绿色革命下的创新：盘点新能源汽车底盘轻量化设计的新思路
绿色革命下的创新：盘点新能源汽车底盘轻量化设计的新思路
随着新能源汽车的快速发展，底盘轻量化设计成为提升车辆性能和能源效率的关键技术。本文将为您详细介绍新能源汽车底盘轻量化设计的最新思路，包括新材料应用、结构优化、工艺改进等多个方面。
底盘零件新材料、新工艺和稳定性的总体要求
在新能源汽车的发展中，底盘轻量化是一个重要方向。未来对轻质合金材料和高强度钢的需求将大幅增加，铝合金和镁合金在底盘中的应用也将越来越广泛。同时，还需要不断研究新型设计来满足汽车零部件轻量化的需求。
底盘轻量化
新能源汽车电池重量占整车总重的30%，因此，为了提升新能源汽车的性能与能源效率，底盘轻量化显得尤为重要。在设计过程中，应积极采用先进的技术和材料，不断改进和完善结构。通常可以通过改变尺寸、形状或选择空心结构来降低零件质量。同时，应尽量选择铝合金和镁合金来代替钢质材料，也可以引进热成形等新型方法来降低零件质量。
对TRIP钢材料的应用
虽然TRIP钢材料在小型汽车中的应用并不普遍，尤其是在底盘设计中，但TRIP钢材料具有较高的稳定性和强度，耐腐蚀性好，可塑性高。因此，在进行底盘设计时可以考虑使用TRIP钢材料。在新能源汽车领域，TRIP钢材料的应用已经较为普遍，并且能够提高汽车的环保性能。
对三聚磷酸铝的应用
在新能源汽车设计中，底盘设计是最为核心的部分。汽车底盘包含了汽车的核心部件和信息通道，对整车性能有着决定性的影响。为了避免底盘系统出现磨损，可以使用三聚磷酸铝，利用其抗腐蚀性能来提高底盘系统的整体稳定性。三聚磷酸铝本身分子结构稳定，在使用中可以保护底盘系统免受腐蚀。
稳定性
底盘零件的稳定性是汽车安全的基础，需要具备强度、柔韧性、抗疲劳、抗损坏等性能。汽车车架和车桥对管材液压成形技术的运用将越来越频繁，压力加工技术也将向着高效、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，发展为以柔性技术为特点的生产线生产模式。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
随着环保要求的不断提高，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。底盘技术正在朝着保护环境的方向发展。
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与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趋势
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。
滑板式底盘
作为新能源汽车底盘的创新设计，滑板式底盘推翻了传统汽车常规性的底盘设计形式，此创新设计的核心是铝制滑板式底盘，具有一定的指导性和创新性。在新能源汽车中运用滑板式底盘的主要具备以下优势：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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的降低。然而，滑板式底盘的设计也不是完美无缺的，目前使用范围还有局限性，只可用于燃料电池汽车，另外应用非机械底盘控制，依賴线传操控体体系的发展。
电池组布置
油箱的能量密度远大于电池组的。50L汽油能让汽车跑大约500km，特斯拉汽车的电池续航也可达到500km，而电池重量有0.9t。因此，要尽量在底盘上布置电池组，但以平铺方式会减小车内的空间。为了解决这个问题，可以改变座椅的角度位置等参数，但会降低用户的驾驶体验感，因此要合理设计座椅的摆放。另外，还要特别注意安全性能。要和乘坐者之间隔绝，而且要尽量分散摆放电池组，这样可以使车内的活动空间变大，给驾驶员更好的驾驶体验。同时，分散放置的电池组之间的接触面积比较小，能够避免反复摩擦或碰撞带来的危险。此外，当其中的一些电池出现故障时，不会对其他电池的使用造成影响，汽车仍然能够继续行驶。
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。
新能源汽车运用非承载式车身
汽车车身采用非承载式设计，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。
底盘悬架
底盘悬架是弹性连接车轮和承载系统的装置，其作用不仅有衰减振动、传递载荷，还有缓和冲击，另外，对处于行驶状态的汽车而言，底盘悬架往往可用来调节车身位置，避免安全事故出现。
现将其核心功能概括如下：
- 向车架传递车轮受路面作用所产生应力，如支承力、制动力、驱动力和侧向反力，当然，上述应力带来的力矩同样经由底盘悬架向车架进行传递，这点易被忽视；
- 缓冲并吸收不平路面给行驶中汽车带来的冲击、振动，为车载货物的安全性提供保证，乘坐体验也会得到一定程度优化；
- 确保车轮和车身的关系始终满足动态几何特征，具体来说，就是车轮按照特定规律跳动，车身自然可以按照预期轨迹运动。现有汽车的底盘悬架，以非独立悬架较为常见，该悬架主要分为两部分，由稳定杆、减振器等部件组成的前悬架以及由缓冲块、平衡轴等部件构成的后悬架，其中，后悬架结构以平衡结构为主。
优化策略
要想使底盘悬梁达到轻量化设计所提出的要求，有关人员应着重考虑结构、工艺及材料的优化，以下将逐一对其进行介绍，希望能够给人以启发。
结构优化
对于底盘悬架而言，结构优化既能够实现轻量化设计目标，又可使零件质量与成本处于平衡状态。在计算机技术渗透到各行各业的当下，利用计算机对结构进行仿真设计和优化成为大势所趋。随着尺寸优化及形状优化手段被引入，汽车业可在成本维持不变的前提下，尽量降低结构质量。经由CAE 确定材料密度分布优化方向，得出符合扭力梁主体需求的方案，通过对尺寸加以优化，掌握结构、管梁厚度的最佳参数，可使汽车质量显著降低，这也是轻量化设计被提出的初衷。
工艺优化
要想使轻质材料得到广泛运用，其前提不仅是保证产品可靠且稳定，对制造工艺进行优化也很有必要。例如，由于不同部件需要达到的承载力、功能结构要求通常有显著差异，只有运用不同工艺，完成设计输入的相关工作，才能避免不必要问题出现。对铝合金部件而言，工艺优化方向可被概括为：以现有工艺为依托，同步开发零件承载力与结合方案，确保设计工艺优势均可得到充分发挥，由此而获得设计方案，自然可使行业要求得到最大程度满足。
材料优化
设计底盘悬架部件时，“出镜率”较高的方法是运用轻质材料，该法拥有良好的发展前景，这是因为其既能为汽车运行的可靠性提供保证，还可使底盘质量减小。在合金制造技术趋于完善的当下，以铝合金、高强度钢为代表的诸多材料，均已被用来制造汽车，冲焊零件固有优势通常可因此而得到充分发挥。例如，在对B 级汽车进行设计时，有关人员选择运用铝合金制造控制臂及副车架，汽车质量降低幅度明显，与此同时，底盘悬架功能的实现并未受到影响。由此可见，对中端和低端汽车而言，材料优化是轻量化设计的关键。