技术解读新能源汽车平台架构

如果说平台架构这个词太专业不好理解，那么有一个通俗易懂的表述方式，就是首先你要搞清楚这款车是从传统燃油车改过来的，还是完全全新架构的纯电动车。这一点非常重要。

01、燃油车底盘改制电动车存在的问题

很多品牌车型为了节省时间和降低研发成本，往往会从一个比较成熟的传统车型（以RAV4为蓝本比较常见）通过去掉发动机变速箱，然后加装一套三电系统来获得一款新的纯电动车产品。

有些投入多一些的厂家会把造型和内饰做全新设计和开发，有些厂商可能直接沿用燃油车的造型和内饰。

但是这种改过来的电动车，由于整车架构是燃油车架构，所以在空间布置方面会有很大的缺陷，这些缺陷几乎是不可解决的。和逆向研发相比，正向研发在空间设计等方面有诸多便利。

■ 巨大且沉重的电池包会打破原有的总布置设计

比如电池包的体积过大，会占用乘员舱空间，降低离地间隙，打破原有座椅方向盘的硬点设计。

再比如，改装上电池包后车辆重心也有发生变化，虽然重心有所降低，给稳定性带来好处，但前后配重将会打破原有设计，给操控带来一定的负面影响。

■ 沉重的电池包还会打破原有的安全性设计

而在安全性方面，由于传统燃油原型车的前面，后面以及侧面碰撞都是在没有电池包和三电系统的情况下进行的，所以为了达到原有的安全标准，需要重新做碰撞试验，特别是侧面碰撞，原有的侧底梁的强度并没有考虑过电池包所需要的耐受碰撞强度，所以在发生侧面碰撞时容易引发事故（电池包因挤压变形导致的起火或爆炸）。

而如果要重新设计侧底梁的强度则需要耗费非常多的人力、物力以及时间。甚至很多公司并不具备这样的研发能力。对于电动汽车，侧撞和后撞才应是关注重点。

■ 电池包带来的重量增加会打破原有的Dynamic（汽车动力学）设计

除此之外，由于安装上电池包之后，整车重量会有极大的增加（通常一台1400kg左右的燃油SUV，在加上电池包后的重量很容易达到1800kg以上）。

并且由于原车的最大总质量不是按照后者设计的，所以需要在结构以及动态性能方面按照增加后的总质量来重新设计。但原型车无论是车身结构还是底盘硬点的布局都已经非常科学和成熟。

所以不管动哪个地方都会很容易因牵一发而动全身。所以对于非常看重工期的厂商来说，可能就会忽略很多因重量变化后的大量重新设计和匹配。导致用户在日后的使用过程中会出现很多意想不到的问题。

■ 由于加装了电池包，离地间隙会变低，给通过性带来问题

电池包是一个体积非常庞大且沉重的总成，里面布置了大量的电芯。大家都知道，电芯不仅需要一个外壳包裹，还需要设计复杂的散热系统，很多车型还会采用水冷散热或水冷均衡设计，所以电池包的体积被进一步加大。

而传统燃油车的底部只是几块薄薄钢板阻尼板和隔音棉。在加上电池包之后，电池包的高度要么会侵占车内空间，要么就会侵占离地间隙。当加装电池包过后，整车离地间隙会大大降低。

比亚迪e6就是一个很好的例子，深圳和北京又很多出租车和网约车都是该款车型。由于离地间隙过低，司机们经常抱怨有时过个减速带或进闸道上坡时都有可能被拖底，这给日常使用带来者诸多的不便。由于电池包过厚对离地间隙和通过性产生影响，我们已经司空见惯。

02、新能源电动汽车三个主要子系统


现代电动汽车电驱动系统架构组成如上图所示，该电驱动系统由三个主要的子系统组成：

电动机驱动系统——电动机驱动系统由车辆控制器、驱动控制器、电动机、机械传动装置和驱动轮等部件组成。
能源系统——能源系统包含能源转换单元、能量管理单元和能量存储单元等部分组成。
辅助系统——辅助系统由功率控制单元、车内气候控制单元和辅助电源等部分组成。

03、新能源电动汽车的6种主要架构

EV新能源电动汽车结构形式，现在的电动汽车系统架构主要有下图中几种：


图a——所示表明了第一种可供选择的结构，其中电驱动装置替代了传统燃油驱动系统的内燃机，它由电动机、离合器、变速器和差速器等部件组成。离合器和变速箱可由自动传动装置予以替代，离合器用以将电动机的动力连接到驱动轮，或从驱动轮处脱开。变速箱提供一组传动比，以满足不同转速的需求。差速器是一种机械器件(通常是一组行星齿轮)，当车辆沿着弯曲的路径行驶时，它使两侧车轮以不同的转速行驶。

图b——所示系统架构借助于电动机在大范围转速变化中所具有的恒功率特性，可用固定档的齿轮传动装置替代多速变速箱，并缩减了对离合器的需要。这一结构不仅减小了机械传动装置的尺寸和重量，而且由于不需要换挡，可大大简化驱动系的控制。

图c——所示系统构架类似于图b中的驱动电动机。固定档的齿轮传动装置和差速器可以进一步集成为单个组合件，而其两侧的轴连接两边的驱动轮，整个驱动系由此可以进一步得到简化和小型化。

图d——所示系统中机械差速器被两个牵引电动机所替代。两牵引电动机分别驱动相应侧的车轮，并当车辆沿弯曲路径行驶时，两者以不同转速运转。

图e——所示系统为进一步简化驱动系，牵引电动机可安置在车轮内。这种配置就是通常所说的轮式驱动。一个薄型行星齿轮组可用以降低电动机转速，并增大电动机转矩，该薄型行星齿轮组具有高减速比以及输入和输出轴纵向配置的优点。

图f——所示，通过完全舍弃电动机和驱动轮之间的任何机械传动装置，应用于轮式驱动的低速外转子型电动机可直接连接至驱动轮。此时，电动机的转速控制等价于车轮的转速控制，即车速控制。然而，这一配置要求电动机在车辆起动和加速运行时具有高转矩性能。


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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。

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新能源汽车底盘设计要考虑的3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。

06、汽车生产方式的改变与简化
未来电动汽车最大特点将发生在结构的革新上。

底盘动力装置的一体化，将对传统汽车车身的核心结构产生大的冲击。未来电动汽车的结构上，底盘一体化系统与车身系统的模块化优势将被充分发挥。

(1)底盘经过简单的组件将动力系统集成为一体，集电池系统、电驱动系统及传统底盘部件为一体的新型底盘，将使底盘生产方式大大简化。

(2)车身设计更为简洁。传统汽车的车身将可能不再如此复杂，原来下车身的功能由新型底盘所替代，轻量化材料被应用于车身(如碳纤维、车用聚丙烯等)，模块化车身在碰撞安全性方面要求降低，一个底盘系统配不同造型的车身有可能成为一种新的潮流。

(3)传统汽车的复杂车身制造体系有可能被更为时尚的模块化车身和集机电一体化底盘制造体系取代。电子(电动)化的元素越来越多，模块化组件生产方式将大力推广和发展。

07、新能源汽车底盘设计的4个特点

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。


08、动力系统

电动汽车经过近20年的快速发展，在能源动力系统方面形成了具特色的三大类动力系统结构技术特点。

纯电动汽车、油电混合动力汽车和燃料电池汽车是目前电动汽车领域的三大种类，油电混合动力汽车目前被国内外各大汽车企业最早列入产业化计划，并联混合动力和混联混合动力是被电动轿车广泛采用的主流动力系统结构。

近几年，随着储能电池技术水平的飞速发展，以车载动力蓄电池提供电能驱动的纯电动汽车得到快速发展，多个电机驱动的动力分散结构的纯电动动力系统受到国内外研究机构的广泛关注。

以氢和氧通过电极反应转换成电能驱动的燃料电池电动汽车，采用电-电混合动力结构，能量转换效果比内燃机高2~3倍，是未来清洁能源汽车的重要发展方向之一。

09、传动系统

变速传动系统是电动车驱动子系统的一个重要部件，它指的是驱动电机转轴和车轮之间的机械连接部分。

对于传统汽车来说，变速器是必要的部件，设计时主要考虑采用什么类型的变速器。但对于电动汽车则不同，由于驱动电动机的转矩和转速完全可以由电子控制器进行全范围的控制，因此变速系统的设计就可以有多种不同的选择。

既可用传统的变速齿轮箱变速，还可以用电子驱动器控制电动机直接变速。究竟采用哪种方案，主要还应依据电动汽车的能量和经济性，也涉及到电机和控制器的设计。

为了提高电动汽车的传动效率，人们开发了电动汽车专用的电机和变速传动一体化的两速或三速自动传动桥。

先进的两速电机/多速传动桥将变速齿轮组与高速异步电动机完全结合为一体，并且直接安装在电动汽车驱动轮的驱动轴上，构成重量轻、体积小、效率高、结构紧凑和成本低廉的传动系统。

10、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。

11、综述

一般而论，电动汽车和燃油汽车同样都是机动车，就外部性能而言，描述它们的数学和物理手段并无大异。

因此，大多数的电动汽车参数都可以从发展成熟的燃油汽车体系中借鉴。但是，由于电动汽车的特殊性，它的蓄电池重量、效率、再生能量的利用效率等性能参数却是传统的内燃汽车所没有的。

电动汽车除了新型能源动力系统替代原内燃机动力系统之外，未来的发展将越来越体现出不同于传统汽车的特征，这些特征包括：

动力控制的快速响应；
动力分散的新型电力驱动方式；
新的车身安全性解决方案与轻量化技术应用；
底盘电动化、智能化和集成化。
上述技术的发展和创新，必将大大增加汽车安全性和节能效果，进一步推动电动汽车安全性设计理念的变革，并简化电动汽车的制造与生产方式。

参考文献：

1、《新能源汽车底盘技术解密》，蒲厉GR，2018，百度百家号
2、《新能源电动汽车系统架构简介》，ly_yinhe，2017，银河电气
3、《选购电动车除了续航还要关注哪些维度？》，电动邦，2018，百度百家号
4、《电动汽车与传统汽车底盘对比》，焉知汽车科技新媒体，2018，搜狐汽车自媒体