本文分析主要集中于電動輪的結(jié)構(gòu)形式選擇、驅(qū)動布置方案、懸架形式、以及非簧質(zhì)量的控制等四個方面進行。
本文主要聊一聊小而美的電動車該如何設(shè)計底盤，分析主要集中于電動輪的結(jié)構(gòu)形式選擇、驅(qū)動布置方案、懸架形式、以及非簧質(zhì)量的控制等四個方面進行。
一、電動輪結(jié)構(gòu)形式的選擇
電動汽車的電動輪按照驅(qū)動方式分類，可以分為減速驅(qū)動和直接驅(qū)動兩大類型
(1) 減速驅(qū)動型電動輪
起源于礦用車的傳統(tǒng)電動輪屬于減速驅(qū)動型，這種電動輪允許電動機在高速下運行，通常電動機的最高轉(zhuǎn)速設(shè)計在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)子高速電動機。減速器布置在電動機和車輪之間，起到減速和增矩的作用，從而保證電動汽車在低速時能夠獲得足夠大的轉(zhuǎn)矩。
減速驅(qū)動型電動輪電動機的優(yōu)點是轉(zhuǎn)速高，有較高的比功率，質(zhì)量輕，效率高，噪聲小，成本低;但因為電動機轉(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)量的整個電動輪的質(zhì)量會比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車的車輪重很多。
(2) 直接驅(qū)動型電動輪
這種電動輪多采用外轉(zhuǎn)子電動機，直接將外轉(zhuǎn)子安裝在車輪的輪輞上驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動。電動汽車在起步時需要較大的轉(zhuǎn)矩，因此安裝在直接驅(qū)動型電動輪中的電動機必須能在低速時提供較大的轉(zhuǎn)矩，為了使汽車能夠有較好的動力性，電動機還必須具有很寬的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，并且保證在這個范圍內(nèi)有較高的效率。
直接驅(qū)動型電動輪中采用的外轉(zhuǎn)子電動機結(jié)構(gòu)簡單，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，又因為沒有減速器，所以效率較高：和減速驅(qū)動型電動輪相比，它更容易實現(xiàn)車輪防抱死系統(tǒng)，更容易實現(xiàn)線控技術(shù)，更好的提高電動汽車的操縱穩(wěn)定性;但在加速時效率并不太高，且噪聲很大。
李想的“小而美”全部電機總功率應(yīng)該小于15kw，最高車速預計在100KM/h左右，車速不高，預計將采用直接驅(qū)動型電動輪，結(jié)構(gòu)方式類似下圖：
二、輪轂電機選型
輪轂電機常用形式如下：無刷直流電機、開關(guān)磁阻電機、感應(yīng)電機、盤式永磁電機、軸向磁場電機、Weh氏橫向磁場永磁電機、永磁同步電機及其它形式電機。輪轂電機由電池供電，結(jié)構(gòu)緊湊、高效率、高可靠性是最基本的設(shè)計要求。此外，控制簡便、動態(tài)響應(yīng)好、沖擊電流小等指標也都希望得到保障。類似“小而美”的產(chǎn)品，單個電機功率較小，兼顧到技術(shù)的成熟性，預計其設(shè)計選型可能會優(yōu)先考慮一下幾點：
1.永磁電機可能為首選，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化電機結(jié)構(gòu)，減小電機體積，設(shè)計出高功率密度、高效率電機。
2.采用軸向磁場結(jié)構(gòu)。這既是此類電機扁平外形的實際需要(軸向截面積大，周向表面積小),也是揚軸向磁場電機所長、避徑向磁場電機之短的科學選擇。電機的空間利用率會更高，結(jié)構(gòu)會更緊湊，材料會更節(jié)約，性能會更優(yōu)越。
3.選擇較大的電機外徑(意味著較大的輪胎直徑，其實對造型也更有利)。輪轂電機并非越小越好，扭矩一定時，輪徑越小，所承受的剪切力就越大，結(jié)果，構(gòu)件的抗疲勞強度降低，受損可能性增大。對于電動車輛，這就意味著輪轂更容易損壞，壽命要縮短，可靠性會下降。此外，電機損耗一定時，體積越小，溫度就會越高，而由于此時的散熱面積相對較小，因此溫升必然會更高。由此可見，小外徑電機對提高性能和運行可靠性都是不利的。
三、驅(qū)動單元布置方案
輪邊驅(qū)動單元，按照驅(qū)動形式可以分為四輪輪邊驅(qū)動型、2常規(guī)驅(qū)動輪+2輪邊驅(qū)動輪、2前輪短半軸加輪穀電機+2后輪輪邊驅(qū)動和4輪短半軸加輪毅電機形式。比如，下圖就是一種采用2前輪短半軸加輪轂電機+2后輪輪邊驅(qū)動形式的電動車的結(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)動形式中，電動輪驅(qū)動形式的結(jié)構(gòu)最簡單、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，還降低車廂底板，使汽車的重心大大降低，提高了汽車的穩(wěn)定性。
因為“小而美”的車輛，車身尺寸較小，布置空間有限，預計將會采用四輪輪邊驅(qū)動型的結(jié)構(gòu)，如下圖：
四、前/后懸架方案的選擇
與獨立懸架相比，非獨立懸架質(zhì)量相對大，不適合輪邊驅(qū)動電動車懸架系統(tǒng)。應(yīng)用于傳統(tǒng)車輛的常見獨立懸架包括：單橫臂式、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)的復雜程度不同，因此所需材料的多少存在差別，同時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，無論在懸架性能方面，還是輕量化方面，都具有相當大的優(yōu)勢，因此適合輪邊驅(qū)動電動車的懸架系統(tǒng)。該類型懸架系統(tǒng)在傳統(tǒng)車輛上得到廣泛應(yīng)用，如IVECO系列前獨立懸架總成、江淮瑞風商務(wù)車系列前獨立懸架總成等，均采用不等長雙橫臂扭桿彈簧懸架系統(tǒng)。因車身尺寸較小，預計將會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，對提高電動車續(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)預計會選用鋁合金、鈦合金、鎂合金、復合材料(如玻璃纖維增強樹脂復合材料、碳纖維增強樹脂材料、彩色塑料)等，目前應(yīng)用于汽車的鋁合金懸架或鋁合金輪輞均可以降低整車的非簧載質(zhì)量。輪邊驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計，也會采用輕量化材料，如輪轂電機外殼、輪輞均采用鋁合金材料，整體上減少整車的非簧載質(zhì)量。[!--empirenews.page--]
五、輪邊驅(qū)動系統(tǒng)非簧質(zhì)量大的解決方案
由于常規(guī)輪邊驅(qū)動電動車的輪轂電機和車輪剛性相連，其質(zhì)量構(gòu)成整車的非簧載質(zhì)量，使整車簧載質(zhì)量和非簧載質(zhì)量之比過小，和其他類型車輛相比，其不足之處主要表現(xiàn)為：
l 車輪旋轉(zhuǎn)部件的慣量增加，影響到了整車的加速、制動特性;
l 輪轂電機的安裝位置偏低及旋轉(zhuǎn)部件密封難，使整車的涉水能力不強;
l 車輪位置各部件的安裝(如制動器的安裝)比較困難;
l 由于輪轂電機和車輪直接相連，其受地面不平度的激勵非常明顯，對輪轂電機的疲勞壽命要求特別高;
l 輪邊驅(qū)動系統(tǒng)質(zhì)量過大，車輪動載荷顯著增加，影響了整車的安全性和車輛的轉(zhuǎn)彎能力。
下面是搜集到的目前國內(nèi)外對解決以上問題研究的解決思路，供參考：
解決思想實現(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;相對容易實現(xiàn)一般
輪輞材料選型乘用車輛采用鋁合金輪輞常用乘用車輛;相對容易實現(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)的車輛一般
一體化電動輪電機、輪輞、輪轂、輪穀軸承和制動系統(tǒng)等部件一體化設(shè)計保時捷推出的電動輪驅(qū)動系統(tǒng)采用一體化結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)復雜很好
質(zhì)量轉(zhuǎn)移動態(tài)阻尼吸振器將電機本體質(zhì)量轉(zhuǎn)化為吸振器Bridgestone動態(tài)吸振器;需要特殊形式電機，結(jié)構(gòu)非常復雜,成本高，而且對力矩傳遞部件要求高很好
盤式電機將電機定子質(zhì)量轉(zhuǎn)為簧載質(zhì)量采用特殊形式電機;傳動鏈相對較長好
軸向磁通電機聚磁式軸向磁通電機技術(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)量對非簧載質(zhì)量的貢獻程度不同雙橫臂扭桿彈簧懸架模塊較好
傳遞途徑懸架被動懸架選型選用性能優(yōu)的懸架實現(xiàn)容易，成本差異大有限
主動懸架、半主動懸架常規(guī)主動、半主動懸架控制策略及系統(tǒng)Volvo S60 R，半主動懸架;Citroen C5主動液壓懸架;成本高，提高舒適性，對于降低現(xiàn)有動載荷有限有限
特殊控制策略旨在降低動載荷、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的子午線輪胎相對來說輪胎剛度小，降低動載荷有效，但存在乘坐舒適性和燃油經(jīng)濟性矛盾好
第三方傳統(tǒng)吸振器車輪振動型 較好
較好
車身振動型 有限
耦合型 有限
二級減振車輪和電機本體之間彈性連接 有限
電機和懸架之間加彈性阻尼系統(tǒng) 有限
總結(jié)一下：預計李想的“小而美”電動車，將會采用四輪輪邊電機驅(qū)動，采用直接驅(qū)動型的電動輪， 大直徑永磁電機，低剛度低滾阻輪胎，采用雙橫臂獨立前懸架，單縱臂后懸架，并在懸架和輪邊電機上大量使用鎂鋁合金等輕量化材料。由于單個輪轂電機功率較小，且速度不是太高，相信非簧質(zhì)量的問題應(yīng)該很好解決，就來期待一下最終的產(chǎn)品吧。
下載文檔
