝真空動力泵，以使真空源得以改善。新的動力系統的減速器接口也要改變。設計完子系統的零部件之后，就要對懸置系統采用CAE分析的方法，以使得系統運行中不會產生太過強烈的噪音。

其三，由于底盤設計中對子系統的設計采用了新的方案，車體后艙的布局也會相應地發生改變。通過對整車的質量以及荷載重新計算，而使得懸架系統在運行中，安全系統更高。否則，就需要重新設計，并做好懸架系統的調整工作。對新能源汽車的前軸荷的分布情況和后軸荷的分布情況進行分析，就可以發現需要對懸架系統的設計參數需要重新設計。對懸架四輪定位參數的確定，可以采用Adams分析進行確定，要盡量保留原有的設計方式，從實際應用的角度出發對汽車的底盤進行局部性調整。這樣做不僅會降低開發成本，而且會縮短開發周期。

5 結語

新能源汽車具有清潔、噪聲污染小、制動能量可回收、無尾氣及一氧化碳排放、節能、舒適性好等優點。介紹了新能源汽車底盤系統發展狀況和新能源汽車設計流程；對底盤系統設計的兩種方向進行了詳細的分析和研究，認為創新設計時未來底盤設計的發展方向。

（作者單位：1.精誠工科汽車系統有限公司底盤事業部；

2.精誠工科汽車系統有限公司底盤研究院）