本文分析主要集中于電動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)形式選擇、驅(qū)動(dòng)布置方案、懸架形式、以及非簧質(zhì)量的控制等四個(gè)方面進(jìn)行。

本文主要聊一聊小而美的電動(dòng)車(chē)該如何設(shè)計(jì)底盤(pán)，分析主要集中于電動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)形式選擇、驅(qū)動(dòng)布置方案、懸架形式、以及非簧質(zhì)量的控制等四個(gè)方面進(jìn)行。

一、電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)形式的選擇

電動(dòng)汽車(chē)的電動(dòng)輪按照驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)，可以分為減速驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)兩大類(lèi)型

(1) 減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪

起源于礦用車(chē)的傳統(tǒng)電動(dòng)輪屬于減速驅(qū)動(dòng)型，這種電動(dòng)輪允許電動(dòng)機(jī)在高速下運(yùn)行，通常電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)在4000rpm—20000rpm之間，其目的是為了能夠獲得較高的比功率，通常采用普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子高速電動(dòng)機(jī)。減速器布置在電動(dòng)機(jī)和車(chē)輪之間，起到減速和增矩的作用，從而保證電動(dòng)汽車(chē)在低速時(shí)能夠獲得足夠大的轉(zhuǎn)矩。

減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高，有較高的比功率，質(zhì)量輕，效率高，噪聲小，成本低;但因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較大，必須用減速器降低轉(zhuǎn)速以獲得較大的轉(zhuǎn)矩，因此作為非簧載質(zhì)量的整個(gè)電動(dòng)輪的質(zhì)量會(huì)比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的車(chē)輪重很多。

(2) 直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪

這種電動(dòng)輪多采用外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)，直接將外轉(zhuǎn)子安裝在車(chē)輪的輪輞上驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)汽車(chē)在起步時(shí)需要較大的轉(zhuǎn)矩，因此安裝在直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪中的電動(dòng)機(jī)必須能在低速時(shí)提供較大的轉(zhuǎn)矩，為了使汽車(chē)能夠有較好的動(dòng)力性，電動(dòng)機(jī)還必須具有很寬的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，并且保證在這個(gè)范圍內(nèi)有較高的效率。

直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪中采用的外轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸小，比功率高，能夠在很寬的速度范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩，且響應(yīng)速度快，又因?yàn)闆](méi)有減速器，所以效率較高：和減速驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪相比，它更容易實(shí)現(xiàn)車(chē)輪防抱死系統(tǒng)，更容易實(shí)現(xiàn)線控技術(shù)，更好的提高電動(dòng)汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性;但在加速時(shí)效率并不太高，且噪聲很大。

李想的“小而美”全部電機(jī)總功率應(yīng)該小于15kw，最高車(chē)速預(yù)計(jì)在100KM/h左右，車(chē)速不高，預(yù)計(jì)將采用直接驅(qū)動(dòng)型電動(dòng)輪，結(jié)構(gòu)方式類(lèi)似下圖：

二、輪轂電機(jī)選型

輪轂電機(jī)常用形式如下：無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)、盤(pán)式永磁電機(jī)、軸向磁場(chǎng)電機(jī)、Weh氏橫向磁場(chǎng)永磁電機(jī)、永磁同步電機(jī)及其它形式電機(jī)。輪轂電機(jī)由電池供電，結(jié)構(gòu)緊湊、高效率、高可靠性是最基本的設(shè)計(jì)要求。此外，控制簡(jiǎn)便、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、沖擊電流小等指標(biāo)也都希望得到保障。類(lèi)似“小而美”的產(chǎn)品，單個(gè)電機(jī)功率較小，兼顧到技術(shù)的成熟性，預(yù)計(jì)其設(shè)計(jì)選型可能會(huì)優(yōu)先考慮一下幾點(diǎn)：

1.永磁電機(jī)可能為首選，并采用高性能釹鐵硼永磁材料。這樣，就有可能最大限度地簡(jiǎn)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，減小電機(jī)體積，設(shè)計(jì)出高功率密度、高效率電機(jī)。

2.采用軸向磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)。這既是此類(lèi)電機(jī)扁平外形的實(shí)際需要(軸向截面積大，周向表面積小),也是揚(yáng)軸向磁場(chǎng)電機(jī)所長(zhǎng)、避徑向磁場(chǎng)電機(jī)之短的科學(xué)選擇。電機(jī)的空間利用率會(huì)更高，結(jié)構(gòu)會(huì)更緊湊，材料會(huì)更節(jié)約，性能會(huì)更優(yōu)越。

3.選擇較大的電機(jī)外徑(意味著較大的輪胎直徑，其實(shí)對(duì)造型也更有利)。輪轂電機(jī)并非越小越好，扭矩一定時(shí)，輪徑越小，所承受的剪切力就越大，結(jié)果，構(gòu)件的抗疲勞強(qiáng)度降低，受損可能性增大。對(duì)于電動(dòng)車(chē)輛，這就意味著輪轂更容易損壞，壽命要縮短，可靠性會(huì)下降。此外，電機(jī)損耗一定時(shí)，體積越小，溫度就會(huì)越高，而由于此時(shí)的散熱面積相對(duì)較小，因此溫升必然會(huì)更高。由此可見(jiàn)，小外徑電機(jī)對(duì)提高性能和運(yùn)行可靠性都是不利的。

三、驅(qū)動(dòng)單元布置方案

輪邊驅(qū)動(dòng)單元，按照驅(qū)動(dòng)形式可以分為四輪輪邊驅(qū)動(dòng)型、2常規(guī)驅(qū)動(dòng)輪+2輪邊驅(qū)動(dòng)輪、2前輪短半軸加輪穀電機(jī)+2后輪輪邊驅(qū)動(dòng)和4輪短半軸加輪毅電機(jī)形式。比如，下圖就是一種采用2前輪短半軸加輪轂電機(jī)+2后輪輪邊驅(qū)動(dòng)形式的電動(dòng)車(chē)的結(jié)構(gòu)示意圖。

從下圖的比較可以看出，在a、b、c和d四種驅(qū)動(dòng)形式中，電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)形式的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、最緊湊，所占用的空間是最少的，這不僅可以提供更大的乘坐空間，還降低車(chē)廂底板，使汽車(chē)的重心大大降低，提高了汽車(chē)的穩(wěn)定性。

因?yàn)?ldquo;小而美”的車(chē)輛，車(chē)身尺寸較小，布置空間有限，預(yù)計(jì)將會(huì)采用四輪輪邊驅(qū)動(dòng)型的結(jié)構(gòu)，如下圖：

四、前/后懸架方案的選擇

與獨(dú)立懸架相比，非獨(dú)立懸架質(zhì)量相對(duì)大，不適合輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)懸架系統(tǒng)。應(yīng)用于傳統(tǒng)車(chē)輛的常見(jiàn)獨(dú)立懸架包括：?jiǎn)螜M臂式、單縱臂式、單斜臂式、縱臂扭桿梁式、麥弗遜式、雙橫臂式和多桿式等。

不同懸架系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不同，因此所需材料的多少存在差別，同時(shí)由于懸架不同連接方式，懸架中部件在非簧載質(zhì)量和簧載質(zhì)量之間的比重不同，由扭桿彈簧構(gòu)成彈性元件的雙橫臂懸架，無(wú)論在懸架性能方面，還是輕量化方面，都具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，因此適合輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)的懸架系統(tǒng)。該類(lèi)型懸架系統(tǒng)在傳統(tǒng)車(chē)輛上得到廣泛應(yīng)用，如IVECO系列前獨(dú)立懸架總成、江淮瑞風(fēng)商務(wù)車(chē)系列前獨(dú)立懸架總成等，均采用不等長(zhǎng)雙橫臂扭桿彈簧懸架系統(tǒng)。因車(chē)身尺寸較小，預(yù)計(jì)將會(huì)采用單縱臂式后懸架，不占高度空間，可以最大限度提供電池組安放空間，對(duì)提高電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)駛里程有利。

從懸架系統(tǒng)及關(guān)鍵零部件的所用材料考慮，懸架系統(tǒng)預(yù)計(jì)會(huì)選用鋁合金、鈦合金、鎂合金、復(fù)合材料(如玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂材料、彩色塑料)等，目前應(yīng)用于汽車(chē)的鋁合金懸架或鋁合金輪輞均可以降低整車(chē)的非簧載質(zhì)量。輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，也會(huì)采用輕量化材料，如輪轂電機(jī)外殼、輪輞均采用鋁合金材料，整體上減少整車(chē)的非簧載質(zhì)量。[!--empirenews.page--]

五、輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)非簧質(zhì)量大的解決方案

由于常規(guī)輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)的輪轂電機(jī)和車(chē)輪剛性相連，其質(zhì)量構(gòu)成整車(chē)的非簧載質(zhì)量，使整車(chē)簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量之比過(guò)小，和其他類(lèi)型車(chē)輛相比，其不足之處主要表現(xiàn)為：

l 車(chē)輪旋轉(zhuǎn)部件的慣量增加，影響到了整車(chē)的加速、制動(dòng)特性;

l 輪轂電機(jī)的安裝位置偏低及旋轉(zhuǎn)部件密封難，使整車(chē)的涉水能力不強(qiáng);

l 車(chē)輪位置各部件的安裝(如制動(dòng)器的安裝)比較困難;

l 由于輪轂電機(jī)和車(chē)輪直接相連，其受地面不平度的激勵(lì)非常明顯，對(duì)輪轂電機(jī)的疲勞壽命要求特別高;

l 輪邊驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量過(guò)大，車(chē)輪動(dòng)載荷顯著增加，影響了整車(chē)的安全性和車(chē)輛的轉(zhuǎn)彎能力。

下面是搜集到的目前國(guó)內(nèi)外對(duì)解決以上問(wèn)題研究的解決思路，供參考：

解決思想實(shí)現(xiàn)措施典型案例及可行性分析效果

原因分析輕量化懸架材料選擇采用鋁合金懸架Audi A8、BMW;相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)一般

輪輞材料選型乘用車(chē)輛采用鋁合金輪輞常用乘用車(chē)輛;相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)好

其他零部件新型結(jié)構(gòu);鎂、鋁合金的應(yīng)用采用新型材料、優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)的車(chē)輛一般

一體化電動(dòng)輪電機(jī)、輪輞、輪轂、輪穀軸承和制動(dòng)系統(tǒng)等部件一體化設(shè)計(jì)保時(shí)捷推出的電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用一體化結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)復(fù)雜很好

質(zhì)量轉(zhuǎn)移動(dòng)態(tài)阻尼吸振器將電機(jī)本體質(zhì)量轉(zhuǎn)化為吸振器Bridgestone動(dòng)態(tài)吸振器;需要特殊形式電機(jī)，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,成本高，而且對(duì)力矩傳遞部件要求高很好

盤(pán)式電機(jī)將電機(jī)定子質(zhì)量轉(zhuǎn)為簧載質(zhì)量采用特殊形式電機(jī);傳動(dòng)鏈相對(duì)較長(zhǎng)好

軸向磁通電機(jī)聚磁式軸向磁通電機(jī)技術(shù)不成熟好

懸架部件的質(zhì)量轉(zhuǎn)移不同懸架結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)件質(zhì)量對(duì)非簧載質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度不同雙橫臂扭桿彈簧懸架模塊較好

傳遞途徑懸架被動(dòng)懸架選型選用性能優(yōu)的懸架實(shí)現(xiàn)容易，成本差異大有限

主動(dòng)懸架、半主動(dòng)懸架常規(guī)主動(dòng)、半主動(dòng)懸架控制策略及系統(tǒng)Volvo S60 R，半主動(dòng)懸架;Citroen C5主動(dòng)液壓懸架;成本高，提高舒適性，對(duì)于降低現(xiàn)有動(dòng)載荷有限有限

特殊控制策略旨在降低動(dòng)載荷、減少路面損傷好

輪胎低剛度、低滾阻輪胎采用寬胎，如扁平比為55的子午線輪胎相對(duì)來(lái)說(shuō)輪胎剛度小，降低動(dòng)載荷有效，但存在乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性矛盾好

第三方傳統(tǒng)吸振器車(chē)輪振動(dòng)型 較好

較好

車(chē)身振動(dòng)型 有限

耦合型 有限

二級(jí)減振車(chē)輪和電機(jī)本體之間彈性連接 有限

電機(jī)和懸架之間加彈性阻尼系統(tǒng) 有限

總結(jié)一下：預(yù)計(jì)李想的“小而美”電動(dòng)車(chē)，將會(huì)采用四輪輪邊電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用直接驅(qū)動(dòng)型的電動(dòng)輪， 大直徑永磁電機(jī)，低剛度低滾阻輪胎，采用雙橫臂獨(dú)立前懸架，單縱臂后懸架，并在懸架和輪邊電機(jī)上大量使用鎂鋁合金等輕量化材料。由于單個(gè)輪轂電機(jī)功率較小，且速度不是太高，相信非簧質(zhì)量的問(wèn)題應(yīng)該很好解決，就來(lái)期待一下最終的產(chǎn)品吧。