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如果說平臺架構(gòu)這個詞太專業(yè)不好理解，那么有一個通俗易懂的表述方式，就是首先你要搞清楚這款車是從傳統(tǒng)燃油車改過來的，還是完全全新架構(gòu)的純電動車。這一點(diǎn)非常重要。 01 燃油車底盤改制電動車存在的問題 很多品牌車型為了節(jié)省時間和降低研發(fā)成本，往往會從一個比較成熟的傳統(tǒng)車型（以RAV4為藍(lán)本比較常見）通過去掉發(fā)動機(jī)變速箱，然后加裝一套三電系統(tǒng)來獲得一款新的純電動車產(chǎn)品。 有些投入多一些的廠家會把造型和內(nèi)飾做全新設(shè)計(jì)和開發(fā)，有些廠商可能直接沿用燃油車的造型和內(nèi)飾。 但是這種改過來的電動車，由于整車架構(gòu)是燃油車架構(gòu)，所以在空間布置方面會有很大的缺陷，這些缺陷幾乎是不可解決的。和逆向研發(fā)相比，正向研發(fā)在空間設(shè)計(jì)等方面有諸多便利。 ■ 巨大且沉重的電池包會打破原有的總布置設(shè)計(jì) 比如電池包的體積過大，會占用乘員艙空間，降低離地間隙，打破原有座椅方向盤的硬點(diǎn)設(shè)計(jì)。 再比如，改裝上電池包后車輛重心也有發(fā)生變化，雖然重心有所降低，給穩(wěn)定性帶來好處，但前后配重將會打破原有設(shè)計(jì)，給操控帶來一定的負(fù)面影響。 ■ 沉重的電池包還會打破原有的安全性設(shè)計(jì) 而在安全性方面，由于傳統(tǒng)燃油原型車的前面，后面以及側(cè)面碰撞都是在沒有電池包和三電系統(tǒng)的情況下進(jìn)行的，所以為了達(dá)到原有的安全標(biāo)準(zhǔn)，需要重新做碰撞試驗(yàn)，特別是側(cè)面碰撞，原有的側(cè)底梁的強(qiáng)度并沒有考慮過電池包所需要的耐受碰撞強(qiáng)度，所以在發(fā)生側(cè)面碰撞時容易引發(fā)事故（電池包因擠壓變形導(dǎo)致的起火或爆炸）。 而如果要重新設(shè)計(jì)側(cè)底梁的強(qiáng)度則需要耗費(fèi)非常多的人力、物力以及時間。甚至很多公司并不具備這樣的研發(fā)能力。對于電動汽車，側(cè)撞和后撞才應(yīng)是關(guān)注重點(diǎn)。 ■ 電池包帶來的重量增加會打破原有的Dynamic（汽車動力學(xué)）設(shè)計(jì) 除此之外，由于安裝上電池包之后，整車重量會有極大的增加（通常一臺1400kg左右的燃油SUV，在加上電池包后的重量很容易達(dá)到1800kg以上）。 并且由于原車的最大總質(zhì)量不是按照后者設(shè)計(jì)的，所以需要在結(jié)構(gòu)以及動態(tài)性能方面按照增加后的總質(zhì)量來重新設(shè)計(jì)。但原型車無論是車身結(jié)構(gòu)還是底盤硬點(diǎn)的布局都已經(jīng)非常科學(xué)和成熟。 所以不管動哪個地方都會很容易因牽一發(fā)而動全身。所以對于非常看重工期的廠商來說，可能就會忽略很多因重量變化后的大量重新設(shè)計(jì)和匹配。導(dǎo)致用戶在日后的使用過程中會出現(xiàn)很多意想不到的問題。 ■ 由于加裝了電池包，離地間隙會變低，給通過性帶來問題 電池包是一個體積非常龐大且沉重的總成，里面布置了大量的電芯。大家都知道，電芯不僅需要一個外殼包裹，還需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的散熱系統(tǒng)，很多車型還會采用水冷散熱或水冷均衡設(shè)計(jì)，所以電池包的體積被進(jìn)一步加大。 而傳統(tǒng)燃油車的底部只是幾塊薄薄鋼板阻尼板和隔音棉。在加上電池包之后，電池包的高度要么會侵占車內(nèi)空間，要么就會侵占離地間隙。當(dāng)加裝電池包過后，整車離地間隙會大大降低。 比亞迪e6就是一個很好的例子，深圳和北京又很多出租車和網(wǎng)約車都是該款車型。由于離地間隙過低，司機(jī)們經(jīng)常抱怨有時過個減速帶或進(jìn)閘道上坡時都有可能被拖底，這給日常使用帶來者諸多的不便。由于電池包過厚對離地間隙和通過性產(chǎn)生影響，我們已經(jīng)司空見慣。 02 新能源電動汽車三個主要子系統(tǒng) 現(xiàn)代電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)組成如上圖所示，該電驅(qū)動系統(tǒng)由三個主要的子系統(tǒng)組成：
03 新能源電動汽車的6種主要架構(gòu) EV新能源電動汽車結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)在的電動汽車系統(tǒng)架構(gòu)主要有下圖中幾種： 圖a——所示表明了第一種可供選擇的結(jié)構(gòu)，其中電驅(qū)動裝置替代了傳統(tǒng)燃油驅(qū)動系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)，它由電動機(jī)、離合器、變速器和差速器等部件組成。離合器和變速箱可由自動傳動裝置予以替代，離合器用以將電動機(jī)的動力連接到驅(qū)動輪，或從驅(qū)動輪處脫開。變速箱提供一組傳動比，以滿足不同轉(zhuǎn)速的需求。差速器是一種機(jī)械器件(通常是一組行星齒輪)，當(dāng)車輛沿著彎曲的路徑行駛時，它使兩側(cè)車輪以不同的轉(zhuǎn)速行駛。 圖b——所示系統(tǒng)架構(gòu)借助于電動機(jī)在大范圍轉(zhuǎn)速變化中所具有的恒功率特性，可用固定檔的齒輪傳動裝置替代多速變速箱，并縮減了對離合器的需要。這一結(jié)構(gòu)不僅減小了機(jī)械傳動裝置的尺寸和重量，而且由于不需要換擋，可大大簡化驅(qū)動系的控制。 圖c——所示系統(tǒng)構(gòu)架類似于圖b中的驅(qū)動電動機(jī)。固定檔的齒輪傳動裝置和差速器可以進(jìn)一步集成為單個組合件，而其兩側(cè)的軸連接兩邊的驅(qū)動輪，整個驅(qū)動系由此可以進(jìn)一步得到簡化和小型化。 圖d——所示系統(tǒng)中機(jī)械差速器被兩個牽引電動機(jī)所替代。兩牽引電動機(jī)分別驅(qū)動相應(yīng)側(cè)的車輪，并當(dāng)車輛沿彎曲路徑行駛時，兩者以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 圖e——所示系統(tǒng)為進(jìn)一步簡化驅(qū)動系，牽引電動機(jī)可安置在車輪內(nèi)。這種配置就是通常所說的輪式驅(qū)動。一個薄型行星齒輪組可用以降低電動機(jī)轉(zhuǎn)速，并增大電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，該薄型行星齒輪組具有高減速比以及輸入和輸出軸縱向配置的優(yōu)點(diǎn)。 圖f——所示，通過完全舍棄電動機(jī)和驅(qū)動輪之間的任何機(jī)械傳動裝置，應(yīng)用于輪式驅(qū)動的低速外轉(zhuǎn)子型電動機(jī)可直接連接至驅(qū)動輪。此時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制等價于車輪的轉(zhuǎn)速控制，即車速控制。然而，這一配置要求電動機(jī)在車輛起動和加速運(yùn)行時具有高轉(zhuǎn)矩性能。 04 底盤設(shè)計(jì)要求 底盤設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵在于滿足整車性能的各項(xiàng)指標(biāo)。 汽車應(yīng)當(dāng)具備的基本性能可概括為動力性、經(jīng)濟(jì)性、制動性、操穩(wěn)性、平順性、安全性和耐久性。 一般所說的底盤工程包括前后懸架、轉(zhuǎn)向系、制動系和車輪的設(shè)計(jì)配置。 與這些系統(tǒng)直接相關(guān)的整車性能有制動性、操穩(wěn)性和平順性。底盤的懸架部件本身要足夠牢固，而其設(shè)計(jì)是否到位直接影響車架車身的受力大小，同時底盤設(shè)計(jì)也和耐久性相關(guān)。 05 新能源汽車底盤設(shè)計(jì)要考慮的3個方面 其一，汽車底盤設(shè)計(jì)平臺的應(yīng)用，即在底盤設(shè)計(jì)中，包括底盤設(shè)計(jì)的構(gòu)架，以及其子系統(tǒng)都需要保持不變。 其二，要根據(jù)原有的框架對汽車底盤子系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。對于底盤的設(shè)計(jì)來說，不僅要安裝真空動力泵，還有適當(dāng)調(diào)整構(gòu)架，達(dá)到改善真空源的目的。當(dāng)然，也要改變新的動力系統(tǒng)的減速器接口。在零部件設(shè)計(jì)完的基礎(chǔ)上，還要用CAE分析法對懸置系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用，達(dá)到減輕噪音的目的。 其三，車體后艙的布局會隨著子系統(tǒng)采用的新的設(shè)計(jì)方案而改變，經(jīng)過一系列對于荷載已經(jīng)車的質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)核算，保證懸架系統(tǒng)安全系數(shù)。 不然，就要對子系統(tǒng)進(jìn)行重設(shè)，這時候就要做好調(diào)整懸架系統(tǒng)的任務(wù)工作，分析新能源汽車的前軸荷的分布情況以及后軸荷的分布情況，會發(fā)現(xiàn)要重新設(shè)計(jì)懸架系統(tǒng)的參數(shù)。 確定好懸架四輪定位參數(shù)，用Adams分析進(jìn)行確定，但是最好盡量保證原有的設(shè)計(jì)方案，和實(shí)際相結(jié)合，這樣可以有效節(jié)省開發(fā)周期，減小成本開發(fā)。 06 汽車生產(chǎn)方式的改變與簡化 未來電動汽車最大特點(diǎn)將發(fā)生在結(jié)構(gòu)的革新上。 底盤動力裝置的一體化，將對傳統(tǒng)汽車車身的核心結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的沖擊。未來電動汽車的結(jié)構(gòu)上，底盤一體化系統(tǒng)與車身系統(tǒng)的模塊化優(yōu)勢將被充分發(fā)揮。 (1)底盤經(jīng)過簡單的組件將動力系統(tǒng)集成為一體，集電池系統(tǒng)、電驅(qū)動系統(tǒng)及傳統(tǒng)底盤部件為一體的新型底盤，將使底盤生產(chǎn)方式大大簡化。 (2)車身設(shè)計(jì)更為簡潔。傳統(tǒng)汽車的車身將可能不再如此復(fù)雜，原來下車身的功能由新型底盤所替代，輕量化材料被應(yīng)用于車身(如碳纖維、車用聚丙烯等)，模塊化車身在碰撞安全性方面要求降低，一個底盤系統(tǒng)配不同造型的車身有可能成為一種新的潮流。 (3)傳統(tǒng)汽車的復(fù)雜車身制造體系有可能被更為時尚的模塊化車身和集機(jī)電一體化底盤制造體系取代。電子(電動)化的元素越來越多，模塊化組件生產(chǎn)方式將大力推廣和發(fā)展。 07 新能源汽車底盤設(shè)計(jì)的4個特點(diǎn) 新能源車的底盤設(shè)計(jì)跟傳統(tǒng)燃油車有很大區(qū)別。 首先車身設(shè)計(jì)自由度更大，現(xiàn)在的底盤越來越趨于平面化，為了空氣流動性好，下面一般都是平的。車身與它分離，所以車身的設(shè)計(jì)自由度變大。 第二，內(nèi)部空間增加。現(xiàn)在利用整體化設(shè)計(jì)概念，包括電氣化設(shè)計(jì)ESP，電氣化設(shè)計(jì)越來越高，可以減少一部分的零部件，進(jìn)而可以減少底盤的空間，以便于把內(nèi)部空間釋放出來。 第三，由于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)程度越來越高，產(chǎn)品越來越少，制作、維護(hù)也是大大簡化。 第四，電池包現(xiàn)在固定在底盤下部，重量、軸心都很低，這也增加了整車的操作性。 08 動力系統(tǒng) 電動汽車經(jīng)過近20年的快速發(fā)展，在能源動力系統(tǒng)方面形成了具特色的三大類動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)特點(diǎn)。 純電動汽車、油電混合動力汽車和燃料電池汽車是目前電動汽車領(lǐng)域的三大種類，油電混合動力汽車目前被國內(nèi)外各大汽車企業(yè)最早列入產(chǎn)業(yè)化計(jì)劃，并聯(lián)混合動力和混聯(lián)混合動力是被電動轎車廣泛采用的主流動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 近幾年，隨著儲能電池技術(shù)水平的飛速發(fā)展，以車載動力蓄電池提供電能驅(qū)動的純電動汽車得到快速發(fā)展，多個電機(jī)驅(qū)動的動力分散結(jié)構(gòu)的純電動動力系統(tǒng)受到國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。 以氫和氧通過電極反應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能驅(qū)動的燃料電池電動汽車，采用電-電混合動力結(jié)構(gòu)，能量轉(zhuǎn)換效果比內(nèi)燃機(jī)高2~3倍，是未來清潔能源汽車的重要發(fā)展方向之一。 09 傳動系統(tǒng) 變速傳動系統(tǒng)是電動車驅(qū)動子系統(tǒng)的一個重要部件，它指的是驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)軸和車輪之間的機(jī)械連接部分。 對于傳統(tǒng)汽車來說，變速器是必要的部件，設(shè)計(jì)時主要考慮采用什么類型的變速器。但對于電動汽車則不同，由于驅(qū)動電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速完全可以由電子控制器進(jìn)行全范圍的控制，因此變速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就可以有多種不同的選擇。 既可用傳統(tǒng)的變速齒輪箱變速，還可以用電子驅(qū)動器控制電動機(jī)直接變速。究竟采用哪種方案，主要還應(yīng)依據(jù)電動汽車的能量和經(jīng)濟(jì)性，也涉及到電機(jī)和控制器的設(shè)計(jì)。 為了提高電動汽車的傳動效率，人們開發(fā)了電動汽車專用的電機(jī)和變速傳動一體化的兩速或三速自動傳動橋。 先進(jìn)的兩速電機(jī)/多速傳動橋?qū)⒆兯冽X輪組與高速異步電動機(jī)完全結(jié)合為一體，并且直接安裝在電動汽車驅(qū)動輪的驅(qū)動軸上，構(gòu)成重量輕、體積小、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和成本低廉的傳動系統(tǒng)。 010 電控制動 汽車制動系統(tǒng)是對汽車的某一部分，主要是車輪，施加一定的壓力，從而對其強(qiáng)制制動的一系列專門裝置。主要是為了保證安全和改變汽車的速度。 與傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)不同，電動汽車并不能把電機(jī)作為真空源，所以制動的助力自然而然是一個難點(diǎn)。 如今較廣泛的解決方案是采用真空助力器作為助力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，另外用電動真空泵作為真空的動力來源，但是這也有一些缺陷。 于是，一種新的助力來源——電，開始被人們采用。有名的汽車零部件供應(yīng)商Bosch，這家公司推出一款電動機(jī)械助力器——iBooster。 這個汽車零部件的發(fā)明，帶來了許許多多的能夠智能化的新功能。它利用電子技術(shù)，通過電控方式實(shí)現(xiàn)制動。它的反應(yīng)時間也是要比傳統(tǒng)的汽車制動系統(tǒng)快三倍。 011 綜述 一般而論，電動汽車和燃油汽車同樣都是機(jī)動車，就外部性能而言，描述它們的數(shù)學(xué)和物理手段并無大異。 因此，大多數(shù)的電動汽車參數(shù)都可以從發(fā)展成熟的燃油汽車體系中借鑒。但是，由于電動汽車的特殊性，它的蓄電池重量、效率、再生能量的利用效率等性能參數(shù)卻是傳統(tǒng)的內(nèi)燃汽車所沒有的。 電動汽車除了新型能源動力系統(tǒng)替代原內(nèi)燃機(jī)動力系統(tǒng)之外，未來的發(fā)展將越來越體現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)汽車的特征，這些特征包括：
上述技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，必將大大增加汽車安全性和節(jié)能效果，進(jìn)一步推動電動汽車安全性設(shè)計(jì)理念的變革，并簡化電動汽車的制造與生產(chǎn)方式。 |
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