看不懂纯电动汽车底盘设计,还不赶紧温习迷你四驱车
今天的话题从大家来找茬开始,给你两秒时间,说出下面两张图有什么不同?
为了验证非汽车从业者会有哪些有趣回答,我把这个问题丢到了家人群里,老哥第一反应是“前驱和后驱”。
额…
这个回答暴露了两个问题。
首先他没看明白上边其实是中置引擎四驱车。不信?我拆给你看。
当然这还不是最大的梗,显然他还没抓住差异核心—这根本是玩具车和真车的区别呀。
说真车这款,其实是美国技术与超级跑车制造商Karma Automotive新推出的模块化E-Flex平台(底盘)。作为一款以滑板式底盘为基础的电动化平台,它还设计有增程版本。喏,就是下图这个。
注:滑板式底盘架构可以将电池和动力系统平直的安放在底盘上。
至于玩具车,是时候祭出手中存货了。如果喜欢迷你四驱车,会知道这是田宫2013年推出的MA底盘——新老玩手皆宜的下场四驱车底盘。
注:“下场车”是与“静态车”相对的概念,前者是以比赛出成绩为目的进行改装的车,后者是以观赏为目的进行改装的车。
这是一个很有趣的发现,非汽车行业的朋友其实不太知晓现如今的汽车底盘变化。特别是电动汽车,冷不丁的竟然和迷你四驱车有神似,amazing!
作为玩着迷你四驱车长大的汽车人,心中使命感瞬间爆棚,今天必须好好聊。
迷你四驱车底盘设计的奥义
我们今天讨论的迷你四驱车都是下场车。既然是以竞技为目的,它的底盘设计奥义可以归结为以下几点。
1、轻量化
结构轻量化,比如采用镂空结构;材料轻量化,比如使用碳纤维或者工程塑料。
大家不要觉得32.9g轻,其实MA底盘算是比较厚实的底盘,像S2底盘,可以被挖掘出下面这种模式,镂空结构更多,也更薄。
对应到汽车上,纯电动汽车底盘结构也有类似之处。比如材料使用比钢更轻的铝合金,又或者也会设计有镂空结构。像特斯拉Model S的底盘架构采用的是铝合金材质。
等到了Model 3身上,相比于ModelS,底盘结构又被进一步简化。
2、底盘强度
因为需要在跑道中飞驰,确保车子在高速运动中有不错的安定性,迷你四驱车的底盘需要有足够的强度。正因此,后期还会给它加装龙头凤尾,比如下图这种改装,龙头凤尾飞翼护架齐上阵好不过瘾。
当然纯电动汽车不会使用这么夸张的加强设计,但相比于传统的承载式车身,出于保护电池包和高压线束目的,它还是发生了几处明显变化。
第一处就是采用了强壮的电池包壳体,比如蔚来ES8会在电池包壳体两侧设计有防撞设计。
第二处是淡化了溃缩吸能概念。
虽整体思路仍是让撞击能量在乘员舱吸收一部分,然后通过梁结构尽可能往下传递,但结构会有所改变。最明显的,为了在地板布置更大的动力电池,会减少地板横梁和纵梁,比如比亚迪的刀片电池布置就是把这种设计放大到极致。
因为中部防撞能力减弱,经典做法是加深前纵梁,截面高度向下加大后,前纵梁的吸能表现将有明显提升。像特斯拉Model X的前纵梁就是如此,粗壮程度在燃油乘用车上几乎见不到。
注:当然这种方案有弊端,它需要在前纵梁上开孔或者开豁口来避让半轴的运动包络。
又纵梁开孔后容易发生局部应力集中,必须在开孔周围补强处理。
当然并不是说好的设计不会保留,比如卸力设计,蔚来ES6两级防撞梁能比较好的引导车辆滑出碰撞区。帕萨特中保研测试A柱被撞烂就和此设计缺失有关。
注:电动汽车底盘起到了很重要的抵抗碰撞力作用,与一些油改车型相比,它的白车身其实逐渐失去了传统承载式车身的特点(或者说重要性有所降低)。
3、模块化
迷你四驱车风靡全球,离不开一代又一代青少年追捧。为什么会有这般魔力,除了竞技魅力以及《四驱兄弟》动漫的加持,最重要的,还是它的入门难度很低,即便是七八岁的小朋友,也能在很短时间内组装一台四驱车。
注:当年田宫模型社长田宫俊作对四驱车的设计有很明确的要求——“制造可以更简单的步骤就能完成的模型”。
注:马达直接拆卸,扣上护板降低风阻,很有造汽车的感觉了。
当下的汽车设计思路与它不谋而合。
比如大众MEB平台。MEB采用模块化设计,组装工序更少,集成化程度更高,车身尺寸还可被缩短、伸长或进行其他修改。
注:按尺寸划分,囊括了从SUV到掀背式轿车的各种车型。
设计之间是相辅相成的,而为了要改善前舱吸能空间,又会将前舱内零部件的高度集成,也间接推动了模块化。
例如Model S 将电机和逆变器集成在一起,节省了大量前舱内空间,在保证碰撞吸能空间的同时,前舱内还能再省出一个行李箱。
电动汽车底盘为什么像玩具车?未来趋势是什么?
以上介绍了纯电动汽车底盘结构主流设计手段,但为什么它和迷你四驱车底盘有相似,这也是大家很好奇的地方。
可以从几个方面解释。
电动汽车的工作原理是:蓄电池→电流→电力调节器→电动机→动力传动系统→驱动汽车行驶,迷你四驱车和工作原理其实很相近(只不过没有电力调节器)。
除此外,为了获得更大的电池布置空间和低重心,纯电动汽车还采用了电池和底盘结合在一起的方式,用一个巨大的厚重的合金盘装电池,这和迷你四驱车的意图不谋而合。
相比之下,传统汽车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成,工作原理差异很大。像纯电动汽车可取消离合器及变速器,分别将电机布置在前后轴,传统车型就无法实现。
当然这种变化不是一蹴而就的,电动汽车的底盘经历过一段发展期。
2002年,时任通用汽车公司研发副总裁的Christopher Borroni-Bird博士设计出了名为AUTO Nomy的滑板底盘概念。
他将电动汽车底盘和动力系统、转向系统、制动系统和其它车载系统都通过电子控制的方式集成为一块“滑板”。这块“滑板”与车身的软件也通过接口进行联接,堪称完美模块化设计。
不过在特斯拉之前,传统车企的研发思路主要是在传统汽车平台上开发,毕竟开发一个全新的纯电平台高风险低回报。所以很长一段时间,电池包常放置于后排座椅下方,优点是不会牺牲碰撞测试得分,缺点是挤占后排及后备箱空间。
特斯拉的出现,极大推动了滑板式底盘的应用。把高能电池全部放在乘客座椅底下,还是7000多枚小电池,这在当时引起了很大争议。好在他们的车身及底盘设计得当,并通过自己的BMS把电池管理做到领先。而这,也成为了未来趋势。
AL频道小结
电动汽车的能量是通过柔性的电线传输,直接好处是电池及动力系统布置更加自由。随着电气化技术不断创新,其底盘结构也向着模块化和智能化不断发展。
当然把纯电动汽车底盘和迷你四驱车对等并不完全正确,比如迷你四驱车还保留有传动轴以实现四驱,带有传统汽车设计特征,但这二者的大方向是相似的。
笔者也希望通过本期介绍,让大家了解行业的前沿动态,纯电动汽车越来越青睐的“滑板式底盘”,相信在未来会被更多人熟知。
本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。
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