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新能源汽车底盘的三维创新设计分析

2018/8/15    来源:科学与财富    作者:王景超      
关键字:PTC  Creo5.0  汽车底盘  三维创新设计  
本文主要针对新能源汽车底盘的三维创新设计进行研究与分析,首先指出新能源汽车底盘的改进设计方面以及创新设计方向,明确创新设计要点。然后就材料、零部件等方面对新能源汽车底盘三维创新设计进行详细分析。

一、新能源汽车底盘三维创新设计方向

    (一)改制方向

    新能源汽车在发展中一部分是在原有汽车设计平台基础上进行改制设计,也是目前新能源汽车开发设计最常用手段。最大限度的利用原有底盘设计成熟技术来对新能源汽车底盘进行改制和设计,极大的降低成本,在具体的新能源汽车底盘改制中可以参考图1的方案进行。新能源汽车底盘构架设计中沿用了传统汽车底盘设计,只是在传统汽车底盘的基础上增加了电动真空泵以及相关管路零部件。面对新能源汽车和传统汽车动力系统不同的问题,在进行改进设计中需要研究新型动力转向系统。

    (二)创新方向

    新能源汽车底盘创新设计的方向是摒弃原有汽车设计平台的框架结构,以整体式的优化设计作为主要研究方向。这种从零开始的汽车底盘创新设计采用了全新的汽车设计平台,它没有固定的设计思路和方向。具体而言,在创新设计中,重新设计了汽车的动力系统及其各个功能系统,其目的是更加有效地提高车辆的性能。对于新能源汽车底盘的创新设计而言,其主框架结构、各个子系统的设计、应用模式都进行了创新。

    (三)新能源汽车底盘三维创新设计要点

    创新设计是完全基于新能源汽车进行的,没有基础案例可以参考,和改进设计相比这种创新设计会更加完善,设计的底盘更符合新能源汽车的根本需求,但是却需要更多的人力资源和物力资源投入,技术要求也更高,难度更大。而且新能源汽车作为新兴起产业,在很多技术和发展不够成熟,缺乏相关零部件基础。当前新能源汽车底盘三维创新设计的代表就是滑板式新能源汽车底盘,这一设计理念推翻了传统汽车底盘设计模式,才用铝制模板作为底盘材料,在底盘中设计了车载储能系统、推进系统、转向系统、制动系统和变速系统等。在这一新能源汽车底盘的设计中还采用了线传操控技术,采用数字化的方式进行设计与制造。

    在当前新能源电动汽车的底盘三维创新设计要点主要集中在以下几个方面:(1)注重底盘材料的选择;(2)创新储能系统、推进以及制动系统的设计;(3)注重轻量化创新设计;(4)改进制造加工方式;(5)综合利用信息化技术与计算机仿真模拟技术。

二、新能源汽车底盘材料创新应用

    (一)新能源汽车底盘设计中TRIP钢材料的应用

    TRIP钢已经在汽车生产中应用,但目前主要应用于大型载货汽车的制造中,在中小型汽车制造中应用较少。目前在产的汽车底盘中,仅仅只有比较高端的切诺基等车使用高强度钢。其中TRIP钢材料具有高塑性而且强度高的特点,因此可以考虑将其作为汽车底盘的基础材料。在新能源汽车底盘设计中引入TRIP钢材料,能够在一定程度上实现轻量化,从而降低汽车的油耗,对于汽车尾气排放也有一定效果。在对TRIP钢材料的可靠性检测中还发现,其具有很好的耐腐蚀性。

    (二)新能源汽车底盘设计中三聚磷酸铝的应用

    对于汽车底盘中需要设计大量的汽车零部件,零部件的质量直接影响汽车的运行情况,因此对于底盘设计中涂层等材料的选择十分重要。首先是汽车整体用漆,尤其是底盘涂料,必须慎重选择。本文在设计中建议采用三聚磷酸铝作为底盘用漆,经实验验证具有良好的抗腐蝕性,而且具有极强稳定性,能够保持材料不受腐蚀以及其稳定性。

三、新能源汽车底盘具体三维创新设计分析

    (一)新能源汽车底盘三维结构设计

    电动汽车为代表的新能源汽车和传统燃油汽车相比,在底盘结构方面具有较大的差异,所以需要进行改进或创新设计。比如在电动汽车中需要改掉汽车底盘中的变速箱以及离合器,接入电机模块,并链接相应的传动轴到主减速器中,本文设计的新能源汽车底盘三维结构如图2所示。该方案中利用将原来的发动机和变速器用电动机进行替代,这样减轻了汽车底盘的重量,而且进一步提高了传动效率,促进了动力均匀化分配,将底盘的整体空间进行了合理优化,但是这一设计方案也存在稳定性较差等一些问题,和材料有关,需要进行改进。

    (二)电池组布置设计分析

    在新能源汽车内燃机更换为电动机的操作中,并没有实现一等一的替换,空间占比不同。而且对于电池组以及传统汽车上的邮箱相比,电池能量密度明显低于汽油,50L汽油能够提供给汽车大约600km的路程公里,而目前最好的特斯拉新能源汽车0.9t的电池组仅仅能提供500km的路程。传统汽车50L汽油需要用现在0.9t的电池来代替,这样的对于新能源汽车的电池组空间配置提出了要求,需要平铺在底盘上方,会直接导致车内空间高度减少,要想保证驾驶者和乘客头部空间足够需要对座椅位置角度进行调节,这样就会影响驾驶感受,而且才在安全隐患问题。在这样的基础上采用图3所示的电池组结构方式,将电池在整个新能源底盘中分散摆放,在电池的摆放中还应该考虑到发动机以及传动轴等基本要素,为其预留空间。而且在电池组的设计和选择中对于高度也有要求,尽可能保证其和其他零部件处于同一平面。这样减少了底盘占据的纵向高度,对于车内空间也不会产生影响,本设计就充分考虑了这些因素。本文在进行电池组设计过程中还采用了电池并联的方式来为汽车供电,能够保证某一块电池出现故障的时候正常供电。但是当出现这种问题的时候,会加重工作电池的负担,增加电池维护成本。

    (三)新能源汽车底盘轻量化设计

    在新能源汽车中,电池的重量基本占据了整车重要的30%以上,正是由于这个原因也造成了极大的能源损失。因此在新能源汽车底盘设计中还必须考虑到这一因素,加强新能源汽车底盘轻量化建设,从而能够有效提高新能源汽车的能源利用率,对于新能源汽车驾驶性能提高也有所帮助。要想实现新能源汽车底盘轻量化主要可以从以下几个方面着手:首先是对底盘结构进行优化,在此基础上优化底盘材料,最后对于制造工艺等进行优化,采用液压成型以及热成型等技术来降低底盘中零件的重要。

四、结论

    我国虽然开始加强新能源汽车的建设,但是其建设仍然还处于初级发展阶段,还处于积极探索时期,提出了很多措施以及方案,但就实施问题还有待于进一步的改进与完善,尤其是汽车底盘的设计与优化中。我国目前大部分的新能源汽车实在传统发动机底盘上改进得来的,建议进行改进优化设计,进行创新,设计符合新能源汽车发展的新型底盘。

责任编辑:程玥
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