滑板底盘技术分析

前言

美国新能源汽车公司 Rivian 上市6天，股价翻倍，号称“特斯拉杀手”的公司。Rivian 的核心武器就是“滑板式底盘”，该底盘是种专门为电动车设计的一体化底盘架构，把电池、驱动系统、悬架等核心部件整合集成在底盘上。将底盘模块化、标准化，可以在同一个底盘上搭配不同类型的车身。

位于加州埃尔文，创立于2009年的Rivian，已发表一款皮卡、一款SUV、一款货车，2019年亚马逊向Rivian订购了10万台电动送货车并进行了投资。

独特造型的Canoo，被称为后SUV的革命性体验，车轮上的Loft等，独特的造型源自于滑板式电动车底盘技术，是首个实现线控转向底盘，其通用底盘可以大大缩短一款车的开发周期。

上海悠跑网络科技是一家为场景造车的新型智能电动车公司，采用上下分体式开发，其UP超级底盘高度集成智能电动车的核心能力；采用了全线控底盘、CTC电池系统等先进技术。

一、滑板底盘技术层面解析

滑板底盘的特殊之处，是在于底盘和座舱可分离的特殊设计，用户可以对颜色内饰布局等不同需求，基于同一款滑板底盘在后期更换不同类型的座舱。使用滑板底盘造车就像把放积木的底座单独拿出来拼装，这和乐高组装的过程是相同，不同部件可以同时进行，部件完工后直接组装在一起，使得整个设计、研发的周期缩短。

从系统上讲，传统底盘是由传动系+行驶系（轮毂电机）、转向系+制动系（线控系统）、驱动系（包含三电系统的电池/底盘一体化）五部分组成。因此可以将滑板底盘简单定义为：滑板底盘= 非承载式车身 + 电池/底盘一体化 + 线控转向/线控制动。以下分别从这三方面技术进行简析：

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非承载车车身

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。不同点在于：a.非承载式车身拥有独立的车架，车架与车身之间通过弹性元件连接；b.在总布置方面两种车身也存在着较大的差异，非承载式车身悬挂、发动机和车身等都安装在车架上，车架上有用于固定弹簧的基座以及固定车身螺孔。

运用非承载式设计平台时，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。

在汽车底盘设计中运用滑板式底盘的主要具备以下优势：①对车身设计的自由度比较大。平面式底盘和平面式车身相独立， 所以给车身造型的设计提供了自由空间。②操控性卓越。全部核心系统都安设在底盘上，降低了车辆的重心，提升了操控性。③安全性能高。制造整副汽车底盘时，保证前后配重为 1：1，严格契合规定的碰撞安全标准，若发生磕碰问题，巩固的底盘能够汲取大量冲击力，有效避免乘客舱因激烈碰撞而发生内陷。④简化制造和维护工作。得益于底盘所采用的全体化设计理念，具有集成度高、零部件少等优点，制造工艺与装卸工艺的复杂性也有大幅度降低。然而，滑板式底盘的设计也不是完美无缺的

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CTC电池车身一体化

传统的电池包集成方式是由电芯组成模组，再由模组构成电池包，最后将电池包安装到车身地板上。目前新的研究方向是将电芯直接集成到车身上，从而能够最大程度地提升空间利用率，可在相同的空间内布置更多的电池，提升电池电量，达到增加续航里程的目的。

2.1 传统电池包形式是由电芯组成模组再组成电池包，电池包下部与车身地板组装。电池上盖的高度与地板面位置相同可代替一部分地板结构。优点：a.电池包由多个模组组成，每个模组都有单独壳体保护和控制单元，便于电池的控制和热管理；b.可以单独更换电池模组，维修成本和便利性高。缺点是模组间的壳体和安全间隙，整体的重量较高，空间利用率较低。

2.2 CTP（Cell to Pack）电池集成方案取消模组结构，由电芯直接组成电池包，电池包集成到车身地板上作为整车结构件的一部分。优点：a.减少了模组之间的布置间隙，增加了电芯的数量；b.减少了模组结构，从而降低了整体电池包的重量。缺点：a.电池包需要作为结构件的一部分承载载荷；b.对电池的结构设计提出了更高的要求。

2.3 CTC（Cell to Chassis）电池集成方案是直接将电芯集成在地板框架内部，将地板上下板作为电池壳体，是CTP方案的进一步集成，使用地板的上下板代替电池壳体和盖板，与车身地板和底盘一体化设计。优点：a.极大地提高空间利用率，可使续航增加15%-25%；b.取消了电池包的结构件，降低了重量；c.可以实现高度集成和模块化。缺点：a.电芯需要作为结构件的一部分承载载荷，需要考虑如何将电芯与上下结构件固定起来，以应对最为苛刻的剪切力；b.对工艺提出更高的要求，如果制造出现不合格，就会导致整个电池报废，可维修性低。

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线控系统简析

随着当前辅助驾驶系统、无人驾驶技术的快速地发展，汽车电子电子架构的复杂度呈指数级提升，传统的Lin、Can总线已不堪重负，考虑到X-By-Wire（汽车某部件电子线控技术）的应用场景和更高的带宽要求，CAN FD亦会无法满足需求，FlexRay技术应运而生。FlexRay技术具有高速率、高容错性、确定性、灵活性等多方面优势。

3.1 SBW(Steering-By-Wire)线控转向系统

3.1.1 线控转向系统简析

汽车的转向系统是连接人和车的重要枢纽，其性能在很大程度上决定了整车的性能。它的功能是使汽车可以按照驾驶者的驾驶意图进行转向，当汽车受到道路干扰或驾驶者的误操作使汽车失稳时，它能与汽车上的各种控制系统进行配合，使车辆自动还原稳定，保证车辆的安全性和稳定性。汽车转向系统的发展经历了传统的机械转向、液压助力转向、电液助力转向、电动助力转向、主动前轮转向以及线控转向等六个阶段；目前市场上绝大多数车型配备的转向系统主要是电动助力转向和主动前轮转向，而线控转向系统正处于探索研究阶段，仅出现在英菲尼迪 Q50 和一些概念车中。

线控转向系统的提出最早可以追溯至二十世纪五六十年代，日本 TRW 公司和德国工程师 Kasselmann 设想将方向盘与转向轮之间的机械连接装置用线束代替，提出了 SBW-线控转向系统，并利用 ECU 接收驾驶者的输入指令和获取汽车的状态参数，通过相关控制算法决策出期望的前轮转角信号以及路感信号，控制转向电机和路感电机的运行。此后，对汽车的线控转向系统开始进行研究。

在线控转向系统控制中，主动前轮转向控制是线控转向系统最基本的控制需求，转向执行电机需要准确执行驾驶员遥控指令，驱动车轮转向到目标转角并保持稳定，在遇到路面干扰时能主动克服干扰，在驾驶员快速转向时，也能够快速响应。

线控转向系统移除了方向盘和转向轮之间的机械传动装置，采用总线技术来传递转向命令，其传动比就可以任意设置，能够轻松解决机械式转向系统中存在的‘轻’与‘灵’之间的矛盾。采用变传动比设计，根据汽车行驶工况的不同以及驾驶者对转向操作的不同要求获得相应的理想传动比，从而可以调整车辆参数，使车辆性能达到最佳状态，减轻驾驶者的驾驶负担，提高车辆的操纵稳定性、安全性和可靠性。

3.1.2 基于自适应传动比前馈线控转向系统控制

线控转向系统移除了方向盘和转向轮之间的机械传动装置，采用RlexRay总线技术来传递转向命令，其传动比可任意设置，轻松解决了机械式转向系统中存在的“轻”与“灵”的矛盾。采用变传动比设计，根据汽车行驶工况的不同以及驾驶者对转向操作的不同要求获得相应的理想传动比，从而可以调整车辆参数，使车辆性能达到最佳状态，减轻驾驶者的驾驶负担，提高车辆的操纵稳定性、安全性和可靠性。
机械式转向系统总传动比一般是指转向系统中方向盘的转角和前轮转角的比值：
一般情况下，车辆在低速行驶或泊车时，前轮转动角度较大，这时驾驶者需要施加较大的力矩来实现较大的方向盘转角，因此期望系统的传动比小，但却能实现较大的前轮转角，来确保传动比变化幅度小，提高低速转向过程中的转向轻便性；车辆高速行驶时，即使转向角很小，也会造成前轮转角过大。因此，系统的传动比将随着车速的提高而缓慢变化，从而保证高速转向过程中的操纵安全性和稳定性。在中等车速时，要满足低速和高速行驶时对传动比的不同要求，并保证角位移的平稳变化，则要求系统的传动比发生较大的变化。传统机械式转向系统很难满足这些要求，若设计的传动比过小，则增加汽车的操作性；若设计的传动比过大，则降低汽车的灵敏度。线控转向系统可以很轻松解决上述矛盾，考虑到不同车速对传动比的要求不同，系统中采用变传动比设计，传动比随车速的改变而变化。汽车转向增益有两种衡量方法：一是横摆角速度和前轮转角之间的转向增益K，它与悬架特性和车轮定位有关。二是指横摆角速度与方向盘转角之间的转向增益K，即车辆横摆角速度增益，它不仅与车辆悬架特性和车轮定位有关，还与传动比有关。一般采用来描述汽车的转向增益，

u是汽车的行驶速，L是轴距，m是汽车总质量，a、b分别指汽车质心距前后轴的距离，分别指前后轮的侧偏刚度。横摆角速度增益的取值与汽车的行驶速度紧密相关。

从上式中可知传动比随车速的增加从零开始增加，达到一定的车速后又开始下降。汽车在低速行驶或者泊车时，传动比过小会使转向过于灵敏，前轮容易达到极限转角，导致无法完成正常转向。因此，当车辆低速行驶时，需要将传动比设计为一个固定值，设定车速为 20km/h时的传动比为线控转向系统传动比最小值，由上得最小传动比为i =7.059 。因此基于不变的理想传动比为：

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轮毂电机

详见公众号文章2022-03-05期《四轮驱动轮毂电机与集中式电机经济性对比》。

二、总结

以往车企开发底盘过程中，不同底盘需要寻找不同厂商，在集成过程中难免会出现各种不匹配，最后整合效果需要看整车厂经验能力及部件厂商的配合，而目前对于电动车来说，大家传统关注点：发动机和变速箱等部件皆不重要，性能关注点仅集中在续航和加速上，而更多关注点在智能化，科技化上。若滑板底盘取代现有底盘技术，1.降低其他行业公司进入造车行业的门槛；2.整车厂降低制造成本和时间，可以把更多时间放在迭代智能化产品上；3.对于大众来说，激烈的竞争可以带来更好的产品、服务和更低的价格。

当然滑板底盘也会存在一些技术和非技术层面的问题，比如说，1.产品未经过充分的市场验证；2.第三方若是没有整车经验的话，真的可以造好底盘吗？且集成了电机、电池、智能驾驶芯片、转向制动和行走机构的底盘，BOM占比可能在60-70%左右，是否会有整车厂外包给第三方公司；3.传统整车厂是否会认为底盘是车的大件，十分重要，必须由车企自己亲自做好？

因此滑板底盘想要占领市场，进行市场验证，个人认为应该先从京东、阿里等市内固定路线物流车和美团、饿了么等末端配送小车市场开拓，上述公司对底盘性能没有任何要求，仅对功能、成本、耐用性关注，对不同类型的配送要求差异化小，有利于底盘的通用化普及。经过市场成分验证后再与L4级百度、华为等智能驾驶公司合作，占领市内出租，短途班车等市场，循序渐进最后和传统车企进行资源整合等。