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文章正文
新能源汽车底盘设计的发展趋势简述
作者:    发布于:2019-07-18 08:29:33    文字:【】【】【
摘要:新能源汽车底盘设计的发展趋势简述
新能源汽车底盘设计的发展趋势简述
与传统汽车有所不同,新能源汽车主要应用可再生清洁能源,因此能使汽车污染物排放量降低,这一行业也成为了新兴产业。为促进新能源汽车产业的发展,在设计新能源汽车时,必须对其底盘设计进行改善。
1 新能源汽车概述
新能源汽车发展的方向主要为安全、环保与节能,随着社会经济的不断发展,我国能源消耗正表现出逐年增加的态势。此外,传统汽车使用时产生的尾气含有大量的氢碳化合物、固体悬浮微粒等,此类排放物严重伤害了人们的身体健康,也在一定程度上破坏了生态环境。基于此种情况,国际社会在积极倡导新能源汽车时已达成共识,以积极应对和解决传统汽车工业中存在的环境、能源问题。近些年来,政府逐渐增加了对新能源汽车的关注度及投入力度,例如燃料电池汽车、纯电动汽车等,亦出台相关财政补贴与免税政策,以期促进我国新能源汽车良好发展。
2 汽车底盘对汽车的作用及新能源汽车底盘设计的必要性
为使汽车安全行驶得到保障,在设计汽车时,底盘设计至关重要,设计者需提高重视。设计时需由实际路面工况出发,对诸多可能性存在的因素统筹考虑,包括冲击、碎石等对底盘的影响,如此一来,可极大程度上保障底盘的稳定性。因汽车底盘长期置于潮湿的环境中,附着了诸多侵蚀性强的化学物质,外加其行驶时极易受到水、利器的影响,产生锈蚀现象,继而影响到其他构件,减少使用年限。因此,需与现实因素有效结合,创新变革汽车底盘,使其运作性能得到提高。
设计汽车底盘时,应立足整体,使系统化集成的特点得到充分发挥,以现代化的思想设计汽车,能达到多元化设计的要求;此外,还需充分考虑汽车的空间,将优化设计底盘工作落实到位。新能源汽车与其他汽车相比,能创造出更多的社会及经济效益,推动汽车行业可持续发展。在设计时,需采用智能化、整体性和系统化的新型设计理念,保障设计的合理性和应用的舒适度,尤其是底盘的设计,通过优化配置,使汽车动力系统的作用得到充分体现。
3 新能源汽车底盘设计思路
在设计新能源汽车时,开发人员不仅会考虑到周期问题,也会兼顾开发成本,若完全摒弃传统汽车底盘设计的思路,将会使研发周期延长,开发成本提高,因此可行性不高。新能源底盘开发时,应当尽量采用当下成熟车型应用的底盘设计、有关零件,结合新能源汽车的实际需要改造局部,进而降低开发难度,减少成本,缩短周期。另外,若部分零件和当下燃油车通用,将会使后期维修维护费用大大降低。为使电动车续航能力得到保障,除了要改变底盘设计布置外,还应进一步优化有关材料,在保障底盘性能稳固的基础上,设计者会尽量考虑到运用轻量化材料。
4 新能源汽车底盘设计趋势4.1 底盘结构
由于传统汽车底盘结构不可应用在电动汽车中,因而需要重新设计电动汽车的底盘。设计电动汽车时,可取消离合器及变速器,其后分别将电机布置在前后轴。电机提供动力,经传动轴传递至主减速器。运用上述设计方案一方面能使动力传递效率得到提高,还可使汽车质量有效减轻,另外,前后电机设置有利于均匀分配动力,继而充分利用空间。需注意的是,与传统内燃机对比,电机控制难度更复杂。
4.2 电池组布置
新能源汽车油箱能量密度大于电池组,一般50L汽油能使汽车跑500千米,而特斯拉汽车的电池,续航里程同样为500千米,但其电池重量高达 0.9t。因此需尽量在底盘上布置电池组,若采用平铺的形式将会减小车内空间。若想使上述问题得到有效解决,需对座椅角度、部位等参数予以调整,如此一来,又会降低用户的驾驶体验,因此需合理设计座椅摆放。除此之外,安全也是设计新能源汽车时需要考虑的问题,电池组除了需要分散摆放外,还应与乘坐者隔绝,以扩大车内活动空间,使驾驶者的驾驶体验得到优化。电池组分散放置时接触面积小,可防止多次摩擦或碰撞带来危险;同时,即便一块或几块电池故障,也不会使其他电池的使用受到影响,依旧可维持汽车正常运行。
4.3 底盘轻量化
在新能源汽车总重量中,电池的重量高达30%,车身与配件占70%,因此底盘轻量化有助于提高汽车的性能和能源效率。客观上来说,底盘轻量化的方法主要为完善结构,即采用科学的工艺技术与先进的材料,通过采用空心结构或改变尺寸、形状使零件质量减轻,一般常采用镁合金与铝合金替代钢制材料,使质量得以减轻,并借助热成形等方式达到零件轻量化的目的。
4.4 设计注意事项
新能源汽车底盘设计是基于传统底盘的前提下重新规划系统进行的,此为全新的领域,为使底盘的可靠性及实用性得到提高,一般需注意以下几点,首先,应尽可能于底盘质心安放电池组,如此一来,不仅能使车辆行驶的稳定性得到提高;还可在接近主减速器时,减少动力传递中的能量耗损;其次,设计电池架时需便利电池组的安装、检查和拆卸;最后,尽量选用传统底盘具备的可靠结构,使研发成本减少,车辆行驶、制动及转向的能力得到提高。
5 结束语
为有效改善不可再生能源缺失的现状,达到保护环境的要求,新能源汽车的发展势在必行。底盘是汽车的关键构成部分,新能源汽车底盘设计应由创新思路出发,在现代汽车的基础上予以优化,在减少开发周期的同时,不断减少成本,以降低开发风险,实现量产。
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6 说点别的
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。
底盘零件新材料、新工艺和稳定性的总体要求
轻量化和新材料
汽车底盘在未来的发展方向之一便是汽车轻量化, 对于轻质合金材料和高强度钢的需求量在未来将会大大增加;底盘上对于铝合金的运用也会越来越多;镁合金的需求量也呈增长的态势。但是,也要不断研究一些新型设计来满足汽车零部件重量轻的需求。
稳定性
底盘零件的稳定性就是汽车的安全基础,要做到强度、柔韧性、抗疲劳、抗损坏等性能,汽车车架和车桥对于管材液压成形技术的运用也会越来越频繁,压力加工技术向着高效、自动减轻汽车重量、降低成本等方向发展。
铸件
底盘铸件正在向高性能、薄壁、轻质、精(确)尺寸、优良切削性能方向发展;铸造生产过程向清洁、废物再生、高效、节能、节材、环保的绿色铸造方向发展。
机械加工
底盘零部件的机械切削加工技术已经抛弃了传统模式,而发展为柔性技术为特点的生产线生产的生存模式。高效、精密、柔性化、自动化是切削加工技术变化的主要趋势。高速加工技术、敏捷制造技术、智能化加工技术、绿色加工技术等都将得到快速发展。
表面处理
汽车零件的防护性电镀由原来单一的镀锌钝化工艺,向耐蚀性能更好且具有耐热、低氢脆性、良好加工性能及环保性能的锌合金镀层及无铬达克罗工艺发展。在镀层的耐腐蚀性能获得很大提高的同时,正向镀层耐热性能好、低摩擦系数方向发展。
环保要求
在底盘领域,随着对环保要求的不断提高,目前,世界各大汽车公司正在集中开发环境友好的零件,如低滚动阻力轮胎、绿色轮胎、不含铅的车轮平衡块、不含六阶铬的新零件涂层技术、电动转向系统等,相信不久的将来,底盘技术一定会朝着保护环境的方向越走越广阔。
现代汽车底盘电子化
随着各种汽车电子辅助功能在底盘上的应用,明显提高了汽车的主动安全性和驾驶舒适性,这些系统包括ABS/ASR/ESP集成控制系统、自适应巡航控制系统(ACC)、泊车辅助系统(PLA)、车道偏离和驾驶员警示系统、胎压监测系统(TPMS)、可调阻尼控制系统(ADC)等。随着底盘电子控制系统越来越向电子化、智能化、网络化方向发展。
底盘设计要求
底盘设计考虑的关键在于满足整车性能的各项指标。汽车应当具备的基本性能可概括为动力性、经济性、制动性、操稳性、平顺性、安全性和耐久性。一般所说的底盘工程包括前后悬架、转向系、制动系和车轮的设计配置。与这些系统直接相关的整车性能有制动性、操稳性和平顺性。底盘的悬架部件本身要足够牢固,而其设计是否到位直接影响车架车身的受力大小,同时底盘设计也和耐久性相关。
新能源车的底盘设计特点
新能源车的底盘设计跟传统燃油车有很大区别。首先车身设计自由度更大,现在的底盘越来越趋于平面化,为了空气流动性好,下面一般都是平的。车身与它分离,所以车身的设计自由度变大。第二,内部空间增加。现在利用整体化设计概念,包括电气化设计ESP,电气化设计越来越高,可以减少一部分的零部件,进而可以减少底盘的空间,以便于把内部空间释放出来。第三,由于系统化设计程度越来越高,产品越来越少,制作、维护也是大大简化。第四,电池包现在固定在底盘下部,重量、轴心都很低,这也增加了整车的操作性。
新能源汽车底盘设计要考虑的三个方面
其一,汽车底盘设计平台的应用,即在底盘设计中,包括底盘设计的构架,以及其子系统都需要保持不变。其二,要根据原有的框架对汽车底盘子系统进行适当的改进。对于底盘的设计来说,不仅要安装真空动力泵,还有适当调整构架,达到改善真空源的目的。当然,也要改变新的动力系统的减速器接口。在零部件设计完的基础上,还要用CAE分析法对悬置系统进行运用,达到减轻噪音的目的。其三,车体后舱的布局会随着子系统采用的新的设计方案而改变,经过一系列对于荷载已经车的质量进行详细核算,保证悬架系统安全系数。不然,就要对子系统进行重设,这时候就要做好调整悬架系统的任务工作,分析新能源汽车的前轴荷的分布情况以及后轴荷的分布情况,会发现要重新设计悬架系统的参数。确定好悬架四轮定位参数,用Adams分析进行确定,但是最好尽量保证原有的设计方案,和实际相结合,这样可以有效节省开发周期,减小成本开发。
新能源汽车保持承载式车身
新能源汽车保持承载式车身,在于很多汽车都会采用这种设计。由于副车架并不能够承担车身质量的相关功能,因此,在动力总成部件的设计上,需要将悬置点确定下来。车身的悬置设计中,要对车身进行量化分析,可以采用CAE分析方法,可以在一定程度上避免由于悬置设计空间不规范而导致的总体布设困难。由于底盘可形成比较大的框架而使得底盘的承载力增强,其中可以布设全部的动力系统。所以,在新能源汽车设计的初期,就要规划好进行部件,不仅可以提高总体布置的简易程度,而且随着车身重心的降低而使得车身的整体质量有所减轻。
电控制动
汽车制动系统是对汽车的某一部分,主要是车轮,施加一定的压力,从而对其强制制动的一系列专门装置。主要是为了保证安全和改变汽车的速度。与传统的汽车制动系统不同,电动汽车并不能把电机作为真空源,所以制动的助力自然而然是一个难点。如今较广泛的解决方案是采用真空助力器作为助力执行机构,另外用电动真空泵作为真空的动力来源,但是这也有一些缺陷。于是,一种新的助力来源——电,开始被人们采用。有名的汽车零部件供应商Bosch,这家公司推出一款电动机械助力器——iBooster。这个汽车零部件的发明,带来了许许多多的能够智能化的新功能。它利用电子技术,通过电控方式实现制动。它的反应时间也是要比传统的汽车制动系统快三倍。
转向模式选择
传统燃油车的转向系统需要发动机的带动,从而提供液压助力。不过现在燃油车也已经都是电动助力转向,也就是EPS,EPS对于电动汽车是非常的重要。采用具有ECU控制器的EPS,可以实现主动的控制,就是不用驾驶者控制方向盘,让汽车自动转向。可以实现自动停车等功能,这些功能是创新。方向盘是驾驶者驾驶汽车的重要部件,是驾驶者驾驶车辆时感知车辆行驶路况的重要工具。不同的驾驶者可能对于方向盘的要求不同,但是大体上都是希望轻便而又不轻便,就是可以传知一些路感。这项功能真正的增加了汽车的个性化选择。
高度可控悬挂
当遇到凹凸不平的路面时,驾驶者可能有过这种希望,就是汽车的底盘可以根据路面的高低而调整高低。对于电动汽车来说,电机的涉水性会相对传统的发动机好一点。在改装市场上,早就已经有可以实现主动控制升降的气动悬挂了。它主要是通过电控气泵给气囊避震充气或放气,来实现悬挂高度的升与降。不过这种方法会破坏原车的内饰造型和内饰件。在智能大屏的基础上,再配置一套电控气动悬挂,其实就可以实现悬挂高度的调节。


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