燃油车改纯电动汽车底盘优化设计

刘建胜

摘 要：文章針对燃油车改纯电动汽车的底盘优化设计问题展开研究，阐述底盘设计内容，介绍相关参数化设计，根据电动汽车的发展趋势，提出底盘设计革新措施，同时对今后电动汽车的设计发展作出展望，希望对相关人员提供参考与借鉴。

关键词：燃油车 电动汽车 底盘 优化设计 参数化

Optimization Design of Chassis of Pure Electric Vehicle Transformed from Fuel Vehicle

Liu Jiansheng

Abstract：This paper studies the chassis optimization design of fuel vehicle to pure electric vehicle， expounds the chassis design content， introduces the relevant parametric design， puts forward the chassis design innovation measures according to the development trend of electric vehicle， and looks forward to the design and development of electric vehicle in the future， hoping to provide reference and reference for relevant personnel.

Key words：fuel vehicle， electric vehicle， chassis， optimization design， parameterization

1 引言

随着我国整体经济建设的飞速发展，人们生活水平得到大幅度提升，我国汽车数量不断提升，对环境造成的污染愈加严重，国民也认识到生态环保的重要性，汽车行业借助现代化技术，从燃油车向纯电动车转型发展，以响应我国可持续发展的国策方针。然而，燃油车向电动汽车的改进过程中，要对底盘进行设计，根据参数化要求进行优化，这样才能在保证车辆零排放的前提下，逐步提升电动汽车的应用质量，本文针对纯电动汽车的底盘优化进行研究，对新能源汽车行业的发展具有重要意义。

2 纯电动汽车底盘优化设计

现阶段在进行电动汽车的底盘优化设计时，首先要进行参数化设计，围绕汽车底盘的动力学特征、运动学参数等展开综合分析，根据结果得出底盘优化方案，在后续的调整中逐渐达到最佳运行状态。例如常见的悬架KC分析、动力学模拟分析，将分析对象设定为燃油车底盘，采集相关动力学参数，对悬架系统的各部分参数进行模拟，评估悬架的整体性能。随后替换为纯电动汽车的底盘方案，对两种底盘的应用性能进行对比，通过对整车上电、下电、稳定性、平稳运行等进行对比，找出纯电动汽车底盘存在的风险问题，制定相应措施[1]。

在后续优化设计中，主要对前悬架滚动、操作稳定性、稳态回转、角阶跃数据进行分析，具体如下：（1）当悬架滚动系数较低时，可以增加稳定杆，使齿轮转动比增加，当处于垂直跳动状态时，可以改善减震器，降低车辆行驶对底盘造成的负荷压力;（2）操作稳定性，燃油车底盘向电动汽车改进时，要始终关注底盘的运行稳定性，针对整车性能进行评估，找出底盘应用风险，尽早制定解决措施;（3）稳态回转问题，整车重量偏大时，会导致转动性降低，要对减震弹簧的刚度进行调整，并且适当减重，以保证车辆底盘的灵活性。（4）车身整体重量提升时，由于横摆角与侧向加速会受到影响，会直接反映在角阶跃数据中，因此可以根据该项数值，对电动汽车的底盘稳定性展开测算与调试[2]。

3 燃油车改纯电动汽车底盘参数化设计

3.1 底盘优化设计内容

在传统的燃油车底盘设计工作中，技术人员仅根据固定参数展开设计，缺乏设计方案的调整与实践检测，因此很难在后续中优化。而参数化技术在汽车底盘中广泛应用，可以有效克服汽车底盘设计优化难题，具体如下：（1）通过参数化设计可，以对底盘产品的参数结构进行调整，通过对不同参数进行搭配与替换，以取得最佳的应用成效[3];（2）参数化技术的应用，可以使特定的参数对原始参数进行替换，以改善汽车底盘的设计质量;（3）参数化设计在汽车底盘设计中，可以大幅度提高汽车设计效率和质量，尤其是燃油车向纯电动车的改型，为保证汽车底盘的综合性能，因此需要对多项参数进行改进设计。

纯电动车的底盘优化设计内容如下：（1）电动汽车的底盘设计，可以在一定程度上沿用传统燃油车的底盘构架，只需要对底盘的系统进行微调，但是基本的运行原理保持不变;（2）电动汽车作为机电一体化的综合工程，其主要由驱动电机系统，电池系统，电子控制系统，以及电动化辅助系统等组成，因此底盘设计的研发需要与机械电气等专业协同，想要发挥出纯电动车底盘的应用价值，便要对驱动电机，动力电池，控制系统等进行科学搭配，对传动系统，转向系统及制动系统进行汇总，这样才能发挥出底盘的最佳应用效果;（3）纯电动汽车的底盘布置，可采用整体化设计，也就是尽量减少整车零部件，以满足车载能源的多样性，可以采用整体化设计原则，对外部构造，整车碰撞安全性等方面提出创新意见;（4）纯电动汽车的底盘为满足车辆的续航行驶要求，需要对电动机重量，底盘重量，电池重量进行调整，尤其是要注意底盘轻量化技术，可以采用碳纤维，铝合金等轻质金属，对传统的车辆底盘进行重塑，采用轻量化轮毂减轻技术，改善加速与操作性能[4]。

3.2 搭配蓄电池

在确定纯电动汽车的底盘后，要针对蓄电池进行选择，主要参数包括蓄电池的种类，蓄电池的容量，蓄电池电压等，在选择过程中不仅要考虑纯电动汽车底盘改造后的动力性指标，同时还要对汽车改装后的性价比进行分析。例如铅酸电池应用效果良好，比功率也相对较大，成本较低，因此在当前纯电动汽车中得到有效应用。而且铅酸蓄电池具有较高的运行电压，在相应功率下，电流相对较小，有助于缩减线路功率损失。蓄电池种类选择完毕后，蓄电池的容量与蓄电池质量成正相关关系，伴随蓄电池容量的提升，还可以使汽车续驶里程得到提升，不过蓄电池质量的提升，还会受到汽车底盘空间结构与承载水平的制约，蓄电池容量同样不宜过高，这样可以减轻纯电动汽车的底盘整体重量[5]。

3.3 电动机选择

为保证电动汽车底盘的应用质量，还要根据实况搭配相应的电动机，由于电动汽车的电动机参数为额定功率、种类、额定转速等组成。因此，核心要求为促进底盘的运行效能，可以搭载过载能力强、瞬时功率较大、加速性能优秀的电动机。同时还要对电动机的最高转速作出保证，使其可以在平坦道路中长时间行驶，汽车减速时可以达成再生制动，通过提升电动机与电源的应用效果，提升电动车底盘的应用价值。例如选择永磁同步无刷直流电动机系统，将电动汽车的行驶速度设为50km/h，对电动机的运行功率进行计算，如公式：

P=1/3600ηr（mgf+CAV/21.15）V

上述公式中，将底盘重点设定为m，将电动机的滚动莫测系数设定为f，将风阻系数设定为C，将迎风面积设定为A，将汽车最高行驶时速设定为V。同时可以将电动车的常规时速设定为30km/h，从而计算出电动机的额定转读，具体公式如下：

M=igioV/0.3771/r

上述公式中。将电动机的传动比设定为ig，将主减速比值设定为io，V指的是车辆的常规时速，电动机的滚动半径为r，在试验测算中，可以根据电动机的实际转速与功率情况，调整到电动汽车的最佳运行状态，提升电动机与底盘的契合程度。

4 燃油车改纯电动汽车底盘优化设计措施

4.1 建立底盘参数坐标系

燃油车改纯电动汽车底盘优化设计，首先要建立底盘参数坐标系，明确底盘组装过程中各部件的尺寸与组装位置，为汽车底盘的优化设计提供数据支撑。可以在建模中对各零部件进行重组，并且对动力学分析结果，底盘稳定性结果进行汇总，通过调整不同的零部件种类及组装位置，可以得到底盘的整体参数化结果。也就是说在底盘坐标系中，修改相应的坐标参数，便可以马上获取到电动汽车底盘优化后的应用质量，这样可以找出车辆底盘存在的隐患与风险，尽早制定相应的措施[6]。

4.2 打造零部件参数化模型

其次要打造零部件参数化模型，由于纯电动汽车底盘的总体设计任务，便是保证底盘组件的基本结构与空间位置。因此在各类零部件进行组装时，要对其组装位置、大小尺寸进行确定，在此过程中要考虑零件与组装件的空间关系，以及纯电动汽车底盘的基本结构与动态参数。汽车零部件的参数化模型，需要根据参数形状参数以及位置参数进行汇总，这样才能形成立体化的参数模型，以确定汽车零部件总成的尺寸与基本形状，将各类汽车零部件组装摆放到汽车底盘中，便能够形成最为全面的汽车底盘情况，而未知参数与形状参数，能够对电动汽车的底盘应用效果起到直接影响，通过对以上两种参数进行调整优化，可以创建出控制组件的简化模型，为后续优化设计提供平台支持。

4.3 底盘装配参数化设计

汽車底盘需要由多个组件构成，并且这些组件是由多个子组件组成，因此底盘装配参数化设计，可以形成树形关系图，在创建汽车底盘装配模型前，技术人员必须建立相应的底盘参数结构图，树形结构图的节点，是建立的几种类型的零部件文件，该文件包含多个级别节点，通过节点与节点连接，形成的参数关联，这样可以使优化设计中的数据参数更为准确。同时对装配体与零件的装配方法设计时，通常情况下汽车底盘装配会采用坐标点与约束装配模式，其中前者指的是根据预先设计的点位，将相关零部件组装到汽车底盘中，而后者是先确定主要的部件，如电源、发动机等，随后将各类体积较小的零部件安装在底盘中，因此会受到大型零部件安装位置与体积的影响。

4.4 底盘干涉检查与运动校正

最后在底盘参数化设计完毕时，还要采用干涉检查与运动校正的模式，调节电动机与前轴之间的运动距离，为了设计汽车前后变速器，可以将汽车发动机布置在前轴顶部，避免一系列的运动干扰。因此在组织汽车发动机时，可以在汽车前轴与油底壳之间留出一定空间，保证两者之间的距离，提升纯电动汽车底盘的应用质量。此外在进行运动矫正时，需要对轮转向运动空间进行测试，例如前轮转向运动的自由空间，应该将验证汽车方向盘与操纵活性为基础，以此来对汽车的方向盘与纵向杆设计合理性进行确认，如果方向盘与轿厢之间的运动受到干扰，技术人员要及时采取有效的优化措施，减小车架的宽度或增加前轮轨迹，并且在底盘架构中做出调整。

5 燃油车改纯电动汽车底盘设计发展趋势

5.1 应用一体化控制技术

随着现代科学技术的飞速发展，燃油车改纯电动汽车的底盘设计，也将朝着多元化方向发展，例如应用一体化控制技术，降低汽车底盘系统的耦合程度，同时能够减少汽车底盘设计的复杂性，主要以优化与改进目标为核心基础，以实现电磁主动悬架结构与轮毂电机的集成化发展。同时可以提高汽车执行器的性能与质量，为纯电动汽车底盘的一体化提供助力，对执行器的空间进行合理布置，使汽车垂向动力得到提升，这样可以解决汽车运行系统出现的共振问题。

5.2 以底盘地层控制为基础

在电动车底盘一体化控制系统中，由于轮边驱动汽车具有能量消耗，操作稳定性及平顺性会被影响，这样便会对汽车底盘的耦合问题造成一定影响，因此可以参考汽车在实际行驶中的数据情况，建立多目标系的空间领域，这样可以提升主动轮的横向与纵向演变力，使相同区域内产生的叠加效果更为明显。而借助参数化设计与一体化构建，可以使纯电动汽车的底盘设计更具可行性。

5.3 全车自有姿态控制技术

为实现以轮毂电机为主要基础的纯电动汽车底盘设计，应开发全车自由姿态控制技术，也就是对底盘控制、集成震动、悬架等系统进行协调，合理解决汽车平顺性与操作性之间的冲突矛盾，为了解决以上问题，要根据纯电动汽车底盘改进后的应用效果进行逐步优化，也就是在汽车实际运行时，汽车具有的柔性作用，加入其他主动力，通过其他方法防止汽车在高速行驶前提下发生的不稳定现象。借助参数化分析，对纯电动汽车各种运行状态下的底盘稳定性进行测算，避免荷载力过大而导致轮胎调动出现问题，可以采用全车自由姿态控制技术，更好的配合轮毂电机的驱动，使加速、位移、制动等操作更加顺畅，提升整体控制质量，有效改善纯电动汽车的操作性与平顺性。

6 结论

综上所述，汽车底盘设计是整车设计的重要组成部分，针对底盘的运行稳定性、实践应用效果进行汇总，可以准确判定汽车底盘的应用质量。并且根据存在的问题与风险因素进行调整，能够大幅度提高汽车的综合性能。本文首先阐述纯电动汽车底盘优化设计的概念，其次提出燃油车改纯电动汽车底盘参数化设计，最后提出燃油车改纯电动车底盘优化具体设计措施，具体为建立底盘参数坐标系，打造零部件参数化模型，底盘装配参数化设计，以及底盘干涉检查与运动校正等，对纯电动汽车底盘设计发展趋势作出展望。在现代科学技术不断发展的背景下，要持续对纯电动汽车的底盘设计技术进行革新。

参考文献：

[1]王鲁斌.新能源汽车底盘布局优化设计研究[J].设备管理与维修，2020，No.466（04）：29-30.

[2]姜应求，车杨军，高李康.新能源汽车底盘的设计变化[J].汽车零部件，2018，No.121（07）：44-46.

[3]宋敏.新能源汽车底盘纵臂的轻量化设计分析[J].中国机械，2019，000（006）：8.

[4]吕菊平.新能源汽车常见故障与维修措施优化探究[J].湖北农机化，2020，No.243（06）：95-95.

[5]雷良育，胡永伟，荆家宝，等.基于ADAMS的电动汽车专用底盘平顺性分析[J].汽车工程师，2019，000（001）：33-35.

[6]葛家琪，王莹.浅谈新能源汽车底盘设计的特点[J].时代汽车，2020，000（002）：65-66.