新能源汽车底盘布局优化设计研究

王鲁斌

（宁波华翔汽车技术有限公司，浙江宁波 315033）

0 引言

底盘属于汽车载荷的重要部分，汽车的大部分零部件均需要依赖底盘进行连接、固定。底盘除了本身要具备充足的强度、刚度之外，还要能保持科学的动态性并尽可能减小整车产生的振动。

无论是传统燃油汽车还是对新能源汽车，底盘系统主要包含制动、悬架以及转向等诸多子系统，相应的布局直接关系到汽车的操控性、舒适性和安全性。当前的新能源汽车底盘布局设计，大多数是参考传统燃油汽车进行优化，但是因为新能源汽车本身存在迥异的驱动系统，实际布置方面必然存在差异性。对新能源电动汽车而言，底盘布局当中主要涉及悬挂、悬架等相关设计的变动、汽车辅助设备选择、动力电池布置以及控制系统导线设计等[1]。与燃油汽车相比，新能源汽车的底盘布局更为灵活，对整车性能的影响更大。例如，新能源汽车的动力电池组体积相对较大、质量更重，使得簧载质量、质心位置、转动惯量以及汽车质量等均会受到不同程度的影响，必须要全面兼顾动力电池模组布局措施及对整车综合性能产生的影响，包括平顺性、操控稳定性等。因此，深入研究新能源汽车底盘布局优化方案，对新能源汽车未来发展具有重要意义。

1 新能源汽车底盘布局特征分析

从第一辆汽车发展至今，汽车底盘技术已经历经上百年的发展历程。从整个底盘系统来看，传统系统、转向系统、悬挂系统、制动系统等各种子系统技术已经非常成熟。然而，对于新能源汽车而言，动力系统的改变使得底盘系统也必须进行针对性的优化调整。例如，动力系统减速器接口，应当综合参考全新的输入信息实施修改，亦或是进行再次设计；动力转向系统同样需要全新的转向动力源，零部件、管路均需要实施针对性的调整[2]。从新能源汽车的实际来看，其底盘布局特征包含以下4 个方面。

（1）新能源汽车底盘布局能够直接沿用传统汽车底盘结构，对应的工作原理完全一致。

（2）新能源汽车底盘属于机电一体化工程，涉及到电子控制系统、电动化辅助系统、驱动电机系统以及动力电池系统等，相应地底盘布局设计研究需要与电气、机械等专业协同开展。对于实际布局设计而言，需要科学匹配控制系统、动力电池以及驱动电机等，同时还要兼顾制动系统、传动系统、转向系统等。

（3）新能源汽车底盘设计也可以选择整体化设计模式，尽量减少各种零部件，使车载能源多样性得以充分体现。通过整体化设计，能够节约车内空间，为整车碰撞安全、外部造型等创造良好的基础。

（4）优于动力性能、续航行使等方面的客观要求，再加上新能源汽车动力电池质量在整个底盘布局当中占据了较大的比例，对新能源汽车底盘轻量化布局的要求提出了更高的要求[3]。现阶段，新能源汽车底盘轻量化主要包含轻量化轮毂、动力电池轻量化技术以及底盘轻量化材料等。

2 国外新能源汽车底盘布局技术分析

作为全球知名的电动车及能源企业，特斯拉融入IT 理念进行造车，在新能源汽车方面积累了大量的专利、技术，在全球的影响力也在不断增大。从Tesla Model S 底盘的具体结构来看，在底盘中部位置设置电池保护设施，分别在前后设置高强度钢材，以此来针对电池进行有效的保护[4]（图1）。同时，为了有效减轻整车质量，选择铝合金材料作为底盘材料。此外，底盘本身预留了充足的崩溃区，以此来发挥缓冲吸振的功能，且整车的防碰撞性能也非常理想。特斯拉针对控制器、电池以及底盘等重要部件实施集成设计，使得底盘本身的结构更为清晰、简单，除了轮胎、刹车系统、动力系统以及悬架系统之外，仅存在与底盘一体化的动力电池板，前悬架选择双叉臂悬架，后悬架选择多连杆悬架，在有效保障整车舒适性的同时，兼顾了操控稳定性。

图1 Tesla Model S 底盘布局

由于新能源汽车动力电池的质量原因，使得新能源汽车的质量要远远高于传统燃油汽车，减轻整车质量就成为新能源汽车研究的重要内容。因此，轻量化技术在新能源汽车底盘设计中的应用越来越广泛，其能够有效控制整车质量、保障汽车续航水平。图2 为宝马生产的i3 电动汽车专用底盘，该底盘选择碳纤维材料，本身在拉伸强度、弹性模量等诸多领域均显著优于传统材料硼钢，而新材料制造费用达到了整车的1/3，但车辆减重达到30%，有效兼顾了续航水平[5]。

图2 宝马i3 电动汽车专用底盘

3 新能源汽车底盘布局优化设计分析

3.1 机械传动底盘布局

新能源汽车机械传动型底盘布局主要如图3 所示，当中涉及驱动桥、传统轴、变速器以及离合器等。对机械传动型底盘布局而言，离合器主要是应用于接通、切断电动机到车轮的各种动力；对应的变速器则为不同速比的齿轮机构，根据对应的需求进行对应的档位选择，即能够在低速获取较大的转矩，高速获取较小的转矩。基于机械传动底盘布局，能够有效保障新能源汽车起动转矩、低速后备功率，本身对驱动电机要求较低，其能够使用功率相对较小的电机[6]。需要注意的是，该种布局本身的能量传递效率相对较低，电机驱动的性能有所损失，不适用于高性能新能源车型。

3.2 无变速器型底盘布局

新能源汽车无变速器型底盘布局如图4 所示，底盘布局中并没有离合器、变速器，主要是选择具有对应速比的减速器，变速功能主要是依赖电机控制。该种布局中，机械传动装置的体积相对较小、质量相对较轻，然而需要驱动电机具备充分的后备功率、较高的电机起动转矩，才能够保障新能源汽车在面临加速、爬坡等情况下拥有足够的动力支持。

图3 新能源汽车机械传动型底盘布局

3.3 无差速器型底盘布局

新能源汽车无差速器型底盘布局主要是使用2 台驱动电机（图5）。由于单个电机能针对转速进行调节，当汽车在转向的工况下，电机能够利用电子控制系统达成2 个车轮差速的作用，最终达成转向的目标。

3.4 轮毂电机型底盘布局

图4 新能源汽车无变速器型底盘布局

新能源汽车轮毂电机型底盘布局如图6 所示，电机设置在驱动轮当中，能显著缩短电机到驱动轮之间的动力传递距离，有效控制能量传递损失。为了有效保障车辆稳定运行，还必须要设置减速比相对较大的行星齿轮减速器，使电机转速能够直接达到理想的车轮转速。该型底盘布局还有另外一种结构，即把低速外转子电机对应的外转子设置在车轮轮缘位置，不需要使用减速齿轮，这就使得驱动轮与电机之间没有机械传统装置，也就没有能量损耗，在有效保障传递效率的同时，提升空间利用水平。不过，该种底盘布局本身对电机性能要求非常高，必须要电机具备良好的起动转矩、后备功率，这样才能保障车辆的稳定运行。

图5 新能源汽车无差速器型底盘布局

4 结束语

新能源汽车作为我国汽车工业弯道超车的重要途径之一，能否抢占新能源汽车市场，加大新能源汽车研发是重中之重。底盘作为新能源汽车中至关重要的一部分，相关领域必然需要加大研发力度，全面围绕新能源汽车实际情况、发展需求，针对新能源汽车底盘布局进行全面的优化调整，致力于提升我国在新能源汽车领域核心竞争力，为我国汽车工业的发展奠定扎实的基础。

图6 新能源汽车轮毂电机型底盘布局