在线客服

咨询热线

新能源汽车底盘设计及分析

作者:未知

  新能源汽車的设计上使用环保材料,大大降低了汽车运行中的污染物排放量。目前中国已经着力于新能源汽车的研究,并被作为新兴产业被提出来。但是,与普通的汽车相比,新能源汽车在设计上还存在着不足,特别是新能源汽车的底盘设计上尚需要创新。
  1 关于新能源汽车的概述
  新能源汽车,是在动力能源的使用上与普通汽车之间存在着差别,在其运行中不再使用汽油和柴油,取而代之的是可再生清洁能源,比如,压缩气罐、太阳能或者液化石油气等。[1]中国的新能源汽车以动汽车,作为节能汽车产品而备受推崇。根据所使用的动力燃料不同,电动汽车可以分为三类,其一为纯电动汽车,属于是完全用电池驱动汽车行驶;其二为电机和电池共同运作下的混合动力车;其三为燃料电池车将,即氢燃料作为主要能源原料。
  2 新能源汽车的底盘设计
  2.1 创新设计
  新能源汽车创新设计的主要特点为不断完善汽车底盘设计,而这需要较高的开发成本和较长的开发周期,且存在缺少零部件、设计经验等问题。创新的优势为可以从整体的角度规划汽车底盘设计,从而设计出性能强大的汽车底盘。在设计之初,出现了“滑板式底盘”的创新设计,其颠覆了传统汽车底盘的设计常规。这项设计的核心内容为厚度为28 cm的铝制滑板式底盘。在这种底盘设计中,具有所有轿车的核心系统、转向系统和变速系统等,且仅有一个通向汽车车身的电气连接。随着线传操控技术的引入,汽车底盘系统中的各种设计在不断创新。在这一系统中的制动系统和转向系统等已不再沿用传统的机械形式,而采用了电子控制。因此,可取消踏板和转向柱等设置,从而增大汽车的总体布置空间。
  2.2 TRIP钢在汽车底盘设计中的应用
  目前,在汽车制造方面,TRIP钢在大型载货汽车中的应用较多,但其在其他汽车底盘设计中的应用十分有限。特别是在轿车底盘的设计中,仅有切诺基等车使用了高强度钢。使用TRIP钢制造汽车具有高强度、高塑性等特点。在汽车底盘设计中,利用这种材料可有效地降低汽车的耗油,并减少尾气排放。对这一材料进行可靠性检测后发现,其具备良好的结合力、致密的涂层和较好的耐腐蚀性。
  2.3 三聚磷酸铝在汽车底盘设计中的应用
  汽车底盘对零件的要求十分严格。比如,汽车在行驶过程中其底盘易受到腐蚀等的影响,因此,汽车对整体用漆有着十分严格的要求,特别是底盘涂料。以某汽车制造厂为例,其制造的汽车发动机漆采用铅系防腐蚀材料,该材料具有较大的毒性,且抗腐蚀性较差,导致其在储存过程中缺乏稳定性。而采用三聚磷酸铝作为底盘用漆具有较好的抗腐蚀性,且在储存过程中具有一定的稳定性,这样能有效维持机械的物理性质。表1为三聚磷酸铝用量对汽车用漆性能的影响。
  3 新能源汽车底盘设计的改制
  新能源汽车底盘设计的改制主要体现在以下3个方面:①沿用汽车底盘设计平台。在底盘设计过程中,应沿用原底盘设计中的构架等,且汽车底盘中的子系统应保持不变。②取消部分影响汽车底盘子系统的传统发动机。由于一些全新的汽车动力系统将取代原有的发动机,进而取代了原有的汽车的转向系统和传动系统等,所以,需要在原有构架的基础上进行科学调整。比如,汽车底盘中的制动真空助力泵缺少一定的真空源,因此,需要增加相应的真空动力泵,为其提供新的真空源,并科学整改管路零部件。在新的动力系统中,与原车相比发生改变的还有减速器接口,所以,应根据所输入的信息重新设计系统;各个子系统中的零部件设计完成后,还需要根据总体布置、零部件的质量设计悬置支架;进行CAE分析,从而改进悬置系统的强度,并降低该系统运行时的噪声。③由于在设计过程中采用了新的总布置方案,使车体后舱的总布置与以往车型相比发生了巨大的改变。因此,需要重新计算整车质量和荷载匹配,目的是确保悬架系统的可靠性。如果发现悬架系统的可靠性较低,则需要对悬架系统进行调整或重新设计。相关工作人员需要统计同一平台中新能源汽新增部件的质量和质心位置,并根据统计结果确定新能源汽车的总布置方案;分析新能源汽车前、后轴荷的分布情况,并校验原有悬架系统的可靠性,如果发现原有悬架系统无法沿用,则应重新设计悬架系统或更改系统的设计参数;利用Adams分析更改后的悬架四轮定位参数,并依照分析结果科学调整悬架设计。
  改制过程的主要原则是尽可能地沿用原有的汽车底盘,并根据实际需要调整局部设计。这样更改的优势在于开发难度低、开发成本少和开发周期短,且能使用传统汽车的设计平台和零件。在传统汽车的底盘设计中,承载式汽车与非承载汽车有一定的差别。比如,在总布置方面,这两种车身存在着较大的差异,且其在新能源汽车底盘设计中的应用也有不同之处。
  3.1 承载式车身
  在汽车行业中,大部分轿车采用了承载式车身。因此,在新能源汽车底盘设计中保持了这样的构架特点,且在动力总成部件方面,均要在车身上寻找相应的悬置点,这是因为副车架不具备承担车身质量的功能。在此类结构中,车身的悬置设计工作十分复杂,且要进行大量的CAE分析,这不利于车身的量化;布置空间不规范,导致总体布设工作十分困难。目前,此类结构的应用较为普遍,比如通用汽车的氢动3号等。
  3.2 非承载式车身
  运用非承载式汽车车身设计平台时,不必投入过多的人力、物力。由于此类汽车底盘具有大梁,可形成较大的框架,具备一定的承重能力,可将动力系统全部置于汽车底盘的框架中。因此,可在设计初期进行部件的整体规划和集中布置,这样不仅可降低总体布置的难度,还能使车身的重心降低、质量减轻。通用汽车早期生产的Chevrolet Volt运用的便是此类底盘结构。
  4 新能源汽车底盘设计的完善需要注意的问题
  要对新能源汽车底盘设计进行完善,就要从三个方面思考问题:
  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,要将传统发动机取消,采用新型的转向系统和传动系统。汽车底盘子系统的需要基于原有的构架,根据需要做出科学性的调整。比如,底盘设计中,子系统的设计方案要保留下来,具有不良影响的发动机要严格取缔。因此,在汽车底盘的设计上,要在对构架进行调整的同时,还要安装真空动力泵,以使真空源得以改善。新的动力系统的减速器接口也要改变。设计完子系统的零部件之后,就要对悬置系统采用CAE分析的方法,以使得系统运行中不会产生太过强烈的噪音。
  其三,由于底盘设计中对子系统的设计采用了新的方案,车体后舱的布局也会相应地发生改变。通过对整车的质量以及荷载重新计算,而使得悬架系统在运行中,安全系统更高。否则,就需要重新设计,并做好悬架系统的调整工作。对新能源汽车的前轴荷的分布情况和后轴荷的分布情况进行分析,就可以发现需要对悬架系统的设计参数需要重新设计。对悬架四轮定位参数的确定,可以采用Adams分析进行确定,要尽量保留原有的设计方式,从实际应用的角度出发对汽车的底盘进行局部性调整。这样做不仅会降低开发成本,而且会缩短开发周期。
  5 结语
  新能源汽车具有清洁、噪声污染小、制动能量可回收、无尾气及一氧化碳排放、节能、舒适性好等优点。介绍了新能源汽车底盘系统发展状况和新能源汽车设计流程;对底盘系统设计的两种方向进行了详细的分析和研究,认为创新设计时未来底盘设计的发展方向。
  (作者单位:1.精诚工科汽车系统有限公司底盘事业部;
  2.精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院)
论文来源:《科学导报·科学工程与电力》 2019年3期
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14739866.htm