電動輕型商用車模塊化底盤設計及分析

摘要：與傳統燃油車相比，電動輕型商用車的底盤結構存在較大不同，其主要集成了很多系統，包括傳動系統、制動系統以及轉向系統等，具有一體化特點。電動輕型商用車的底盤設計尤為重要，其設計效果與車輛的總體性能息息相關。據此，主要分析電動輕型商用車底盤的設計要點與設計現狀，并重點探究電動輕型商用車模塊化底盤的設計對策，以期為相關行業人員提供參考。

關鍵詞：電動商用車；底盤設計；模塊化

中圖分類號：U463.1 收稿日期：2024-07-15

DOI：1019999/jcnki1004-0226202408007

1 前言

為促進新能源汽車產業發展，我國出臺了“新能源汽車產業發展規劃”。“發展規劃”中明確指出，新能源汽車產業研發應將商用車底盤設計作為重點，這說明電動商用車底盤設計具有至關重要的意義。現階段，市場上的電動輕型商用車以油改電的方式為主，其底盤結構的靈活性較差，尚未實現模塊化設計，無法適用于不同的車長。基于此，相關人員應積極探究電動輕型商用車模塊化底盤設計方案，打造出適用于不同車長的模塊化底盤。

2 電動輕型商用車底盤設計要點

電動輕型商用車的底盤設計效果直接決定著車輛的性能質量。在具體設計時，應以全面發揮車輛優勢為目的，包括實現噪音最小化、效能最大化、零排放等。在電動輕型商用車底盤設計中，應以安全性為原則設計電池的布局；應合理設置電動驅動系統，考慮傳統效率，以使車輛具備較強的續航能力；應合理規劃懸掛系統，考慮操控性能，以使車輛能穩定行駛，具備較高的舒適性。

同時，在底盤設計過程中，一方面應關注輕量化，優化底盤結構，即：實現輕量化能有效加強車輛的能效，使其續航里程提高；輕量化底盤結構能有效加強車輛的操控性能，使其行駛安全性提高；輕量化底盤結構還能進一步提高結構強度，提升整車碰撞性能。另一方面，應關注智能化與互聯化，即：通過傳感器、控制系統的優化設計，加強車輛智能化水平，并通過網絡、通信系統的優化設計，加強車輛互聯化水平。

具體而言，電動輕型商用車底盤設計是一項系統工作，需要對車輛的操控性、舒適性、安全性以及智能化水平、互聯化水平等予以綜合考慮，以此實現車輛優勢的全面發揮，為電動輕型商用車發展帶來推動作用[1]。

3 電動輕型商用車底盤設計現狀

在新能源技術快速發展的背景下，為落實綠色減排任務，輕型商用車需要轉變以往燃油形式，實現純電動。傳統燃油輕型商用車的底盤結構相對復雜，在驅動方式不同、車長不同的燃油輕型商用車底盤設計中，通常難以共用零件，存在供應鏈無法協同的問題，往往成本較高。現階段，市場上的電動輕型商用車以油改電的方式為主，雖已實現純電動，但其底盤結構的靈活性較差，尚未實現模塊化設計，無法適用于不同的車長。同時，現有模塊化底盤僅適用于大部分電動轎車，而對輕型商用車并不適用。例如，我國專利CN206125163U提出的電動汽車底盤結構主要由四部分模塊構成即前碰撞模塊、后碰撞模塊、前艙總成模塊和后地板總成模塊[2]。其中，前碰撞模塊與前艙總成模塊的底盤管結構大梁相連接；后碰撞模塊與后地板總成模塊的底盤管結構大梁相連，主要基于連接套管來調整長度，在輕型商用車上并不適用。

4 電動輕型商用車模塊化底盤設計方案

本文提出一種電動輕型商用車模塊化底盤設計方案，此種底盤設計方案適用于車長不同的電動輕型商用車，能有效降低底盤制造成本。通過該底盤更容易開發不同車長、不同載重等衍生車型，大大縮短開發周期和開發經費，使產品迭代節奏更快，更具競爭優勢，同時也為售后維修件統一規格奠定了基礎。

41 模塊化底盤結構設計

模塊化底盤主要包括三個模塊：前端模塊、中部模塊、后部模塊。其中，前端模塊由三部分組成，即前端模塊縱梁、副車架、前碰撞結構；中部模塊由兩部分組成，即主車架縱梁、電池；后部模塊由兩部分組成，即后部模塊縱梁、后碰撞結構。中部模塊中的主車架縱梁前端、后端分別與前端模塊縱梁后端、后部模塊縱梁前端對應相連。

主車架縱梁是并排設置一對縱梁結構，在一對縱梁結構之間，通過設置橫梁形成方形框架模塊結構。前端模塊縱梁后端與主車架縱梁前端前后對齊設置。主車架縱梁后端與后部模塊縱梁前端前后對齊設置。前端模塊縱梁后端與主車架縱梁前端之間、主車架縱梁后端與后部模塊縱梁前端之間均通過搭接焊接方式相連。主車架縱梁的外側設有側碰撞結構，一對縱梁結構之間設有一組前后并排的橫梁。側碰撞結構包括前后并排獨立設置的前側碰撞結構和后側碰撞結構。

這種模塊化底盤結構設計具有合理性，通過前端模塊、中部模塊以及后部模塊的模塊化設計，打造出的底盤結構適用于車長不同的電動輕型商用車，不僅能使車型與底盤的復雜度降低，且零件通用性較高，可有效降低底盤制造成本。本文提出的模塊化底盤設計方案如圖1、圖2所示。

其中，1為前端模塊，101為前端模塊縱梁，102為副車架，103為前碰撞結構；2為中部模塊，201為主車架縱梁，202為橫梁，203為前側碰撞結構，204為后側碰撞結構；3為后部模塊，301為后部模塊縱梁，302為后懸架，303為后碰撞結構。

42 模塊化底盤實施方式

模塊化底盤包括依次對接相連的前端模塊1、中部模塊2以及后部模塊3。其中，前端模塊1集成設有前懸架、轉向、制動以及前驅相關結構；中部模塊2的長度可結合電動輕型商用車的車長進行設置；后部模塊3集成設有后懸架302以及后驅相關結構。主車架縱梁201與橫梁202形成方形框架模塊結構，其結構簡單，且具有良好穩定性與可靠性。主車架縱梁的長度可結合電動輕型商用車的車長進行設置，前端模塊1和后部模塊3保持不變。主車架縱梁外側設有獨立的前側碰撞結構203與后側碰撞結構204，適用于長度不同的中部模塊，具有零部件通用化特點。通過模塊化設計，優化前端模塊、中部模塊、后部模塊的排列組合，實現前驅、后驅以及四驅的不同驅動形式，打造出適用于不同車長的電動輕型商用車底盤，使底盤制造成本有效降低[3]。

5 電動輕型商用車模塊化底盤具體設計

通過模塊的相互組合，能形成系統的、具有明確功能的通用獨立單元。不同模塊之間雖相對獨立，但也存在一定聯系，在有機結合不同模塊的基礎上，構成整體的系統。電動輕型商用車模塊化底盤是一個集成系統，通過模塊化設計，能實現底盤制造標準化，使底盤制造效率提高、成本降低，更為精確的匹配各零部件，減小底盤組裝誤差，有效提高底盤的可靠性。同時，通過模塊化設計，能讓不同品牌、不同型號的電動輕型商用車共用相同的底盤模塊，使產品迭代速度加快，更具競爭優勢。此外，模塊化底盤具有一體化特點，這種設計是必然趨勢，其市場價值較高，應用前景較廣。基于此，本文結合所提出的電動輕型商用車模塊化底盤設計方案展開具體設計。

51 底盤結構特征

a.在電池包布置形式的選擇上，由于其體積較大，難以找到合適的安裝位置，因此安裝時需要考慮其安全性。比如，分析在正面碰撞、側面碰撞以及汽車碰撞后出現翻滾等情況下，電池包是否會出現明顯的變形或發生爆炸；需要考慮重量因素，通過均衡分布重量，保證汽車處于平衡狀態，使汽車穩定性提高。相比之下，一體式電池主要安裝在底盤中央位置，其重量分布均衡，能使重心降低，加強汽車的穩定性。同時，一體式電池包擁有平整的上蓋，與滑板結構類似，能起到增強車身空間的效果[4]。

b.在驅動形式的選擇上，電動輕型商用車的驅動形式主要包括兩種。一是集中式驅動形式，指的是在汽車某個位置集中放置電機，基于傳動系統向車輪部位傳遞動力，由于電機輸出功率較高，所以對電機與傳動系統的要求較高，系統總體重量較大；二是分布式驅動形式，指的是在汽車的各車輪上分散布放置電機，各車輪的驅動由各電機負責，由于各電機功率較低，所以汽車穩定性更強，且各電機能獨立運行，可精準控制各車輪，使系統效率有效增強。相比之下，分布式驅動形式具有結構更為緊湊的特點，能實現對車身結構的高效利用，有利于模塊底盤設計，所以推薦采用分布式驅動形式。

c.在懸架類型的選擇上，汽車懸架主要由三部分構成，即彈性單元、減振裝置、導向機構，其作用是連接底盤與車輪，主要具備兩項功能：一是承擔汽車重量，二是吸收震動。目前，常用懸架包括兩種類型：一是非獨立懸架，指的是汽車前輪與后輪運用相同的懸架，此種懸架類型雖具有明顯優勢，如結構較為簡單、成本較低等，但車輪運動會受到其他車輪的影響，且減震效果較差；二是獨立懸架，指的是汽車各車輪運用不同的懸架，此種懸架類型能起到良好的減震效果，且各車輪運動不受其他車輪的影響。相比之下，獨立式雙叉臂懸架更適合電動輕型商用車的模塊化底盤。

52 中部模塊設計

為確保中部模塊的電池系統能與底盤緊密配合，需要一體化設計電池箱結構與底盤結構。常見的電池箱有三類，即壓鑄鋁電池箱、鋼制電池箱、擠壓鋁合金電池箱。其中，第三種類型的應用最為廣泛，其優勢較大，可優先采用該電池箱，并結合電池模組尺寸、數量以及電池電量拓展要求、電氣布置形式等方面，對電池箱模塊尺寸進行確定。

為保證電池箱結構剛度，可在內部設置縱梁與橫梁。為滿足電池箱承載需求，將擠壓鋁截面設計為三角形。電池箱底盤的作用是對電池組進行保護，并為電池系統提供支撐。在具體設計中，可在電池箱底板結構融入熱管理水道，以使結構更為緊湊，具有更高的集成度。電池箱主要采用四塊雙層板，其中，上下底板均為定制鋁板，兩者之間通過焊接方式相連。電池箱上蓋的作用是對電池元器件、電路板進行保護，并防止污染物質進入，確保電池內部設備絕對安全。

在具體設計中，為提高上蓋的剛度，可通過螺栓連接方式連接上蓋與主框架，總體劃分為六個區域，且各區域起筋高度相同。在側向碰撞的情況下，中部模塊直接參與沖擊，所以中部模塊的側碰撞模塊的吸能能力應較強，可采用框架與泡沫鋁相結合的結構，其中，外部框架可拆卸、更換，內部泡沫鋁密度可變[5]。

53 前端模塊與后部模塊設計

在前端模塊設計中，為確保懸架的定位連接，可采用獨立的懸架安裝件，并結合懸架安裝件結構，出于對前端模塊承載情況的考慮，運用方鋼進行主體結構搭建。前端模塊的前碰撞結構是被動安全保護裝置，主要由兩部分構成：一是前防撞梁；二是前傳力結構，其作用是對車輛處于碰撞狀態下所受的沖擊能量進行吸收，并向后方承載結構傳遞余下的沖擊能量，以降低重要部件受到的損傷，充分保護車上人員安全，減小事故造成的后果。在前端模塊與中部模塊之間，采用過渡連接結構相連，即通過定位銷定位，并運用螺栓固定。過渡連接結構與中部模塊通過縱向螺栓豎向孔配合，基于螺栓實現固定。由于后部模塊與前端模塊布置形式相似，所以結合前端模塊設計方式對后部模塊進行設計[6]。

6 結語

在本文提出的電動輕型商用車模塊化底盤設計中，主要將底盤劃分為三個模塊：前端模塊、中部模塊、后部模塊。通過優化這三個模塊的排列組合，實現前驅、后驅以及四驅的不同驅動形式，打造出適用于不同車長的電動輕型商用車底盤，使底盤制造成本有效降低。同時，在中部模塊設計中，通過融合設計電池箱結構與底盤車身，使底盤集成度有效增強。

參考文獻：

[1]朱成明滑板底盤概述以及發展趨勢[J]時代汽車，2024（4）：131-134

[2]章陽，馬志雄，陳家松，等電動汽車底盤車架模塊化結構：中國專利，CN206125163U[P]2017-04-26

[3]萬正宇，李澤彬，趙月，等過驅動電動汽車底盤穩定性協調控制[J]汽車工程師，2023（10）：1-5

[4]左志強，史智學商用汽車底盤整體防護涂層噴涂工藝探索[J]汽車實用技術，2022（24）：134-141

[5]郭耀華，丁金全，王長新，等商用車底盤線控技術研究現狀及應用進展[J]汽車工程學報，2022（6）：695-714

[6]張光星淺談滑板式底盤在新能源商用車應用與發展[J]內燃機與配件，2023（14）：103-106

作者簡介：

朱成明，男，1984年生，高級工程師，研究方向為基于滑板底盤架構的新能源商用車開發與應用。