燃油車改純電動汽車底盤優化設計

劉建勝

摘 要：文章針對燃油車改純電動汽車的底盤優化設計問題展開研究，闡述底盤設計內容，介紹相關參數化設計，根據電動汽車的發展趨勢，提出底盤設計革新措施，同時對今后電動汽車的設計發展作出展望，希望對相關人員提供參考與借鑒。

關鍵詞：燃油車 電動汽車 底盤 優化設計 參數化

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

隨著我國整體經濟建設的飛速發展，人們生活水平得到大幅度提升，我國汽車數量不斷提升，對環境造成的污染愈加嚴重，國民也認識到生態環保的重要性，汽車行業借助現代化技術，從燃油車向純電動車轉型發展，以響應我國可持續發展的國策方針。然而，燃油車向電動汽車的改進過程中，要對底盤進行設計，根據參數化要求進行優化，這樣才能在保證車輛零排放的前提下，逐步提升電動汽車的應用質量，本文針對純電動汽車的底盤優化進行研究，對新能源汽車行業的發展具有重要意義。

2 純電動汽車底盤優化設計

現階段在進行電動汽車的底盤優化設計時，首先要進行參數化設計，圍繞汽車底盤的動力學特征、運動學參數等展開綜合分析，根據結果得出底盤優化方案，在后續的調整中逐漸達到最佳運行狀態。例如常見的懸架KC分析、動力學模擬分析，將分析對象設定為燃油車底盤，采集相關動力學參數，對懸架系統的各部分參數進行模擬，評估懸架的整體性能。隨后替換為純電動汽車的底盤方案，對兩種底盤的應用性能進行對比，通過對整車上電、下電、穩定性、平穩運行等進行對比，找出純電動汽車底盤存在的風險問題，制定相應措施[1]。

在后續優化設計中，主要對前懸架滾動、操作穩定性、穩態回轉、角階躍數據進行分析，具體如下：（1）當懸架滾動系數較低時，可以增加穩定桿，使齒輪轉動比增加，當處于垂直跳動狀態時，可以改善減震器，降低車輛行駛對底盤造成的負荷壓力;（2）操作穩定性，燃油車底盤向電動汽車改進時，要始終關注底盤的運行穩定性，針對整車性能進行評估，找出底盤應用風險，盡早制定解決措施;（3）穩態回轉問題，整車重量偏大時，會導致轉動性降低，要對減震彈簧的剛度進行調整，并且適當減重，以保證車輛底盤的靈活性。（4）車身整體重量提升時，由于橫擺角與側向加速會受到影響，會直接反映在角階躍數據中，因此可以根據該項數值，對電動汽車的底盤穩定性展開測算與調試[2]。

3 燃油車改純電動汽車底盤參數化設計

3.1 底盤優化設計內容

在傳統的燃油車底盤設計工作中，技術人員僅根據固定參數展開設計，缺乏設計方案的調整與實踐檢測，因此很難在后續中優化。而參數化技術在汽車底盤中廣泛應用，可以有效克服汽車底盤設計優化難題，具體如下：（1）通過參數化設計可，以對底盤產品的參數結構進行調整，通過對不同參數進行搭配與替換，以取得最佳的應用成效[3];（2）參數化技術的應用，可以使特定的參數對原始參數進行替換，以改善汽車底盤的設計質量;（3）參數化設計在汽車底盤設計中，可以大幅度提高汽車設計效率和質量，尤其是燃油車向純電動車的改型，為保證汽車底盤的綜合性能，因此需要對多項參數進行改進設計。

純電動車的底盤優化設計內容如下：（1）電動汽車的底盤設計，可以在一定程度上沿用傳統燃油車的底盤構架，只需要對底盤的系統進行微調，但是基本的運行原理保持不變;（2）電動汽車作為機電一體化的綜合工程，其主要由驅動電機系統，電池系統，電子控制系統，以及電動化輔助系統等組成，因此底盤設計的研發需要與機械電氣等專業協同，想要發揮出純電動車底盤的應用價值，便要對驅動電機，動力電池，控制系統等進行科學搭配，對傳動系統，轉向系統及制動系統進行匯總，這樣才能發揮出底盤的最佳應用效果;（3）純電動汽車的底盤布置，可采用整體化設計，也就是盡量減少整車零部件，以滿足車載能源的多樣性，可以采用整體化設計原則，對外部構造，整車碰撞安全性等方面提出創新意見;（4）純電動汽車的底盤為滿足車輛的續航行駛要求，需要對電動機重量，底盤重量，電池重量進行調整，尤其是要注意底盤輕量化技術，可以采用碳纖維，鋁合金等輕質金屬，對傳統的車輛底盤進行重塑，采用輕量化輪轂減輕技術，改善加速與操作性能[4]。

3.2 搭配蓄電池

在確定純電動汽車的底盤后，要針對蓄電池進行選擇，主要參數包括蓄電池的種類，蓄電池的容量，蓄電池電壓等，在選擇過程中不僅要考慮純電動汽車底盤改造后的動力性指標，同時還要對汽車改裝后的性價比進行分析。例如鉛酸電池應用效果良好，比功率也相對較大，成本較低，因此在當前純電動汽車中得到有效應用。而且鉛酸蓄電池具有較高的運行電壓，在相應功率下，電流相對較小，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量成正相關關系，伴隨蓄電池容量的提升，還可以使汽車續駛里程得到提升，不過蓄電池質量的提升，還會受到汽車底盤空間結構與承載水平的制約，蓄電池容量同樣不宜過高，這樣可以減輕純電動汽車的底盤整體重量[5]。

3.3 電動機選擇

為保證電動汽車底盤的應用質量，還要根據實況搭配相應的電動機，由于電動汽車的電動機參數為額定功率、種類、額定轉速等組成。因此，核心要求為促進底盤的運行效能，可以搭載過載能力強、瞬時功率較大、加速性能優秀的電動機。同時還要對電動機的最高轉速作出保證，使其可以在平坦道路中長時間行駛，汽車減速時可以達成再生制動，通過提升電動機與電源的應用效果，提升電動車底盤的應用價值。例如選擇永磁同步無刷直流電動機系統，將電動汽車的行駛速度設為50km/h，對電動機的運行功率進行計算，如公式：

P=1/3600ηr（mgf+CAV/21.15）V

上述公式中，將底盤重點設定為m，將電動機的滾動莫測系數設定為f，將風阻系數設定為C，將迎風面積設定為A，將汽車最高行駛時速設定為V。同時可以將電動車的常規時速設定為30km/h，從而計算出電動機的額定轉讀，具體公式如下：

M=igioV/0.3771/r

上述公式中。將電動機的傳動比設定為ig，將主減速比值設定為io，V指的是車輛的常規時速，電動機的滾動半徑為r，在試驗測算中，可以根據電動機的實際轉速與功率情況，調整到電動汽車的最佳運行狀態，提升電動機與底盤的契合程度。

4 燃油車改純電動汽車底盤優化設計措施

4.1 建立底盤參數坐標系

燃油車改純電動汽車底盤優化設計，首先要建立底盤參數坐標系，明確底盤組裝過程中各部件的尺寸與組裝位置，為汽車底盤的優化設計提供數據支撐。可以在建模中對各零部件進行重組，并且對動力學分析結果，底盤穩定性結果進行匯總，通過調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化結果。也就是說在底盤坐標系中，修改相應的坐標參數，便可以馬上獲取到電動汽車底盤優化后的應用質量，這樣可以找出車輛底盤存在的隱患與風險，盡早制定相應的措施[6]。

4.2 打造零部件參數化模型

其次要打造零部件參數化模型，由于純電動汽車底盤的總體設計任務，便是保證底盤組件的基本結構與空間位置。因此在各類零部件進行組裝時，要對其組裝位置、大小尺寸進行確定，在此過程中要考慮零件與組裝件的空間關系，以及純電動汽車底盤的基本結構與動態參數。汽車零部件的參數化模型，需要根據參數形狀參數以及位置參數進行匯總，這樣才能形成立體化的參數模型，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，而未知參數與形狀參數，能夠對電動汽車的底盤應用效果起到直接影響，通過對以上兩種參數進行調整優化，可以創建出控制組件的簡化模型，為后續優化設計提供平臺支持。

4.3 底盤裝配參數化設計

汽車底盤需要由多個組件構成，并且這些組件是由多個子組件組成，因此底盤裝配參數化設計，可以形成樹形關系圖，在創建汽車底盤裝配模型前，技術人員必須建立相應的底盤參數結構圖，樹形結構圖的節點，是建立的幾種類型的零部件文件，該文件包含多個級別節點，通過節點與節點連接，形成的參數關聯，這樣可以使優化設計中的數據參數更為準確。同時對裝配體與零件的裝配方法設計時，通常情況下汽車底盤裝配會采用坐標點與約束裝配模式，其中前者指的是根據預先設計的點位，將相關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、發動機等，隨后將各類體積較小的零部件安裝在底盤中，因此會受到大型零部件安裝位置與體積的影響。

4.4 底盤干涉檢查與運動校正

最后在底盤參數化設計完畢時，還要采用干涉檢查與運動校正的模式，調節電動機與前軸之間的運動距離，為了設計汽車前后變速器，可以將汽車發動機布置在前軸頂部，避免一系列的運動干擾。因此在組織汽車發動機時，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，提升純電動汽車底盤的應用質量。此外在進行運動矯正時，需要對輪轉向運動空間進行測試，例如前輪轉向運動的自由空間，應該將驗證汽車方向盤與操縱活性為基礎，以此來對汽車的方向盤與縱向桿設計合理性進行確認，如果方向盤與轎廂之間的運動受到干擾，技術人員要及時采取有效的優化措施，減小車架的寬度或增加前輪軌跡，并且在底盤架構中做出調整。

5 燃油車改純電動汽車底盤設計發展趨勢

5.1 應用一體化控制技術

隨著現代科學技術的飛速發展，燃油車改純電動汽車的底盤設計，也將朝著多元化方向發展，例如應用一體化控制技術，降低汽車底盤系統的耦合程度，同時能夠減少汽車底盤設計的復雜性，主要以優化與改進目標為核心基礎，以實現電磁主動懸架結構與輪轂電機的集成化發展。同時可以提高汽車執行器的性能與質量，為純電動汽車底盤的一體化提供助力，對執行器的空間進行合理布置，使汽車垂向動力得到提升，這樣可以解決汽車運行系統出現的共振問題。

5.2 以底盤地層控制為基礎

在電動車底盤一體化控制系統中，由于輪邊驅動汽車具有能量消耗，操作穩定性及平順性會被影響，這樣便會對汽車底盤的耦合問題造成一定影響，因此可以參考汽車在實際行駛中的數據情況，建立多目標系的空間領域，這樣可以提升主動輪的橫向與縱向演變力，使相同區域內產生的疊加效果更為明顯。而借助參數化設計與一體化構建，可以使純電動汽車的底盤設計更具可行性。

5.3 全車自有姿態控制技術

為實現以輪轂電機為主要基礎的純電動汽車底盤設計，應開發全車自由姿態控制技術，也就是對底盤控制、集成震動、懸架等系統進行協調，合理解決汽車平順性與操作性之間的沖突矛盾，為了解決以上問題，要根據純電動汽車底盤改進后的應用效果進行逐步優化，也就是在汽車實際運行時，汽車具有的柔性作用，加入其他主動力，通過其他方法防止汽車在高速行駛前提下發生的不穩定現象。借助參數化分析，對純電動汽車各種運行狀態下的底盤穩定性進行測算，避免荷載力過大而導致輪胎調動出現問題，可以采用全車自由姿態控制技術，更好的配合輪轂電機的驅動，使加速、位移、制動等操作更加順暢，提升整體控制質量，有效改善純電動汽車的操作性與平順性。

6 結論

綜上所述，汽車底盤設計是整車設計的重要組成部分，針對底盤的運行穩定性、實踐應用效果進行匯總，可以準確判定汽車底盤的應用質量。并且根據存在的問題與風險因素進行調整，能夠大幅度提高汽車的綜合性能。本文首先闡述純電動汽車底盤優化設計的概念，其次提出燃油車改純電動汽車底盤參數化設計，最后提出燃油車改純電動車底盤優化具體設計措施，具體為建立底盤參數坐標系，打造零部件參數化模型，底盤裝配參數化設計，以及底盤干涉檢查與運動校正等，對純電動汽車底盤設計發展趨勢作出展望。在現代科學技術不斷發展的背景下，要持續對純電動汽車的底盤設計技術進行革新。

參考文獻：

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