展望新能源汽车底盘设计方向

闫世明

摘 要： 新能源汽车具有清洁、噪声污染小、制动能量可回收、无尾气及一氧化碳排放、节能、舒适性好等优点。介绍了新能源汽车底盘系统发展状况和新能源汽车设计流程；对底盘系统设计的两种方向进行了详细的分析和研究，认为创新设计时未来底盘设计的发展方向。

关键词： 新能源汽车；设计流程；底盘系统设计；发展方向

1.前言

近些年，新能源汽车底盘电子控制技术飞速发展。悬架结构、制动防抱死系统（ABS）空气气囊、防滑转电子控制系统（ASR）、防倾斜系统等广泛应用，很大程度上提升了制动系统的稳定性和防碰撞安全性。ASR对于行车起步、稳定加速、滑溜路面操控性具有很好的改善。一键启动、发动机启停、自动变速器等技术的应用使得汽车的舒适性、操纵性、稳定性进一步提升。电子控制悬架的设计对于结构性能的改善更是前进一大步，系统可以预先根据行驶路面状况，行驶车速等对电子控制悬架刚度、阻尼特性、车身底盘高度进行实时调节。另外，电脑行驶记录仪、方向盘自动调整系统、自动巡航系统、车载娱乐通信系统、车内装饰布局等设计及应用更是全面提升了新能源汽车的书舒适性、安全性、稳定性、操纵性。新能源汽车具有清洁、噪声污染小、制动能量可回收、无尾气及一氧化碳排放、节能、舒适性好等优点。现阶段我国在新能源汽车稳定性、舒适性、安全性的性能方面投入巨大人力、财力、物力[1]。

2.新能源汽车研发设计流程

汽车定型产品的研发设计工程庞大，需要巨大人力、财力、物力，需要多部门联合才能顺利完成。新能源汽车研发设计过程主要包括以下方案策划、概念设计、工程设计、ADAMS软件样机虚拟仿真分析、优化设计、定型等阶段。全新车型研发动辄投资数亿、十亿元，具有很大的投资风险性，新项目要经过一系列的市场调研、考察、论证、项目可行性分析。市场调研后形成调研报告书，确定新型汽车车型、客户目标等；可行性分析建立在调研报告的准确性上面，主要包括政策法规把控、部门资源整合度、研发设计能力、成本控制、风险投资引入等等；然后才能初步确立车型、参数配置、底盘总成、车身结构形式等要求。然后进入产品说明书的编制、新车型的配型、选型设计，形成设计目标大纲。第二阶段为概念阶段，主要包括整车布置草图的绘制，确定设计的总体方案，主要有依据人机工程学对车厢、驾驶室合理布置，电池配置、车架底板、前后悬架系统、制动系统、轮胎及备用胎、空调系统、娱乐通信系统、行李舱等布置。第三阶段是工程设计阶段，主要包括内饰工程、安全工程、车身工程、悬架工程、通信工程、底盘工程等详细的设计。其中底盘工程主要包括行驶、传动、转向、制动系统的设计。第四阶段为虚拟样机的仿真测试就分析，其利用计算机辅助系统（ADAMS软件）对结构工程设计及产品性能、产品可靠性等性能进行分析、模拟，寻找设计缺陷。在电动汽车底盘优化设计中，可以全面提升电动汽车平顺性、安全性，减少设计程序和生产工艺流程。第五阶段是确定新产品的整机试生产，进行新车的实际测试，完成性能测试报告，进行产品改进后市场投入[2]。

3.新能源汽车底盘设计

3.1底盘总体设计

不论是概念车还是量产车，自主车型或者国际典型车型，新能源汽车底盘系统的设计方向发展主要包括两个方面。第一在传统车型平台进行客户需求性局部改造；第二是创新新车设计平台，全部推翻原由设计思维，大胆尝试全新系列车型的设计。

新能源汽车底盘设计主要是满足整车性能各项指标。汽车的安全性、经济性、动力性、操稳性、制动性、平顺性、耐久性是新能源汽车的基本性能。底盘工程影响着制动性、平顺性、操稳性。底盘的悬架系统应具备良好的牢固性，悬架系统设计关系到车架车身受力状况，车载符合的大小，车的使用寿命等。

新能源底盘设计主要是对行驶、传动、转向、制动系统零部件的结构、功能、尺寸、工艺参数进行合理定义；按照定义内容开展结构设计，计算出各个参数，建立底盘三维模型 ；零部件样件性能试验 ；设计图、装配图的定型和出图。新能源底盘传动系统是有电动机和驱动桥构成，行驶系统由悬架设计构成，转向系统为转向器、转向传动机构构成，制动系统主要是制动器、ABS等设计。在设计过程应充分考虑不同行驶工况下的传动比要求，从而保证新车的足够动力；另外在电动机功率匹配设计时，应充分考虑工况和效率匹配，动力与经济性的匹配，保证电动机高效运转，较小功耗比。电动机功率设计时，一般综合加速性能，最高行驶速度，复杂行驶工况等影响因素，使电动机具备有效的过载裕度和合理的经济性能。设计过程还应充分考虑阻尼比，设计性能匹配的减震器和变速机构，降低新能源汽车电池组及电动机的冲击力。新能源汽车传动系参数匹配设计通常是主减速器和变速机构设计。电动机输出特性一定时，传动系最大传动比影响因素为最大爬坡度，新能源洗车的最小速比主要影响因素是行驶的最高车速。

新能源汽车主要是指采用蓄电池作为动力源，电池的制造与材料工艺直接影响整车的动力性，是新能源汽车设计未来发展的关键性技术。我国拥有全球最为庞大的电池生产供应基地和锂资源原产地，具有领先的锂离子、磷酸钛锂电池具备高能量和充放电速度快等性能，解决了电池热稳定性等关键技术，为电动汽车提供高效、稳定的动力源。电池组的功率比、能量比、能量密度、功率密度、内阻值、充电电压、循环充放电次数、电池测试、使用寿命、边际成本等性能指标尤为关键，设计时应充分考虑。另外，铅蓄电池电压与电动机电压等级应统一，考虑电动助力系统、娱乐通信系统、照明系统、空调系统、电动转向系统需要一定的功率损耗，电池组总电压应大于电动机额定电压。还用充分考虑电池容量，满足车辆续驶里程的要求。

3.2 底盘设计改造方向

目前国内很多新能源汽车设计理念多停留在现有车型平台基础上的局部改造。即在原有平台基础上，开发设计符合目标客户和特殊顾客群体性需求的总布置方案。这种思路的缺点是客户需求性设计影响着底盘系统的整体性能。其优点在于原有设计平台上，按照底盘系统原有工作原理，调整或者更换底盘的制动、转向、悬架、传动等各子系统的设计，成熟型车的零部件最大限度内加以利用，降低了生产成本。

总布置方案的改造影响底盘系统的悬架子系统比较突出。一旦实施新的总布置方案，汽车的前后舱布置内容会发生较大变化，这样要重新计算整车质量和载荷的匹配性，从而研判原悬架系统的安全性，一旦安全性无法保证，需要重新设计悬架结构。首先计算出新总布置的整车质量和质心位置，利用平面坐标系在确定X轴向和整车质量计算轴荷分布的新旧值，再校验原有悬架系统。如果不匹配，则重新设计悬架系统；然后利用ADAMS软件仿真计算、分析悬架设计是否影响四轮定位参数，根据仿真结果进一步调整悬架设计参数[3]。

3.3 创新新车设计方向

创新设计是全新的设计理念，彻底放弃原有平台，原有设计思维模式，重塑理念，针对底盘系统，底盘整体框架結构、四大子系统全部重新设计。新能源汽车底盘创新设计方向从概念设计-可行性分析-定型的一个演进过程。创新设计方向的优点在于增加了车身设计的自由度，解决了车身造型设计思路问题；降低了总布置方案的难度，由于全新设计，底盘系统与内部空间利用度、电池组安装位置等具有较高的匹配性。底盘整体化优化设计，采用较少零部件，设计集成度更高，减少了制造和加工工艺，便于维护保养。有利于改善底盘前后配重比例，提升了汽车的安全性；

新能源汽车两种底盘设计方向各有特点，创新设计前期投资巨大，开发周期相对很长，但是未来新能源汽车发展总体趋势，有利于提高整车性能，控制企业成本。

4 结论

新能源汽车具有清洁、噪声污染小、制动能量可回收、无尾气及一氧化碳排放、节能、舒适性好等优点。经过近三十年的设计研究，我国新能源汽车底盘设计应用发展迅速，现阶段我国在新能源汽车稳定性、舒适性、安全性也有了较大的提升。未来随着新能源汽车制造技术进一步发展，电动车底盘系统将更加智能化、人性化、安全可靠性将更进一步增强。

参考文献

[1] 郝志磊， 张学良. 浅谈新能源汽车底盘设计方向[J].城市建设理论研究：电子版，2016（15）.

[2] 王永，杜刘杰.新能源汽车底盘设计的发展方向[J].工程技术：文摘版， 2016（8）：00309-00309.

[3] 宋栋栋. 新能源汽车底盘设计趋势分析[J].工程技术：全文版， 2016（11）：00312-00312.