純電平臺開發過程中的關鍵要素分析及建議

韓汪利

純電平臺開發過程中的關鍵要素分析及建議

韓汪利

（恒大恒馳新能源汽車研究院（上海）有限公司，上海 201616）

文章基于公司某純電平臺開發實踐，梳理了全新純電平臺開發的必要輸入、平臺拓展策略以及需要重點考量的要素。通過布置方案對比得出了選型建議，結果表明：A型臂前置式麥弗遜懸架相對A型臂后置式麥弗遜懸架，可以獲得更大的電池包布置空間；軸前電機布置+轉向器前置的布置方案L113相對更小，可以改善乘員艙空間利用率；后電機采用軸后電機布置可以有效改善三排人體的腳步空間；空調箱相對傳統橫置空調，分體式空調箱和縱置空調箱有利于女王副駕的布置，但對前艙高壓器件的布置存在不同程度的影響。

平臺開發輸入；平臺拓展策略；懸架結構選型；驅動形式選擇；電機選型及布置；轉向器布置；空調箱選型及布置

目前，國內新能源汽車已完成從政策導向型向市場導向型的轉變，新能源汽車在用車成本、路權以及智能化方面的優勢，得到了越來越多消費者的認可。由于純電動汽車與傳統燃油車在結構組成上的差異，導致傳統的燃油車平臺已經不能滿足純電動汽車的開發需要，因此，開發純電專屬平臺成為各大造車新勢力的首要工作。

本文基于純電動汽車的特點并結合某純電平臺開發實踐，梳理了純電平臺開發前期所需相關輸入、平臺拓展策略以及需要重點考慮的要素，例如：懸架結構的選型、驅動形式的選擇、電機類型的選擇及布置、轉向器布置、空調箱類型選擇，并結合平臺規劃給出了開發建議。

1 平臺開發的必要輸入

1.1 平臺拓展規劃

由于平臺拓展規劃以及同平臺下各類車型的核心競品直接影響平臺軸距帶寬、輪距帶寬、輪胎型譜規劃、平臺高度調整策略以及關鍵架構尺寸L113[1]及架構構型的選擇和確定，因此，平臺開發初期需明確平臺車型拓展的具體規劃，與此同時還需要明確同平臺各車型的核心競品及關鍵配置，某B級純電平臺拓展性規劃如表1所示。

表1 某B級純電平臺拓展規劃

車型SedanCrossSUV 5座7座 平臺拓展規劃√√√√

1.2 動力總成搭載規劃

平臺開發初期需要輸入同平臺各類車型的核心競品及關鍵配置，動力總成便是其中關鍵配置之一。

動力總成搭載目前呈現趨勢有：

1）長續航版本后電機功率小型化。動力性強已經成為電動車耳熟能詳的屬性標簽，但隨著純電動車的不斷普及，消費者對于電動車極致加速性能的追求也趨于理性。各造車勢力基于原后驅版基礎上開發了功率相對更小的后驅版本，如比亞迪海豹、長安深藍SL03等車型都在原200 kW級后驅版本基礎上相繼推出150 kW級的后驅車型。

但電機尺寸與電機功率并不一定存在線性對應關系，如聯電150 kW后電機相對聯電200 kW后電機在向尺寸更大，如圖1所示。

圖1 聯電150 kW及200 kW電機Z向尺寸對比

圖1所示尺寸差異會直接影響后地板的平臺化，在前期規劃動力總成搭載型譜時需做好布置預留。

2）電動力組合形式多樣化。蔚來ES8采用的是前永磁同步+后交流異步的動力組合方案（第二代車型），兼顧中低速區間電機效率的同時改善了車輛的高速性能。比亞迪漢采用的是前后雙永磁同步的組合方案，日產艾睿雅采用的是前后電勵磁同步的動力組合方案。隨著車企對動力總成組合方案研究的深入，動力總成組合方案也呈現多樣化的趨勢，當前典型純電車型動力組合方案如表2所示。

表2 典型純電車型動力組合方案對比

車型小鵬P7比亞迪漢Marvel R埃安 LXBYD 海豹小鵬G9日產艾睿雅 電機類型永磁+永磁永磁+永磁永磁+永磁永磁+永磁異步+永磁異步+永磁電勵磁同步+電勵磁同步

由表2可知：典型純電車型搭載的電機主要有永磁同步電機、電勵磁同步電機、感應異步電機。

正是由于動力總成呈現上述趨勢，在平臺開發前期更應該明確動力總成搭載規劃（含電機類型、動力組合方案以及平臺需搭載的電機型譜），避免后期增加動力總成搭載進而影響前期既定的平臺化策略。

2 平臺拓展策略

合理的平臺拓展策略可最大化挖掘平臺的潛力，在同一平臺上開發出更多的衍生車型。平臺化開發既可以縮短車型開發周期，降低研發風險，同時也可以減少研發投入。經過近幾年的探索和積累，各車企已經總結出比較成熟的平臺拓展策略。

平臺化并不是所有零件一成不變，而是開發費用較高、難度較大或者涉及平臺關鍵特性的零部件保持不變，并且在平臺開發前期就對平臺拓展的策略進行了設定，如表3所示。

表3 平臺拓展策略

尺寸代碼尺寸描述調整策略尺寸代碼尺寸描述調整策略 L113BOF點至前輪輪心距離固定W1前縱梁內側跨距固定 L101軸距可變W2前地板面板Y向寬度固定 L104前懸可變W3門洞止口Y向距離可變 L105后懸可變W4電池包安裝點Y向距離固定 H156最小離地間隙可變W5后縱梁內側跨距固定

盡管不同級別平臺間懸架類型不同，但拓展策略都大致相同，平臺拓展從平臺方向、方向以及方向三個維度開展。對于表3中調整策略為固定的尺寸，是直接影響平臺通用化率的關鍵，也是平臺開發需要堅持的底線，例如：尺寸L113與尺寸W4，其中尺寸L113受轉向系統和電機的布置形式以及懸架構型的影響，同時也與車身下車體扭力盒的結構形式息息相關，一旦鎖定了尺寸L113，同平臺其他車型都會保持不變。對于尺寸W4（電池包安裝點向距離）直接鎖定了電池包寬度，同平臺其他車型只能通過改變電池包長度來實現不同續航里程。

正是通過對上述關鍵尺寸拓展策略的定義（固定和可變），使得平臺拓展在既定的規則下靈活開展，在確保平臺通用化率的同時也具備一定的靈活性。

2.1 平臺X向拓展策略

如圖2所示，平臺向拓展主要涉及三個尺寸的調整：前懸L104、軸距L101及后懸L105。

圖2 平臺X方向調整策略

2.1.1前懸尺寸調整策略

對于前懸尺寸L104，存在兩種調整方案：1）調整防撞梁截面寬度和吸能盒長度；2）改變前縱梁鋁擠出長度。

通過改變吸能盒長度及防撞梁截面寬度可實現前懸可調，但調整量有限，適用于調整量在?20～30 mm的區間。

隨著白車身輕量化要求的不斷提高，越來越多車企開始使用鋁擠出替代前縱梁及座椅橫梁等沖壓件或者使用上鋼下鋁的車身開發路線，因此可以通過改變鋁擠出的長度來實現前懸尺寸L104的調整[2]，如圖3所示。

圖3 前懸尺寸調整策略

2.1.2軸距調整策略

車身下車體平臺應對軸距調整的方案，各車企采用的方案不盡相同，但大致可以分為兩類：1）以長軸距版前地板為設計基準，通過增加切邊工序來實現長短軸車型的共用[3]；2）將前地板總成分拆為前地板及中地板兩部分，通過中地板來實現尺寸調整，如圖4所示。

圖4 軸距調整策略

2.1.3后懸尺寸調整策略

后懸尺寸調整是同平臺開發三廂車和兩廂車必須面對的問題[4]。后懸尺寸調整主要通過后縱梁延長梁和后防撞梁（含吸能盒）總成來實現，如圖5所示。

圖5 后懸尺寸調整策略

2.2 平臺Y向拓展策略

平臺向拓展涉及兩個方面的內容：底盤向尺寸調整以及車身向尺寸調整。

2.2.1底盤向尺寸調整策略

對于底盤向尺寸調整特指底盤前后輪距的調整。輪距調整的策略總體可以分為三類：調整輪輞偏距、調整懸架桿系長度以及全新開發轉向節，其中調整輪輞偏距為前后輪距調整的通用策略，但輪輞偏距調整量不宜過大。轉向節及輪轂軸承沿用的情況下，輪輞偏距調整使得輪轂軸承偏距變化，輪轂軸承由于受到偏心載荷的作用，使用壽命會降低甚至超出設計許可。通過輪輞偏距進行輪距調整的策略適用于輪距調整總量小于±20 mm的場景。

輪距調整的策略隨懸架結構形式的不同而存在略微差異，以某B級別純電平臺（前雙叉臂懸架+后五連桿懸架）前后輪距調整的策略進行舉例說明，如圖6及圖7所示。

L1—輪輞偏距；L2—上控制臂長度(Y向)；L3—上控制臂襯套中心至Y0面距離；L4—下控制臂長度(Y向)；L5—上控制臂襯套中心至Y0面距離；W101—前輪距。

由圖6可知，對于雙叉臂前懸架輪距調整，除調整輪輞偏距外，主要通過改變上下控制臂長度來實現。

五連桿后懸架相對復雜，桿系變化會導致懸架K&C特性變化，五連桿后懸架輪距調整時會維持副車架及桿系不變，通過新開發轉向節，改變尺寸L2來實現向拓展[3]。

L1—輪輞偏距；L2—轉向節球頭中心至輪胎中心面的距離；L3—連桿長度(Y向)；L4—連桿襯套中心至Y0面距離；W102—后輪距。

由圖7可知，五連桿后懸架輪距調整主要通過改變輪輞偏距以及轉向節新開發實現。

2.2.2車身向尺寸調整策略

由于向尺寸W1與W5與平臺動力總成搭載相關，而W4決定了電池包的寬度，因此，車身向尺寸調整應在保證地板共用（W2不變），且W1、W4以及W5維持不變的前提下開展。根據向尺寸調整量不同，車身向尺寸調整細分為兩種：1）調整量較小，尺寸W3保持不變時，通過側圍外板以及門檻外板寬度進行調節[5]。由于受到門檻外板沖壓成型特性以及乘員下車方便性的影響，調范圍有限；2）調整量較大時，尺寸W3需要加大時（門洞止口外移），通過調整門檻內板的寬度[6]，同時通過改變側圍外板及門檻外板截面寬度共同實現向尺寸調整，此時為改善乘員上下車方便性，人體點需要對應外移（加大W20），如圖8所示。

圖8 車身Y向尺寸調整策略

2.3 平臺Z向拓展策略

平臺向拓展包含車身和底盤兩個方面，分別為高低坐姿調整和高低車姿調整。

2.3.1高低坐姿調整

同平臺開發轎車和運動型多功能車（Sport Utility Vehicle, SUV）時，由于人體座高H30不同，高低坐姿調整策略是實現平臺化的關鍵。高低坐姿調整可通過改變座椅安裝支架高度來實現。

2.3.2高低車姿調整

整車高度、人體坐姿以及離地間隙是轎車與SUV的主要差異，其中最小離地間隙就是高低車姿的具體表征。最小離地間隙的調整主要通過兩個方面進行[7]：1）更換輪胎；2）輪心下移。將輪胎沿著輪跳軌跡線下移一定數值，在不改變懸架K&C特性的情況下加大離地間隙，如圖9所示。

圖9 高低車姿調整策略

3 平臺開發重點關注要素

3.1 前后懸架結構形式的選擇

受限于當前電池技術發展現狀，續航里程焦慮仍然是影響消費者選擇純電動汽車的因素之一。因此，純電動平臺相對傳統燃油車平臺開發時，除圍繞機艙及乘員艙為重心開展研究外，還需要額外考慮電池包的布置，充分利用有限的空間來提高續航里程，懸架形式的選擇就顯得尤為重要。

3.1.1前懸架結構選型

前懸架普遍搭載麥弗遜懸架、雙叉臂獨立懸架。由于純電動車型電動力總成相對傳統動力總成在尺寸方面更小，前懸架具體結構形式的選擇已不受動力總成橫向尺寸限制，可根據車型定位及核心競品配置情況進行選擇。

雙叉臂懸架可以看作是從麥弗遜懸架基礎上增加上控制臂進化而來，其對于電池包向布置空間的影響可以使用麥弗遜懸架進行替代分析。

對于麥弗遜懸架，根據A型臂的布置形式不同，又細分為A型臂前置式麥弗遜懸架以及A型臂后置式麥弗遜懸架兩種，兩種懸架對比如圖10所示。

圖10 A型臂前置及后置麥弗遜懸架對比

由圖10對比可知：在電機及轉向器布置方案完全相同情況下，A型臂前置式麥弗遜懸架相對A型臂后置式麥弗遜懸架，可以提供更大的電池包布置空間。

對于雙叉臂懸架：選型時應優先選擇下控制臂桿系布局形式類似麥弗遜懸架A型臂前置式布置方案，如圖11所示。

圖11 雙叉臂懸架（A型臂前置）

3.1.2后懸架結構選型

后懸架相對前懸架在橫向空間上具有更大的裕度，懸架結構相對較為豐富。純電動車型上搭載的典型后懸架分別為扭力梁懸架、刀鋒臂懸架、五連桿懸架以及H型臂多連桿懸架，其中扭力梁懸架與刀鋒臂懸架對于電池包向布置空間的影響相當，同時五連桿懸架與H型臂多連桿懸架對于電池包向布置空間的影響相當，因此，以扭力梁后懸架及五連桿后懸架為代表進行對比分析，如圖12所示。

圖12 后懸架對電池包X向布置空間的影響對比

五連桿懸架相對扭力梁懸架對于電池包向布置空間的侵占更小，可以獲得更大續航里程，在當前電池技術未取得突破進展的情況下，應優先選擇五連桿懸架或者H型臂多連桿懸架[8]。

3.2 驅動形式的選擇

電動汽車電池包重量較大，同時電動力總成相對傳動發動機動力總成質量更小，電動汽車質心位置會相對靠后，整備狀態軸荷比一般處在45%～55%。

在這種狀態下如果繼續采用前置前驅的布置方案，勢必對坡道行駛和極限操控造成不利影響[9-10]，建議純電車型優先選擇后置后驅，即主后驅，同時開發四驅的開發方案。

3.3 電機的結構選型及布置方案

3.3.1電機結構選型

電動汽車上搭載的電機按照結構和工作原理進行劃分，主要有永磁同步電機及交流異步電機兩種，其優缺點如表4所示。

表4 永磁同步電機與交流異步電機特性對比

電機類別永磁同步電機交流異步電機 轉速區間/(r/min)4000～10 0009 000～15 000 過載能力/%300300～500 峰值效率/%95～9794～95 成本高低 外形尺寸小大 調速特性好較差

由表4可知：

1）永磁同步電機峰值效率相對交流異步電機更高，外形尺寸更小，但極限轉速和過載能力相對較低，且成本相對較高。

2）永磁同步電機高效區間集中在中低轉速段，且調速特性好，在面對反復啟停、加減速依然能保持較高效率。

3）交流異步電機高效區間集中在中高轉速段，因此，在高速行駛時保持最大動力輸出的同時，也能極大的減小能耗，但調速特性較差[11]。

4）交流異步電機由于沒有永磁體轉子，在車輛滑行時電機不會因拖拽而導致磁通變化進而產生磁滯損失和渦流損失[12]，可以一定程度減小續航衰減。

對于永磁同步電機也可以增加脫開機構，該脫開結構可以設置在半軸或者差速器來實現車輪和電機之間的分離，由此來解決上述磁滯損失和渦流損失。相同電池電量情況下，不同動力總成組合方案下四驅車型相對兩驅車型續航里程衰減對比如圖13所示。可以看出：相同電量情況下，四驅車型相對兩驅車型續航衰減方面，搭載前永磁+后永磁（輔驅帶脫開機構）或者前異步+后永磁的動力組合方案相對搭載前永磁+后永磁（輔驅不帶脫開機構）的動力組合方案衰減量更少：衰減量從100 km降低至50 km。

圖１3 不同動力組合方案下四驅相對兩驅續航里程衰減

由此可見前異步+后永磁以及前永磁+后永磁（輔驅帶脫開機構）的動力組合方案在提升四驅車型續航里程方面效果明顯，在動力總成規劃時可從上述兩種動力總成組合方案中選擇。

3.3.2電機的布置方案

根據電機輸出軸與減速器輸出軸相對位置關系不同，電機布置方案分為軸前布置和軸后布置兩種。軸前電機及軸后電機布置方案如圖14所示。

為了提高乘員艙空間利用率，進而增加乘員的乘坐舒適度，各車企都在不斷嘗試，其中最為有效的方案就是減小尺寸L113（BOF點到前輪輪心的距離）的數值。

對于前電機，軸前或軸后布置主要影響尺寸L113以及轉向器的布置方案的選擇。電機布置方案對于轉向器布置的影響將在下一章節單獨開展分析。電機布置對于尺寸L113的影響如圖15所示。

圖15 電機布置方案對L113的影響

由圖15可知：L113尺寸值同時受到輪胎尺寸規格、電機及轉向器的布置方案的約束。從圖15(b)可以看出：當減速器輸出軸位置相同時，采用軸后電機布置方案時，電機與轉向器以及高壓線束干涉，并且與前圍板下部橫梁間隙小，從而導致前圍下部橫梁、加速踏板以及BOF點整體后移，這種情況下必然導致尺寸L113變大。由此可見：電機軸前布置相對軸后布置，可以獲得相對更小的L113，有利于提高乘員艙空間利用率。

對于后電機，軸前或軸后布置主要影響第三排座人體腳步空間，如圖16所示。

圖16 后電機布置對于三排人體腳步空間的影響

從圖16對比可以看出：減速器輸出軸位置相同的情況下，后電機軸前布置時，后電機殼體與車身Heel Board干涉，Heel Board需從邊界前移至新邊界示意位置，如圖16(b)所示，進而與第三排人體腳后跟干涉。由此可見：后電機軸后布置相對軸前布置，可以獲得更為優秀的第三排腳部空間。

3.4 轉向器的布置

轉向器的布置根據轉向器與前軸的相對位置關系不同可分為轉向器前置和轉向器后置。典型的電機與轉向器布置方案如圖17所示。

轉向器布置與電機布置相互影響，共同影響尺寸L113的數值，轉向器布置與電機布置之間關聯關系如表六所示。從表5可以看出：當電機為軸前布置時，轉向器可選擇軸前布置或者軸后布置方案，但電機為軸前布置，且轉向器也為軸前布置方案，電機需要繞減速器輸出軸順時針上旋一定角度，以避免與轉向器的干涉；轉向器及電機布置方案對于尺寸L113的影響程度總結如表6所示。

圖17 典型轉向器與電機布置方案

表5 轉向器及電機布置的關聯性

電機軸前布置電機軸后布置備注 轉向器前置√√電機軸前布置時，電機需繞減速器輸出軸上旋一定角度 轉向器后置√×電機軸后布置+轉向器后置方案在純電平臺車型布置中不常見

表6 轉向器及電機布置方案對L113的影響

布置方案電機軸前布置+轉向器前置電機軸前布置+轉向器后置電機軸后布置+轉向器前置 L113較小一般較大

由表6可知：電機軸前布置+轉向器前置方案L113最小，電機軸后布置+轉向器前置方案L113相對較大，最終需根據車型造型風格以及L113目標值進行綜合選擇。

3.5 空調箱的選擇及布置

空調箱根據結構形式不同，可以分為傳統橫置空調、縱置空調、分體式空調三種。蔚來ES6/ES8車型為分體式空調布置方案的代表，特斯拉Model 3及Model Y車型為縱置空調布置的代表。三種空調箱布置方案對于前艙布置的影響如圖18所示。

圖18 三種空調箱布置方案對前艙布置的影響對比

分體式空調箱布置方案將鼓風機、膨脹閥、風門等器件都布置在前艙，可以進一步減小鼓風機、風門電機以及冷媒流動等對于乘客艙的影響，獲得較高的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）品質，同時也為女王副駕的布置留出足夠的空間[13]。其次由于分體式空調箱將鼓風機置前艙，空調濾芯的更換可在發罩開啟后在前艙開展，維修便利性較高，但同時也對前艙高壓器件的布置產生了一定的影響，進而影響前行李箱的布置。

縱置空調箱方案：由于其高度集成化的設計，使得其對于前艙高壓器件的布置影響降到了最低，同時也為女王副駕留出了足夠的空間，但維修方便性與傳統橫置空調箱方案相當。

三種空調箱布置方案的優缺點如表7所示。

表7 三種空調箱布置方案對比

傳統橫置空調縱置空調分體式空調 典型應用車型小鵬P5/漢Model Y/Model 3ES6/ES8 維修方便性（空濾更換）一般一般好 對女王副駕的布置影響較大不影響不影響 NVH一般一般好 對前艙高壓器件的布置不影響一般較大

空調箱布置方案的選擇取決于車型的功能配置定義（是否配備女王副駕及前行李箱）、維修便利性要求以及NVH品質目標，需根據實際情況選定。

4 結束語

本文從全新純電平臺開發所需必要輸入及需重點關注的要素出發，重點分析了懸架結構選型、驅動形式的選擇、電機結構選型及布置方案、轉向器布置、空調箱技術路線對于平臺開發的影響并給出了開發建議。

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The Key Elements Analysis and Suggestions for All-new Electric Vehicle Platform Development

HAN Wangli

( Hengchi New Energy Vehicle Research Institute (Shanghai) Company Limited, Shanghai 201616, China )

Based on the development practice of a pure level station, this paper summarizes the necessary input, platform expansion strategy and key factors to be considered in the development of a new pure level station. The selection suggestions are obtained by comparing the layout scheme. The results show that the A-arm McPherson can obtain larger battery pack layout space than A-arm rear McPherson suspension. For the layout scheme L113 in front of the motor and steering gear layout shaft and the motor layout in front of the steering gear layout shaft, it is relatively smaller, which can improve the utilization rate of the crew cabin space. The rear motor of the rear motor arrangement can effectively improve the footstep space of three rows of human bodies; Compared with the traditional horizontal air conditioning box, split air conditioning box and longitudinal air conditioning box are conducive to the arrangement of the queen's first officer, but they have different degrees of influence on the arrangement of high voltage devices in the front cabin.

Input for platform development;Platform expansion strategy;Suspension structure selection; Drive form selection; Motor selection and layout; Steering gear arrangement; Air conditioning box selection and layout

U462.2+2

A

1671-7988(2023)10-204-10

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.010.041

韓汪利（1986—），男，碩士，工程師，研究方向為純電平臺開發與集成，E-mail:to634hanwangli@163.com。