“小而美”智能電動車底盤設計 懸架系統預計會選復合材料
本文主要聊一聊小而美的電動車該如何設計底盤，分析主要集中于電動輪的結構形式選擇、驅動布置方案、懸架形式、以及非簧質量的控制等四個方面進行。
一、電動輪結構形式的選擇
電動汽車的電動輪按照驅動方式分類，可以分為減速驅動和直接驅動兩大類型
(1) 減速驅動型電動輪
起源于礦用車的傳統電動輪屬于減速驅動型，這種電動輪允許電動機在高速下運行，通常電動機的高轉速設計在4000rpm—20000rpm之間，其目的是為了能夠獲得較高的比功率，通常采用普通的內轉子高速電動機。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矩。
減速驅動型電動輪電動機的優點是轉速高，有較高的比功率，質量輕，效率高，噪聲小，成本低；但因為電動機轉速較大，必須用減速器降低轉速以獲得較大的轉矩，因此作為非簧載質量的整個電動輪的質量會比傳統的內燃機汽車的車輪重很多。
(2) 直接驅動型電動輪
這種電動輪多采用外轉子電動機，直接將外轉子安裝在車輪的輪輞上驅動車輪轉動。電動汽車在起步時需要較大的轉矩，因此安裝在直接驅動型電動輪中的電動機必須能在低速時提供較大的轉矩，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矩和轉速調節范圍，并且保證在這個范圍內有較高的效率。
直接驅動型電動輪中采用的外轉子電動機結構簡單，軸向尺寸小，比功率高，能夠在很寬的速度范圍內控制轉矩，且響應速度快，又因為沒有減速器，所以效率較高：和減速驅動型電動輪相比，它更容易實現車輪防抱死系統，更容易實現線控技術，更好的提高電動汽車的操縱穩定性；但在加速時效率并不太高，且噪聲很大。
李想的“小而美”全部電機總功率應該小于15kw，高車速預計在100KM/h左右，車速不高，預計將采用直接驅動型電動輪，結構方式類似下圖：
二、輪轂電機選型
輪轂電機常用形式如下：無刷直流電機、開關磁阻電機、感應電機、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，結構緊湊、高效率、高可靠性是基本的設計要求。此外，控制簡便、動態響應好、沖擊電流小等指標也都希望得到保障。類似“小而美”的產品，單個電機功率較小，兼顧到技術的成熟性，預計其設計選型可能會優先考慮一下幾點：
1.永磁電機可能為選，并采用高性能釹鐵硼永磁材料。這樣，就有可能大限度地簡化電機結構，減小電機體積，設計出高功率密度、高效率電機。
2.采用軸向磁場結構。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，結構會更緊湊，材料會更節約，性能會更優越。
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，結果，構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、驅動單元布置方案
輪邊驅動單元，按照驅動形式可以分為四輪輪邊驅動型、2常規驅動輪+2輪邊驅動輪、2前輪短半軸加輪谷電機+2后輪輪邊驅動和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后輪輪邊驅動形式的電動車的結構示意圖。
從下圖的比較可以看出，在a、b、c和d四種驅動形式中，電動輪驅動形式的結構簡單、緊湊，所占用的空間是少的，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動型的結構，如下圖：
四、前/后懸架方案的選擇
與獨立懸架相比，非獨立懸架質量相對大，不適合輪邊驅動電動車懸架系統。應用于傳統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，結構的復雜程度不同，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量和簧載質量之間的比重不同，由扭桿彈簧構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，都具有相當大的優勢，因此適合輪邊驅動電動車的懸架系統。該類型懸架系統在傳統車輛上得到廣泛應用，如IVECO系列前獨立懸架總成、江淮瑞風商務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。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，可以大限度提供電池組安放空間，對提高電動車續駛里程有利。
從懸架系統及關鍵零部件的所用材料考慮，懸架系統預計會選用鋁合金、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量。輪邊驅動系統的設計，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量。
五、輪邊驅動系統非簧質量大的解決方案
由于常規輪邊驅動電動車的輪轂電機和車輪剛性相連，其質量構成整車的非簧載質量，使整車簧載質量和非簧載質量之比過小，和其他類型車輛相比，其不足之處主要表現為：
車輪旋轉部件的慣量增加，影響到了整車的加速、制動特性；
輪轂電機的安裝位置偏低及旋轉部件密封難，使整車的涉水能力不強；
車輪位置各部件的安裝(如制動器的安裝)比較困難；
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;
輪邊驅動系統質量過大，車輪動載荷顯著增加，影響了整車的安全性和車輛的轉彎能力。
下面是搜集到的目前國內外對解決以上問題研究的解決思路，供參考：
總結一下：預計李想的“小而美”電動車，將會采用四輪輪邊電機驅動，采用直接驅動型的電動輪， 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，相信非簧質量的問題應該很好解決，就來期待一下終的產品吧。
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一、電動輪結構形式的選擇
電動汽車的電動輪按照驅動方式分類，可以分為減速驅動和直接驅動兩大類型
(1) 減速驅動型電動輪
起源于礦用車的傳統電動輪屬于減速驅動型，這種電動輪允許電動機在高速下運行，通常電動機的高轉速設計在4000rpm—20000rpm之間，其目的是為了能夠獲得較高的比功率，通常采用普通的內轉子高速電動機。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矩。
減速驅動型電動輪電動機的優點是轉速高，有較高的比功率，質量輕，效率高，噪聲小，成本低；但因為電動機轉速較大，必須用減速器降低轉速以獲得較大的轉矩，因此作為非簧載質量的整個電動輪的質量會比傳統的內燃機汽車的車輪重很多。
(2) 直接驅動型電動輪
這種電動輪多采用外轉子電動機，直接將外轉子安裝在車輪的輪輞上驅動車輪轉動。電動汽車在起步時需要較大的轉矩，因此安裝在直接驅動型電動輪中的電動機必須能在低速時提供較大的轉矩，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矩和轉速調節范圍，并且保證在這個范圍內有較高的效率。
直接驅動型電動輪中采用的外轉子電動機結構簡單，軸向尺寸小，比功率高，能夠在很寬的速度范圍內控制轉矩，且響應速度快，又因為沒有減速器，所以效率較高：和減速驅動型電動輪相比，它更容易實現車輪防抱死系統，更容易實現線控技術，更好的提高電動汽車的操縱穩定性；但在加速時效率并不太高，且噪聲很大。
李想的“小而美”全部電機總功率應該小于15kw，高車速預計在100KM/h左右，車速不高，預計將采用直接驅動型電動輪，結構方式類似下圖：
二、輪轂電機選型
輪轂電機常用形式如下：無刷直流電機、開關磁阻電機、感應電機、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，結構緊湊、高效率、高可靠性是基本的設計要求。此外，控制簡便、動態響應好、沖擊電流小等指標也都希望得到保障。類似“小而美”的產品，單個電機功率較小，兼顧到技術的成熟性，預計其設計選型可能會優先考慮一下幾點：
1.永磁電機可能為選，并采用高性能釹鐵硼永磁材料。這樣，就有可能大限度地簡化電機結構，減小電機體積，設計出高功率密度、高效率電機。
2.采用軸向磁場結構。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，結構會更緊湊，材料會更節約，性能會更優越。
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，結果，構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、驅動單元布置方案
輪邊驅動單元，按照驅動形式可以分為四輪輪邊驅動型、2常規驅動輪+2輪邊驅動輪、2前輪短半軸加輪谷電機+2后輪輪邊驅動和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后輪輪邊驅動形式的電動車的結構示意圖。
從下圖的比較可以看出，在a、b、c和d四種驅動形式中，電動輪驅動形式的結構簡單、緊湊，所占用的空間是少的，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動型的結構，如下圖：
四、前/后懸架方案的選擇
與獨立懸架相比，非獨立懸架質量相對大，不適合輪邊驅動電動車懸架系統。應用于傳統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，結構的復雜程度不同，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量和簧載質量之間的比重不同，由扭桿彈簧構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，都具有相當大的優勢，因此適合輪邊驅動電動車的懸架系統。該類型懸架系統在傳統車輛上得到廣泛應用，如IVECO系列前獨立懸架總成、江淮瑞風商務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。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，可以大限度提供電池組安放空間，對提高電動車續駛里程有利。
從懸架系統及關鍵零部件的所用材料考慮，懸架系統預計會選用鋁合金、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量。輪邊驅動系統的設計，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量。
五、輪邊驅動系統非簧質量大的解決方案
由于常規輪邊驅動電動車的輪轂電機和車輪剛性相連，其質量構成整車的非簧載質量，使整車簧載質量和非簧載質量之比過小，和其他類型車輛相比，其不足之處主要表現為：
車輪旋轉部件的慣量增加，影響到了整車的加速、制動特性；
輪轂電機的安裝位置偏低及旋轉部件密封難，使整車的涉水能力不強；
車輪位置各部件的安裝(如制動器的安裝)比較困難；
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;
輪邊驅動系統質量過大，車輪動載荷顯著增加，影響了整車的安全性和車輛的轉彎能力。
下面是搜集到的目前國內外對解決以上問題研究的解決思路，供參考：
總結一下：預計李想的“小而美”電動車，將會采用四輪輪邊電機驅動，采用直接驅動型的電動輪， 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，相信非簧質量的問題應該很好解決，就來期待一下終的產品吧。
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