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摘 要：本文只开展新能源汽车基于非承载式车身前轮中央电机驱动，后轮轮毂电机驱动且后轮全动转向式模块化底盘研究。
关键词：新能源汽车、非承载式、轮毂电机驱动、后轮转向、模块化底盘
引言
我国是目前世界上新能源汽车产销量最大的国家，新能源汽车作为汽车产业未来的发展方向，在设计开发过程中都广泛应用了大量的整体化、系统化、模块化的设计理念。在新能源汽车底盘的设计开发过程中，由于底盘的设计与新能源汽车的总布置方案息息相关且与新能源汽车动力系统架构及其集成度联系紧密，同时也影响着新能源汽车的外观设计与内部驾乘空间，是新能源汽车设计中极其重要的开发内容。
传统汽车底盘系统包含了悬架、制动、转向等子系统，它影响着整车的舒适性、安全性和操控性，而对于新能源汽车而言它的影响更加深远，新能源汽车底盘不仅要包含传统汽车的悬架、制动、转向等子系统，满足整车的舒适性、安全性和操控性要求而且需要适应车载能源的多样性、适用于高度集成的系统模块，同时还需不限制汽车外部车身造型设计与内部驾乘空间。
1 研究方向
纵观各类新能源汽车，从概念车到量产车，从国内自主、合资品牌到国际品牌典型车型，底盘的设计朝着两大方向发展：一是以传统汽车平台为基础，依据新能源汽车的需求进行局部改进优化；二是完全推翻传统的思维模式，依据新能源汽车的自身特性与独特需求，创造出全新的理念。
目前绝大部分新能源汽车底盘系统都是在传统汽车底盘系统的平台基础上进行局部改进优化，这种设计开发方案的优点是可以最大限度降低研发、生产成本及风险，缩短新能源汽车研发、生产周期；缺点是无法摆脱传统的思维模式，不能依据新能源汽车的自身特性进行创造性的研发与创新。
故本文开展了新能源汽车基于非承载式车身、前轮中央电机驱动、后轮轮毂电机驱动且后轮转向式模块化底盘研究。
1.1底盘系统组成及特点
1.11非承载式车身
非承载式车身（如图1所示）是现在很多汽车采用的车身结构，在此类平台上设计的新能源汽车不需要在平台开发上投入大量人力物力因为其底盘框架的特点使得该车身设计结构符合整体化设计理念。由于底盘有大梁，形成一个大的框架且能承载重量，所以可以将驱动系统、能源系统等部件布置于底盘框架之中。非承载式车身底盘框架结构规整，可在设计初期就整体规划各部件系统的集成度和布置位置，大大降低了总布置的难度且结构强度高、重心低。
1.12前轮中央电机驱动、后轮轮毂电机驱动
新能源汽车的动力系统依据电机结构可分为两大类即轮毂电机（如图1所示）和中央电机（如图1所示）。
使用轮毂电机布置可分为双电机后置驱动和前后双电机四驱两种型式。双电机后置驱动方式可实现模块化、集成化，易于在传统平台基础上实现油电混合的新能源汽车方案，纯电动汽车上使用存在驱动力不足和整车重心不稳等不足；前后双电机四驱布置的车身框架结构规整、不影响总布置和外观设计和内部驾乘空间，但缺点是由于转向车轮簧下质量的增加使车辆的操控性能有较大程度下降从而降低了车辆的行驶安全性。
由于轮毂电机的缺陷使目前概念车的和量产车大部分采用中央电机驱动方式。中央电机布置有单台电机后置驱动（如特斯拉MODEL S）和前后双置四驱（如特斯拉MODEL X和蔚来ES8）两种型式。中央电机单台电机后置驱动布置与轮毂电机双电机后置驱动布置特点有相似优缺点；而中央电机前后双置四驱驱动布置型式虽然有效解决了轮毂电机前后双电机四驱布置造成的转向车轮簧下质量的增加，致使与行驶安全性较大程度下降问题，但却也由于电机结构、重量等因素，使得整车重量增加，从而影响新能源汽车的外观设计与内部驾乘空间。
研究分析轮毂电机和中央电机驱动布置各自的优缺点，扬长避短结合各自的优点采用前轮中央电机、后轮轮毂电机驱动布置方式，此驱动布置方式有效的解决转向车轮簧下质量的增加，致使车辆的操控性能与行驶安全性较大程度下降的问题，也使得后轮驱动结构得到简化最大程度的降低了整车质量，实现驱动系统的模块化和集成化。
1.13后轮轮毂电机驱动独立转向
在后轮轮毂电机驱动的基础上增加线传操控转向伺服电机独立转向系统，在车载ECU的控制下既能提高车辆在高速及ESP状态下的操控性能，又能在低速转弯、原地调头和倒车入库等驾驶操控中有效缩小车辆转弯半径，提高行驶安全性降低驾驶难度。
2 结论
基于非承载式车身、前轮中央电机驱动、后轮轮毂电机驱动且后轮转向式模块化底盘（如图1所示）有以下优势：
1、 车身设计自由度大。由于平面式的底盘与车身独立，给车身的外形造型设计提供了无比的自由。
2、 总布置难度降低，内部可利用空间增大。由于底盘是扁平式的整体框架结构且安置在底盘上的高度集成的模块化的锂电池系统、驱动系统、悬架系统、制动系统、转向系统、操控及管理系统都大大减小了所占空间，使得总布置的可利用空间相对增大，布置难度也相对降低，相应的车内可利用空间也有所增大。
3、 制造、维护得到大大简化。得益于底盘的整体化设计，零部件少、集成度高，制造、装卸的工艺复杂程度低，同时也便于维护。
4、 出色的车辆操控性。所有核心系统都布置在底盘上，因此车辆的重心非常低，同时由于后轮轮毂电机驱动独立转向系统的加入使得车辆操控更稳定，提高了车辆的整体操控性。
5、 碰撞安全性高。由于整套底盘在制造过程中保证1：1的前后配重，符合严格的碰撞安全标准，使得车辆在发生碰撞时坚固的底盘能吸收大部分冲击力，从而使乘客舱免于因碰撞而凹陷。
拥有上述优点的模块化底盘是未来汽车的发展趋势，但也面临着前期研发投入大、开发周期长等问题。
参考文献
[1] 万东.浅谈新能源汽车底盘设计方向[J].科技与创新，2016（5）.
[2] 晏臨风.新能源汽车底盘的三维设计研究[J].科技创业，2016（24）.
[3] 朱赤.新能源汽车底盘设计方向[J].上海汽车，2009（7）.
[4] 刘兴龙.基于轮毂电机的车辆全转向设计及底盘优化研究[D] 西南交通大学 2018
[5] 冯明旭.基于传统前转向结构的四轮转向控制研究[D] 重庆交通大学 2018
关键词：新能源汽车、非承载式、轮毂电机驱动、后轮转向、模块化底盘
引言
我国是目前世界上新能源汽车产销量最大的国家，新能源汽车作为汽车产业未来的发展方向，在设计开发过程中都广泛应用了大量的整体化、系统化、模块化的设计理念。在新能源汽车底盘的设计开发过程中，由于底盘的设计与新能源汽车的总布置方案息息相关且与新能源汽车动力系统架构及其集成度联系紧密，同时也影响着新能源汽车的外观设计与内部驾乘空间，是新能源汽车设计中极其重要的开发内容。
传统汽车底盘系统包含了悬架、制动、转向等子系统，它影响着整车的舒适性、安全性和操控性，而对于新能源汽车而言它的影响更加深远，新能源汽车底盘不仅要包含传统汽车的悬架、制动、转向等子系统，满足整车的舒适性、安全性和操控性要求而且需要适应车载能源的多样性、适用于高度集成的系统模块，同时还需不限制汽车外部车身造型设计与内部驾乘空间。
1 研究方向
纵观各类新能源汽车，从概念车到量产车，从国内自主、合资品牌到国际品牌典型车型，底盘的设计朝着两大方向发展：一是以传统汽车平台为基础，依据新能源汽车的需求进行局部改进优化；二是完全推翻传统的思维模式，依据新能源汽车的自身特性与独特需求，创造出全新的理念。
目前绝大部分新能源汽车底盘系统都是在传统汽车底盘系统的平台基础上进行局部改进优化，这种设计开发方案的优点是可以最大限度降低研发、生产成本及风险，缩短新能源汽车研发、生产周期；缺点是无法摆脱传统的思维模式，不能依据新能源汽车的自身特性进行创造性的研发与创新。
故本文开展了新能源汽车基于非承载式车身、前轮中央电机驱动、后轮轮毂电机驱动且后轮转向式模块化底盘研究。
1.1底盘系统组成及特点
1.11非承载式车身
非承载式车身（如图1所示）是现在很多汽车采用的车身结构，在此类平台上设计的新能源汽车不需要在平台开发上投入大量人力物力因为其底盘框架的特点使得该车身设计结构符合整体化设计理念。由于底盘有大梁，形成一个大的框架且能承载重量，所以可以将驱动系统、能源系统等部件布置于底盘框架之中。非承载式车身底盘框架结构规整，可在设计初期就整体规划各部件系统的集成度和布置位置，大大降低了总布置的难度且结构强度高、重心低。
1.12前轮中央电机驱动、后轮轮毂电机驱动
新能源汽车的动力系统依据电机结构可分为两大类即轮毂电机（如图1所示）和中央电机（如图1所示）。
使用轮毂电机布置可分为双电机后置驱动和前后双电机四驱两种型式。双电机后置驱动方式可实现模块化、集成化，易于在传统平台基础上实现油电混合的新能源汽车方案，纯电动汽车上使用存在驱动力不足和整车重心不稳等不足；前后双电机四驱布置的车身框架结构规整、不影响总布置和外观设计和内部驾乘空间，但缺点是由于转向车轮簧下质量的增加使车辆的操控性能有较大程度下降从而降低了车辆的行驶安全性。
由于轮毂电机的缺陷使目前概念车的和量产车大部分采用中央电机驱动方式。中央电机布置有单台电机后置驱动（如特斯拉MODEL S）和前后双置四驱（如特斯拉MODEL X和蔚来ES8）两种型式。中央电机单台电机后置驱动布置与轮毂电机双电机后置驱动布置特点有相似优缺点；而中央电机前后双置四驱驱动布置型式虽然有效解决了轮毂电机前后双电机四驱布置造成的转向车轮簧下质量的增加，致使与行驶安全性较大程度下降问题，但却也由于电机结构、重量等因素，使得整车重量增加，从而影响新能源汽车的外观设计与内部驾乘空间。
研究分析轮毂电机和中央电机驱动布置各自的优缺点，扬长避短结合各自的优点采用前轮中央电机、后轮轮毂电机驱动布置方式，此驱动布置方式有效的解决转向车轮簧下质量的增加，致使车辆的操控性能与行驶安全性较大程度下降的问题，也使得后轮驱动结构得到简化最大程度的降低了整车质量，实现驱动系统的模块化和集成化。
1.13后轮轮毂电机驱动独立转向
在后轮轮毂电机驱动的基础上增加线传操控转向伺服电机独立转向系统，在车载ECU的控制下既能提高车辆在高速及ESP状态下的操控性能，又能在低速转弯、原地调头和倒车入库等驾驶操控中有效缩小车辆转弯半径，提高行驶安全性降低驾驶难度。
2 结论
基于非承载式车身、前轮中央电机驱动、后轮轮毂电机驱动且后轮转向式模块化底盘（如图1所示）有以下优势：
1、 车身设计自由度大。由于平面式的底盘与车身独立，给车身的外形造型设计提供了无比的自由。
2、 总布置难度降低，内部可利用空间增大。由于底盘是扁平式的整体框架结构且安置在底盘上的高度集成的模块化的锂电池系统、驱动系统、悬架系统、制动系统、转向系统、操控及管理系统都大大减小了所占空间，使得总布置的可利用空间相对增大，布置难度也相对降低，相应的车内可利用空间也有所增大。
3、 制造、维护得到大大简化。得益于底盘的整体化设计，零部件少、集成度高，制造、装卸的工艺复杂程度低，同时也便于维护。
4、 出色的车辆操控性。所有核心系统都布置在底盘上，因此车辆的重心非常低，同时由于后轮轮毂电机驱动独立转向系统的加入使得车辆操控更稳定，提高了车辆的整体操控性。
5、 碰撞安全性高。由于整套底盘在制造过程中保证1：1的前后配重，符合严格的碰撞安全标准，使得车辆在发生碰撞时坚固的底盘能吸收大部分冲击力，从而使乘客舱免于因碰撞而凹陷。
拥有上述优点的模块化底盘是未来汽车的发展趋势，但也面临着前期研发投入大、开发周期长等问题。
参考文献
[1] 万东.浅谈新能源汽车底盘设计方向[J].科技与创新，2016（5）.
[2] 晏臨风.新能源汽车底盘的三维设计研究[J].科技创业，2016（24）.
[3] 朱赤.新能源汽车底盘设计方向[J].上海汽车，2009（7）.
[4] 刘兴龙.基于轮毂电机的车辆全转向设计及底盘优化研究[D] 西南交通大学 2018
[5] 冯明旭.基于传统前转向结构的四轮转向控制研究[D] 重庆交通大学 2018