以 Sequel为例 ,其线传操控制动系统 (B rake2 by2w ire)取代了依靠机械控制的传统制动 ,它不仅 节省了布置空间 ,而且能够在再生制动与传统制 动之间进行制动混合 ,以缩短刹车距离 ;其线传操 控转向系统 ( Steer2by2w ire)使用两台电机控制前 轮转向 ,一台电机用于后轮 。后轮转向能力使车 辆的转弯半径从 12. 8 m减少到 11. 3 m ,改进了转 向操控性 。此外 , Sequel还设有紧急机械转向系 统 ,以备万一 。 Sequel的悬架系统采用带有可控 (阻尼 )减震元件的独立双横臂 (A 臂 )前悬架 ,而 后悬架采用独立双横臂悬架装置与后轮轮毂电机 连接 ,带有可控阻尼和空气调平能力的减震器 。
表 2 采用滑板式底盘的三代燃料电池汽车
(5) 碰撞安全性高 。整副底盘在制造过程中 保证 1∶1的前后配重 ,符合严格的碰撞安全标准 ; 若发生碰撞 ,坚固的底盘能吸收绝大部分冲击力 , 使乘客舱免于因碰撞而内陷 。
然而 ,滑板式底盘技术也存在着尚未解决的 劣势 :它目前仅适用于燃料电池汽车 ,还未在其他 电动汽车中尝试过 ,适用范围较窄 ;采用非机械底 盘控制 ,依赖于线传操控系统的发展与成熟 。
新能源汽车底盘设计方向
朱 赤 (上海汽车集团股份有限公司技术中心 )
【摘要 】 阐述底盘设计在新能源汽车设计中的重要性 ,并结合典型实例探讨了新能源汽车底盘的设计
方向 ,分析不同种类底盘的特点与优势 。
【主题词 】 新能源汽车 底盘 整体优化
0 引言
新能源汽车作为汽车产品的未来发展方向 , 在设计过程中运用了大量整体化系统设计理念 。 尤其在底盘方面 ,底盘的设计与新能源汽车的总 布置方案息息相关 ,与新能源汽车动力系统架构 及其集成度联系紧密 ,同时也影响着新能源汽车 的外观设计与内部空间 ,是新能源汽车设计中极 其重要的开发内容 。
1 设计方向
纵观各类新能源汽车 ,从概念车到量产车 ,从 国内自主车型到国际典型车型 ,底盘系统的设计 朝着两大方向发展 :其一以传统车平台为基础 ,根 据需求进行局部改进 ;其二推翻传统思维模式 ,创 造出全新的理念 。 1. 1 改制 1. 1. 1 设计思路
图 1 “改制 ”设计思路
(1)沿用底盘平台 。沿用原有平台的底盘构 架 ,即副车架不变 、底盘子系统工作原理不变 。
(3)总布置的改变影响悬架系统 。由于实施 了新的总布置方案 ,前后舱布置内容较原型车有 重大改变 ,需要重新计算整车的质量与载荷匹配 , 来确定原有悬架系统是否可靠 ,若不可靠需调整 或重新设计悬架系统 。首先需要统计新能源汽车 相对于同一平台的原型车新增部件的质量与质心 位置 ,结合沿用的原车部件的质量与质心位置 ,计 算出新总布置方案下新能源汽车的质量与质心位 置 ;再通过质量与 X 向质心位置计算出前后轴荷 分布 ;然后根据质量与轴荷来校验原有悬架系统 的可靠性 ,若不可沿用则重新设计悬架系统或更 改原系统的设计参数 ;最后通过 Adam s来分析悬 架的更改对四轮定位参数的影响 ,并对悬架设计 做出相应调整 。 1. 1. 2 特点与应用实例
创新设计的特点是 ,无前例可循 ,从概念到功 能实现都要从无到有再一步一步完善 ,开发难度大 、 开发成本高、开发周期长 ,可沿用的平台 、零部件资 源匮乏 ,可借鉴的经验很少。但是 ,正因为起点是 零 ,设计之初便可以遵循整体化设计的理念 ,带来更 优化、集成度更高、性能更卓越的新能源汽车 。
新能源汽车底盘设计方向性的改革始于“滑 板式底盘 ”的出现 ,下面结合滑板式底盘的应用来 阐述底盘创新设计的特点与前景 。
A bstract
The importance of chassis design during new en2 ergy vehicle design p rocess is introduced, design trends of the chassis of new energy vehicle are dis2 cussed combined w ith typ ical examp les, and the characteristic and advantage of different chassis is an2 a lyzed.
图 2 Chevrolet Volt(混合动力型 )底盘总布置
无论是采用承载式车身还是非承载式车身 , 其设计方向都是依据传统车的平台来开发新能源 汽车 ,底盘设计具有开发周期短 、开发成本低等优 点 。承载式车身多用于小型车 ,非承载式车身多 用于 SUV 等 。两者相比 ,承载式车身结构较非承 载式车身结构总布置难度更大 、驾驶舱与乘客舱 内空间较小 、对车身设计的限制性更大 、不便于维 修与保养 (见表 1 ) 。然而 ,在整体优化设计理念 的指导下 ,不论是采用哪种底盘结构 ,都应在设计 初期考虑各零部件系统的集成化 ,为总布置与底 盘件的改制或重新设计提供更好的信息输入 ,这 样便能克服自身的弱点 ,提高经济效率 。
(1) 承载式车身 由于大部分轿车采用的是承载式车身 ,所以 很多新能源车也沿用了这样的构架 ,动力总成等 部件都需在车身上寻找悬置点 ,副车架原则上不 承担重量 。此类结构 ,使得车身上的悬置设计工 作变得复杂 ,不利于量产化 ,并需要进行大量的 CAE分析工作 。同时因为布置空间的不规则 ,总 布置的难度较大 。
这类车型有很多 ,如通用汽车的氢动 3 号是 基于赛飞利的构架 ,而 Equinox燃料电池车则是在 Equinox原车上做的改装 。
(2) 非承载式车身 现在有 很 多 汽 车 平 台 依 然 采 用 非 承 载 式 车 身 ,在此类平台上设计的新能源汽车不需在平台 开发上投入大量人力物力 ,因为其底盘框架的特 点使得该设计符合整体化设计的理念 。由于底盘 有大梁 ,形成一个大框架 ,且能承重 ,所以可将动 力系统等部件布置于底盘框架之中 。该框架结构 的空间规整 ,可在设计初期就整体规划各部件的 集成度和布置位置 ,大大降低了总布置的难度 ,且 重心低 、车身改制量小 。 通用汽车于 2007 年推出的 Volt所采用的就 是此类底盘结构 (见图 2) 。这款拥有 E - Flex系 统的汽车 ,其“Flex”的因素中 ,底盘框架是必不可 少的一部分 。 E - Flex系统的精髓就在于能够在 同一框架结构下 ,便捷地更换不同的动力系统 ,而 总布置却无需做大的变动 。非承载式车身下的底 盘框架带有大梁 ,以其大而规整的布置空间 ,为 E - Flex系统的这一精髓提供了可靠的平台 。
(2)传统发动机的取消影响部分底盘子系统 。 因为新的动力系统取代了原传统发动机 ,新能源 汽车的制动系统 、转向系统 、传动系统都需要在原 有构架上做出相应调整 。制动真空助力泵失去了 真空源 ,需要增加电动真空泵为其提供真空源 ,相
应的管路等零部件需要更改 ; 原动力转向泵因为 发动机的取消而无法沿用 ,需要开发新的转向动 力源 ,相应的管路等零部件需要更改 ;新动力系统 的减速器接口与原车相比发生了改变 ,因此传动 系统需要根据新的输入信息进行更改或者重新设 计 。各子系统零部件更改的设计完成之后 ,根据 总布置的位置与零部件数模设计悬置支架 ,最后 通过 CAE分析来确定悬置系统的强度与噪音并做 出相应的改进 。
“滑板式底盘 ”是通用汽车的一项创新 ,它彻 底推翻了传统底盘的模式 。从 2002 年的 Autono2 m y到 2003 年的 Hy2W ire 再到 2005 年的 Sequel, 通用汽车将该全新方案实现了从概念到可行到成 功实现的演进 (见表 2) 。
该创新设计的核心是厚度为 28 cm 的铝制滑 板式底盘 ,其框架内包含了轿车所有的核心系统 (推进系统 、车载储能系统 ) 、变速 、转向和制动部 件 ,并提供唯一的通向车身的电气连接 。同时线 传操控技术 (By2w ire)的引入 ,使得底盘系统的各 个子系统也引进了创新设计 :制动系统 、转向系统 等不再通过传统的机械方式进行控制 ,而是采用 了电子控制 ,因此踏板 、转向柱等都可取消 ,总布 置空间也增大许多 。
底盘系统包含了悬架 、制动 、转向等子系统 , 在传统意义上它影响着整车的舒适性 、安全性与 操控性 ,而对于新能源汽车而言 ,它的影响更加深 远 。新能源汽车的底盘系统需要适应于车载能源 的多样性 、适用于高度集成的系统模块 ,同时不限 制汽车内部空间与外部造型的设计 。
从探索新能源车开始 ,很多新能源车是在现 有平台上实施新的总布置方案 。其设计思路是被 动的 ,根据其他系统方案的更改给底盘系统带来 的影响 ,在原有平台的基础上设计或更改底盘各 子系统 。在该思路指导下 ,传统车的成熟零部件 得到最大可能的沿用 ,保持底盘框架不改变 ,制动 系统 、转向系统 、悬架系统 、传动系统等在保持工 作原理基本不变的前提下做相应改变或调整 (见 图 1)。
改制设计的特点是 ,尽可能地沿用传统车底 盘 ,根据需要进行部分的改制工作 ,开发难度小 、 开发成本低 、开发周期短 ,并且能够与传统车共用 平台 ,并在很大程度上沿用传统车的成熟零部件 。
由于传统车的设计有承载式车身与非承载式 车身的区别 ,两种车型在总布置方面区别很大 ,它 们在新能源汽车设计中的所展现的特点与前景也 不尽相同 。
2 结语
上述两个新能源汽车底盘的设计方向各有特 点 :改制设计以其高效 、经济的特点 ,可以应用于 近期走向量产化的新能源汽车以及低投入 、短周 期的试制项目 ; 创新设计前期投入大 、开发周期 长 ,是未来汽车的发展趋势 ,将在提高整车性能 、
降低制造成本等方面做出更大的贡献 。
参考文献
1 徐乔. 燃料电池汽车设计探索 [ J ]. 上海汽车 , 2006. 2 Jonathan Butler. General Motors Chevrolet FC Volt[ J ]. Fuel Cell Today, 2007. 3 王望予. 汽车设计 [M ]. 北京 :机械工业出版社 , 2007.