綠色革命下的創(chuàng)新：盤(pán)點(diǎn)新能源汽車底盤(pán)輕量化設(shè)計(jì)的新思路

底盤(pán)零件新材料、新工藝和穩(wěn)定性的總體要求

輕量化和新材料

汽車底盤(pán)在未來(lái)的發(fā)展方向之一便是汽車輕量化， 對(duì)于輕質(zhì)合金材料和高強(qiáng)度鋼的需求量在未來(lái)將會(huì)大大增加；底盤(pán)上對(duì)于鋁合金的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越多；鎂合金的需求量也呈增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。但是，也要不斷研究一些新型設(shè)計(jì)來(lái)滿足汽車零部件重量輕的需求。

底盤(pán)輕量化

新能源汽車電池的重量占全車總重量的30%，其他的是車身和配件，因此，為了提升新能源汽車的性能與能源效率要使底盤(pán)輕量化。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要積極采用先進(jìn)的技術(shù)和材料，不斷改進(jìn)和完善結(jié)構(gòu)。一般情況下，可以改變尺寸、形狀或選擇空心結(jié)構(gòu)來(lái)降低零件質(zhì)量。同時(shí)，要盡量選擇鋁合金和鎂合金來(lái)代替鋼質(zhì)材料，這樣可以降低質(zhì)量，也可以引進(jìn)熱成形等新型方法降低零件質(zhì)量。

對(duì)TRIP鋼材料的應(yīng)用

雖然TRIP鋼材料現(xiàn)階段在小型汽車中的應(yīng)用并不多見(jiàn)，尤其是在底盤(pán)設(shè)計(jì)中，更是不會(huì)使用TRIP鋼材料。但是，TRIP鋼材料本身的穩(wěn)定性較高，強(qiáng)度要優(yōu)于其他鋼材料，而且還具備耐腐蝕性，同時(shí)TRIP鋼材料的可塑性也較高。因此，在進(jìn)行底盤(pán)設(shè)計(jì)時(shí)可以進(jìn)行TRIP鋼材料的應(yīng)用。在新能源汽車領(lǐng)域，TRIP鋼材料的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍了，在實(shí)踐中也證明了TRIP鋼材料能夠與我國(guó)新能源汽車相契合，而且還可以提高汽車的環(huán)保性能。

對(duì)三聚磷酸鋁的應(yīng)用

對(duì)于新能源汽車設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其最為核心的部分便是底盤(pán)設(shè)計(jì)。汽車底盤(pán)包含了汽車的核心部件和信息通，對(duì)于整車性能有著決定性的影響。也正是由于底盤(pán)系統(tǒng)的重要性，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就必須要保證各零件的高質(zhì)量。在汽車的使用中，底盤(pán)系統(tǒng)會(huì)受到一些自然外力的作用，例如雨水的侵蝕，生物菌的侵蝕以及其他物質(zhì)的腐蝕，這些外部作用會(huì)導(dǎo)致底盤(pán)系統(tǒng)內(nèi)部的零件出現(xiàn)腐蝕和磨損，影響汽車的整體性能，并最終造成汽車運(yùn)行的不穩(wěn)定。為了避免底盤(pán)系統(tǒng)出現(xiàn)磨損，就可以選取三聚磷酸鋁的應(yīng)用，利用其本身的抗腐蝕性能來(lái)提高底盤(pán)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。三聚磷酸鋁本身分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在使用中會(huì)保護(hù)底盤(pán)系統(tǒng)免受腐蝕。

穩(wěn)定性

底盤(pán)零件的穩(wěn)定性就是汽車的安全基礎(chǔ)，要做到強(qiáng)度、柔韌性、抗疲勞、抗損壞等性能，汽車車架和車橋?qū)τ诠懿囊簤撼尚渭夹g(shù)的運(yùn)用也會(huì)越來(lái)越頻繁，壓力加工技術(shù)向著高效、自動(dòng)減輕汽車重量、降低成本等方向發(fā)展。

鑄件

底盤(pán)鑄件正在向高性能、薄壁、輕質(zhì)、精（確）尺寸、優(yōu)良切削性能方向發(fā)展；鑄造生產(chǎn)過(guò)程向清潔、廢物再生、高效、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保的綠色鑄造方向發(fā)展。

機(jī)械加工

底盤(pán)零部件的機(jī)械切削加工技術(shù)已經(jīng)拋棄了傳統(tǒng)模式，而發(fā)展為柔性技術(shù)為特點(diǎn)的生產(chǎn)線生產(chǎn)的生存模式。高效、精密、柔性化、自動(dòng)化是切削加工技術(shù)變化的主要趨勢(shì)。高速加工技術(shù)、敏捷制造技術(shù)、智能化加工技術(shù)、綠色加工技術(shù)等都將得到快速發(fā)展。

表面處理

汽車零件的防護(hù)性電鍍由原來(lái)單一的鍍鋅鈍化工藝，向耐蝕性能更好且具有耐熱、低氫脆性、良好加工性能及環(huán)保性能的鋅合金鍍層及無(wú)鉻達(dá)克羅工藝發(fā)展。在鍍層的耐腐蝕性能獲得很大提高的同時(shí)，正向鍍層耐熱性能好、低摩擦系數(shù)方向發(fā)展。

環(huán)保要求

在底盤(pán)領(lǐng)域，隨著對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，目前，世界各大汽車公司正在集中開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的零件，如低滾動(dòng)阻力輪胎、綠色輪胎、不含鉛的車輪平衡塊、不含六階鉻的新零件涂層技術(shù)、電動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等，相信不久的將來(lái)，底盤(pán)技術(shù)一定會(huì)朝著保護(hù)環(huán)境的方向越走越廣闊。

現(xiàn)代汽車底盤(pán)電子化

隨著各種汽車電子輔助功能在底盤(pán)上的應(yīng)用，明顯提高了汽車的主動(dòng)安全性和駕駛舒適性，這些系統(tǒng)包括ABS/ASR/ESP集成控制系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）、泊車輔助系統(tǒng)（PLA）、車道偏離和駕駛員警示系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）、可調(diào)阻尼控制系統(tǒng)（ADC）等。隨著底盤(pán)電子控制系統(tǒng)越來(lái)越向電子化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

底盤(pán)設(shè)計(jì)要求

底盤(pán)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(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、操穩(wěn)性、平順性、安全性和耐久性。一般所說(shuō)的底盤(pán)工程包括前后懸架、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)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(dòng)性、操穩(wěn)性和平順性。底盤(pán)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(shí)底盤(pán)設(shè)計(jì)也和耐久性相關(guān)。

新能源車的底盤(pán)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

新能源車的底盤(pán)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(pán)越來(lái)越趨于平面化，為了空氣流動(dòng)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?，F(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(lái)越高，可以減少一部分的零部件，進(jìn)而可以減少底盤(pán)的空間，以便于把內(nèi)部空間釋放出來(lái)。第三，由于系統(tǒng)化設(shè)計(jì)程度越來(lái)越高，產(chǎn)品越來(lái)越少，制作、維護(hù)也是大大簡(jiǎn)化。第四，電池包現(xiàn)在固定在底盤(pán)下部，重量、軸心都很低，這也增加了整車的操作性。

新能源汽車底盤(pán)設(shè)計(jì)趨勢(shì)

 底盤(pán)結(jié)構(gòu)

由于傳統(tǒng)汽車底盤(pán)結(jié)構(gòu)不可應(yīng)用在電動(dòng)汽車中，因而需要重新設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車的底盤(pán)。設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車時(shí)，可取消離合器及變速器，其后分別將電機(jī)布置在前后軸。電機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)傳動(dòng)軸傳遞至主減速器。運(yùn)用上述設(shè)計(jì)方案一方面能使動(dòng)力傳遞效率得到提高，還可使汽車質(zhì)量有效減輕，另外，前后電機(jī)設(shè)置有利于均勻分配動(dòng)力，繼而充分利用空間。需注意的是，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)對(duì)比，電機(jī)控制難度更復(fù)雜。

滑板式底盤(pán)

作為新能源汽車底盤(pán)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，滑板式底盤(pán)推翻了傳統(tǒng)汽車常規(guī)性的底盤(pán)設(shè)計(jì)形式，此創(chuàng)新設(shè)計(jì)的核心是鋁制滑板式底盤(pán)，具有一定的指導(dǎo)性和創(chuàng)新性。在新能源汽車中運(yùn)用滑板式底盤(pán)的主要具備以下優(yōu)勢(shì)：

1、車身設(shè)計(jì)的自由度比較大。平面式底盤(pán)和平面式車身相獨(dú)立，所以給車身造型的設(shè)計(jì)提供了自由空間。

2、操控性卓越。全部核心系統(tǒng)都安設(shè)在底盤(pán)上，降低了車輛的重心，提升了操控性。

3、安全性能高。制造整副汽車底盤(pán)時(shí)，保證前后配重為1：1，嚴(yán)格契合規(guī)定的碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)，若發(fā)生磕碰問(wèn)題，鞏固的底盤(pán)能夠汲取大量沖擊力，有效避免乘客艙因激烈碰撞而發(fā)生內(nèi)陷。

4、簡(jiǎn)化制造和維護(hù)工作。得益于底盤(pán)所采用的全體化設(shè)計(jì)理念，具有集成度高、零部件少等優(yōu)點(diǎn)，制造工藝與裝卸工藝的復(fù)雜性也有大幅度的降低。然而，滑板式底盤(pán)的設(shè)計(jì)也不是完美無(wú)缺的，目前使用范圍還有局限性，只可用于燃料電池汽車，另外應(yīng)用非機(jī)械底盤(pán)控制，依賴線傳操控體體系的發(fā)展。

電池組布置

油箱的能量密度遠(yuǎn)大于電池組的。50L汽油能讓汽車跑大約500km，特斯拉汽車的電池續(xù)航也可達(dá)到500km，而電池重量有0.9t。因此，要盡量在底盤(pán)上布置電池組，但以平鋪方式會(huì)減小車內(nèi)的空間。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以改變座椅的角度位置等參數(shù)，但會(huì)降低用戶的駕駛體驗(yàn)感，因此要合理設(shè)計(jì)座椅的擺放。另外，還要特別注意安全性能。要和乘坐者之間隔絕，而且要盡量分散擺放電池組，這樣可以使車內(nèi)的活動(dòng)空間變大，給駕駛員更好的駕駛體驗(yàn)。同時(shí)，分散放置的電池組之間的接觸面積比較小，能夠避免反復(fù)摩擦或碰撞帶來(lái)的危險(xiǎn)。此外，當(dāng)其中的一些電池出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)對(duì)其他電池的使用造成影響，汽車仍然能夠繼續(xù)行駛。

新能源汽車底盤(pán)設(shè)計(jì)要考慮的三個(gè)方面

其一，汽車底盤(pán)設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用，即在底盤(pán)設(shè)計(jì)中，包括底盤(pán)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(duì)汽車底盤(pán)子系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。對(duì)于底盤(pán)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不僅要安裝真空動(dòng)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(dòng)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(duì)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(huì)隨著子系統(tǒng)采用的新的設(shè)計(jì)方案而改變，經(jīng)過(guò)一系列對(duì)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(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行重設(shè)，這時(shí)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(huì)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(kāi)發(fā)周期，減小成本開(kāi)發(fā)。

新能源汽車保持承載式車身

新能源汽車保持承載式車身，在于很多汽車都會(huì)采用這種設(shè)計(jì)。由于副車架并不能夠承擔(dān)車身質(zhì)量的相關(guān)功能，因此，在動(dòng)力總成部件的設(shè)計(jì)上，需要將懸置點(diǎn)確定下來(lái)。車身的懸置設(shè)計(jì)中，要對(duì)車身進(jìn)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懸置設(shè)計(jì)空間不規(guī)范而導(dǎo)致的總體布設(shè)困難。由于底盤(pán)可形成比較大的框架而使得底盤(pán)的承載力增強(qiáng)，其中可以布設(shè)全部的動(dòng)力系統(tǒng)。所以，在新能源汽車設(shè)計(jì)的初期，就要規(guī)劃好進(jìn)行部件，不僅可以提高總體布置的簡(jiǎn)易程度，而且隨著車身重心的降低而使得車身的整體質(zhì)量有所減輕。

新能源汽車運(yùn)用非承載式車身

汽車車身采用非承載式設(shè)計(jì)，由于底盤(pán)可形成比較大的框架而使得底盤(pán)的承載力增強(qiáng)，其中可以布設(shè)全部的動(dòng)力系統(tǒng)。所以，在新能源汽車設(shè)計(jì)的初期，就要規(guī)劃好進(jìn)行部件，不僅可以提高總體布置的簡(jiǎn)易程度，而且隨著車身重心的降低而使得車身的整體質(zhì)量有所減輕。

底盤(pán)懸架

底盤(pán)懸架是彈性連接車輪和承載系統(tǒng)的裝置，其作用不僅有衰減振動(dòng)、傳遞載荷，還有緩和沖擊，另外，對(duì)處于行駛狀態(tài)的汽車而言，底盤(pán)懸架往往可用來(lái)調(diào)節(jié)車身位置，避免安全事故出現(xiàn)。

現(xiàn)將其核心功能概括如下：

①向車架傳遞車輪受路面作用所產(chǎn)生應(yīng)力，如支承力、制動(dòng)力、驅(qū)動(dòng)力和側(cè)向反力，當(dāng)然，上述應(yīng)力帶來(lái)的力矩同樣經(jīng)由底盤(pán)懸架向車架進(jìn)行傳遞，這點(diǎn)易被忽視；

②緩沖并吸收不平路面給行駛中汽車帶來(lái)的沖擊、振動(dòng)，為車載貨物的安全性提供保證，乘坐體驗(yàn)也會(huì)得到一定程度優(yōu)化；

③確保車輪和車身的關(guān)系始終滿足動(dòng)態(tài)幾何特征，具體來(lái)說(shuō)，就是車輪按照特定規(guī)律跳動(dòng)，車身自然可以按照預(yù)期軌跡運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)有汽車的底盤(pán)懸架，以非獨(dú)立懸架較為常見(jiàn)，該懸架主要分為兩部分，由穩(wěn)定桿、減振器等部件組成的前懸架以及由緩沖塊、平衡軸等部件構(gòu)成的后懸架，其中，后懸架結(jié)構(gòu)以平衡結(jié)構(gòu)為主。

優(yōu)化策略

要想使底盤(pán)懸梁達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)所提出的要求，有關(guān)人員應(yīng)著重考慮結(jié)構(gòu)、工藝及材料的優(yōu)化，以下將逐一對(duì)其進(jìn)行介紹，希望能夠給人以啟發(fā)。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對(duì)于底盤(pán)懸架而言，結(jié)構(gòu)優(yōu)化既能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)，又可使零件質(zhì)量與成本處于平衡狀態(tài)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)滲透到各行各業(yè)的當(dāng)下，利用計(jì)算機(jī)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)和優(yōu)化成為大勢(shì)所趨。隨著尺寸優(yōu)化及形狀優(yōu)化手段被引入，汽車業(yè)可在成本維持不變的前提下，盡量降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。經(jīng)由CAE 確定材料密度分布優(yōu)化方向，得出符合扭力梁主體需求的方案，通過(guò)對(duì)尺寸加以優(yōu)化，掌握結(jié)構(gòu)、管梁厚度的最佳參數(shù)，可使汽車質(zhì)量顯著降低，這也是輕量化設(shè)計(jì)被提出的初衷。

工藝優(yōu)化

要想使輕質(zhì)材料得到廣泛運(yùn)用，其前提不僅是保證產(chǎn)品可靠且穩(wěn)定，對(duì)制造工藝進(jìn)行優(yōu)化也很有必要。例如，由于不同部件需要達(dá)到的承載力、功能結(jié)構(gòu)要求通常有顯著差異，只有運(yùn)用不同工藝，完成設(shè)計(jì)輸入的相關(guān)工作，才能避免不必要問(wèn)題出現(xiàn)。對(duì)鋁合金部件而言，工藝優(yōu)化方向可被概括為：以現(xiàn)有工藝為依托，同步開(kāi)發(fā)零件承載力與結(jié)合方案，確保設(shè)計(jì)工藝優(yōu)勢(shì)均可得到充分發(fā)揮，由此而獲得設(shè)計(jì)方案，自然可使行業(yè)要求得到最大程度滿足。

材料優(yōu)化

設(shè)計(jì)底盤(pán)懸架部件時(shí)，“出鏡率”較高的方法是運(yùn)用輕質(zhì)材料，該法擁有良好的發(fā)展前景，這是因?yàn)槠浼饶転槠囘\(yùn)行的可靠性提供保證，還可使底盤(pán)質(zhì)量減小。在合金制造技術(shù)趨于完善的當(dāng)下，以鋁合金、高強(qiáng)度鋼為代表的諸多材料，均已被用來(lái)制造汽車，沖焊零件固有優(yōu)勢(shì)通?？梢虼硕玫匠浞职l(fā)揮。例如，在對(duì)B 級(jí)汽車進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有關(guān)人員選擇運(yùn)用鋁合金制造控制臂及副車架，汽車質(zhì)量降低幅度明顯，與此同時(shí)，底盤(pán)懸架功能的實(shí)現(xiàn)并未受到影響。由此可見(jiàn)，對(duì)中端和低端汽車而言，材料優(yōu)化是輕量化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。