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東風(fēng)汽車 | 電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)車身特點(diǎn)分析

2020-03-02 12:42:29·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  作者：電動(dòng)筆記俠  
　
文章來(lái)源：《電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)車身特點(diǎn)分析》作者單位：東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心在電動(dòng)汽車開發(fā)、生產(chǎn)早期，因?yàn)橐?guī)模小、缺乏開發(fā)經(jīng)驗(yàn)等原因，很多車企都是改造既有
文章來(lái)源：《電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)車身特點(diǎn)分析》
作者單位：東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心
 
在電動(dòng)汽車開發(fā)、生產(chǎn)早期，因?yàn)橐?guī)模小、缺乏開發(fā)經(jīng)驗(yàn)等原因，很多車企都是改造既有燃油車平臺(tái)進(jìn)行電動(dòng)汽車的開發(fā)和生產(chǎn)，只是對(duì)涉及“三電”的部分進(jìn)行小范圍“改裝”。這種改裝和共用平臺(tái)的做法加快了電動(dòng)汽車的開發(fā)速度，降低了開發(fā)成本，但原有平臺(tái)的固有設(shè)置也給電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)帶來(lái)了一些局限性，并不能充分體現(xiàn)電動(dòng)汽車的特征，如續(xù)駛里程、動(dòng)力性和內(nèi)部空間、舒適性等。伴隨電動(dòng)汽車規(guī)模的不斷擴(kuò)大，依據(jù)電動(dòng)汽車特征屬性專門開發(fā)的平臺(tái)，即電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)，已成為大趨勢(shì)，越來(lái)越多的車企推出了電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)，如廣汽GEP平臺(tái)、吉利PMA平臺(tái)、上汽大眾MEB平臺(tái)、比亞迪E平臺(tái)、奔馳EVA平臺(tái)、寶馬FSAR平臺(tái)。電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)的建設(shè)本質(zhì)上是從最底層，即設(shè)計(jì)之初就針對(duì)電機(jī)、電控和電池等電動(dòng)汽車重要零部件的特征設(shè)計(jì)出合理的車身、底盤結(jié)構(gòu)，以求發(fā)揮更大效用?；诖耍恼玛U述了電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)車型車身結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及弊端。
 
1 電動(dòng)汽車與燃油汽車零部件對(duì)比
 
1.1 傳統(tǒng)燃油汽車平臺(tái)重要零部件布置
傳統(tǒng)燃油汽車，一般前艙布置發(fā)動(dòng)機(jī)、減速器，中通道下方布置排氣管，中地板下方布置燃油箱，后地板下方布置排氣管消聲器，后翼子板上方布置加油口。圖1示出傳統(tǒng)燃油汽車平臺(tái)重要零部件布置。
1.2 “油改電”車型平臺(tái)重要零部件布置
基于傳統(tǒng)燃油汽車開發(fā)的電動(dòng)汽車平臺(tái)即“油改電”平臺(tái)，多數(shù)采用的布置方式是前艙布置電機(jī)、減速器、控制器，前、中地板下方中部區(qū)域布置動(dòng)力電池，充電口布置在前格柵或翼子板處，圖2示出“油改電”車型平臺(tái)重要零部件布置。從“油改電”車型重要零部件的布置和結(jié)構(gòu)來(lái)看，動(dòng)力電池系統(tǒng)對(duì)車身結(jié)構(gòu)的影響較大。此外，為達(dá)到充電口與電池、電機(jī)之間相連的電纜最短，充電口更偏向于布置在車身的前部。
1.3 電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)重要零部件布置
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)，動(dòng)力電池系統(tǒng)布置位置與“油改電”車型平臺(tái)布置大致相同，但是其電池可以平鋪在車身底板下方。電機(jī)可以前置，也可以后置。圖3示出電動(dòng)汽車某專屬平臺(tái)車型重要零部件布置。電機(jī)后置，對(duì)后懸架處車身結(jié)構(gòu)影響較大，很難在傳統(tǒng)燃油車上進(jìn)行適配性開發(fā)。此外，該車型電機(jī)后置，為達(dá)到電纜長(zhǎng)度最短，充電口布置在后翼子板上。
2 電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)車身的優(yōu)點(diǎn)
2.1 人機(jī)舒適性新車型
在開發(fā)之初，首先關(guān)注的就是內(nèi)部空間的大小和人機(jī)舒適性，影響人機(jī)舒適性的關(guān)鍵點(diǎn)就是乘客艙內(nèi)的X，Y，Z向高度。對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說，Z向高度甚為關(guān)鍵。但是車頂偏高會(huì)增加車輛的風(fēng)阻系數(shù)，地板偏低會(huì)影響整車離地間隙。因此，乘客艙內(nèi)Z向高度是綜合考慮的結(jié)果。
圖4示出電動(dòng)汽車總布置。從圖4可以看出，乘客艙下方裝載有動(dòng)力電池，車頂若有天窗機(jī)構(gòu)會(huì)占用Z向高度。對(duì)于電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)，動(dòng)力電池系統(tǒng)布置可以有較大的自由度，采用近似平鋪的布置方式，來(lái)減少電池箱的Z向高度，為乘客艙留出較大的Z向空間。車頂也可以采用非開啟全景天窗的方式，來(lái)減少車頂?shù)暮穸龋_(dá)到在不增加車高的情況下，為乘客艙留出較大的Z向空間。相比之下，“油改電”車型的車頂、地板的高度與結(jié)構(gòu)都是固化的，若要提供足夠的動(dòng)力電池系統(tǒng)布置空間，勢(shì)必會(huì)降低人機(jī)舒適性。
2.2 動(dòng)力電池系統(tǒng)布置空間
圖5示出傳統(tǒng)燃油汽車地板構(gòu)架。中通道下方布置排氣管，底板架構(gòu)呈網(wǎng)格狀。對(duì)于“油改電”車型，因限制專用件數(shù)量、范圍，且要考慮車身性能，能給出的動(dòng)力電池布置空間并不多，如圖5中虛線區(qū)域所示。
圖6示出電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)地板下方的動(dòng)力電池布置區(qū)域。動(dòng)力電池平鋪在車身底板下方，X向鋪滿前后懸架之間，Y向鋪滿左右邊縱梁之間。在前后懸架形式的選擇上，也可以考慮為動(dòng)力電池避讓出更大的空間。相比之下，“油改電”車型的前后懸架形式是固定的。動(dòng)力電池箱體需適應(yīng)現(xiàn)有的前后懸架進(jìn)行開發(fā)，很難有較大的X向布置空間。同樣地，門檻梁是固定的，很難大幅度地加強(qiáng)門檻梁設(shè)計(jì)，為留夠側(cè)碰吸能空間，也很難有較大的Y向布置空間。
2.3 車身架構(gòu)
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)是充分考慮動(dòng)力電池系統(tǒng)布置和前后懸架安裝點(diǎn)布置，并結(jié)合車身剛度與碰撞安全性開發(fā)的全新底板結(jié)構(gòu)，其架構(gòu)盡量保持載荷傳遞路徑的順暢，并為動(dòng)力電池箱提供可靠的安裝點(diǎn)。
圖7示出某電動(dòng)車型的車身底板結(jié)構(gòu)。車型1在前地板前端的縱向梁彎折處設(shè)置橫向梁，這樣既保證了載荷橫向傳遞的通暢，又能為動(dòng)力電池系統(tǒng)讓出足量的空間；為裝載更多的動(dòng)力電池，車型2車底的縱向梁從前至后，由前縱梁過渡到邊縱梁上，在前地板的前端過渡段設(shè)計(jì)鑄鋁件，以保證載荷傳遞在路徑變向時(shí)，也能達(dá)到傳遞的連續(xù)。類似地，在前地板的前端設(shè)置橫向加強(qiáng)梁。相比之下，“油改電”車型，如圖5所示的傳統(tǒng)燃油車的車身底板在改款至電動(dòng)汽車底板時(shí)，除了動(dòng)力電池系統(tǒng)的布置空間受限外，也很難達(dá)到載荷傳遞的通暢、連續(xù)。
2.4門檻梁
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)，當(dāng)動(dòng)力電池平鋪地板下方時(shí)，電池箱兩側(cè)邊沿的固定點(diǎn)直接連接到邊縱梁上，門檻梁既要有原有的門檻梁功能，又要能為動(dòng)力電池箱提供吊掛點(diǎn)功能，且能在側(cè)面碰撞過程中減少變形，達(dá)到保護(hù)電池系統(tǒng)的目的。因此，門檻梁具有更高的強(qiáng)度性能。
圖8示出某“油改電”車型門檻梁方案，門檻梁仍采用傳統(tǒng)燃油車的門檻梁，但是在動(dòng)力電池與門檻梁之間需要留有一定量的間隙，以保證側(cè)碰過程中即使門檻梁發(fā)生一定量的變形，也不至于侵入到動(dòng)力電池系統(tǒng)。
圖9示出某電動(dòng)車型車身門檻梁方案。動(dòng)力電池箱邊沿連接到門檻梁下方。為保護(hù)動(dòng)力電池系統(tǒng)，門檻梁有較為復(fù)雜的斷面結(jié)構(gòu)，以減少其變形。此外，在電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)上，門檻梁根據(jù)實(shí)際情況可以靈活地進(jìn)行設(shè)計(jì)，以適應(yīng)其必需滿足的多種功能和性能要求。
2.5 軸距與車長(zhǎng)比例
電動(dòng)汽車因需要裝載較大質(zhì)量、較大體積的動(dòng)力電池，更傾向于有較大的軸距才能滿足動(dòng)力電池系統(tǒng)的布置要求。電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程多在300～500km之間，相比續(xù)駛里程長(zhǎng)的燃油汽車，行李箱的容積也不需要那么大，因此，后懸長(zhǎng)度可以設(shè)置的小一些。電動(dòng)汽車的前艙布置電機(jī)、控制器，相比燃油車有較小的體積[4]，在正面碰撞過程中有更多的吸能空間，因此，電動(dòng)汽車的前懸尺寸也可以小一些。
圖10示出電動(dòng)車型車身的外觀。從圖10a可以看出，車型1是一款軸距長(zhǎng)、前后懸短的車型，其中，車長(zhǎng)為4694mm，軸距為2875mm；從圖10b可以看出，車型2的軸距更長(zhǎng)，前后懸尺寸更短，其中，車長(zhǎng)為4682mm，軸距為2990mm。相比之下“，油改電”車型，其軸距和車長(zhǎng)是固定的，就會(huì)造成布置動(dòng)力電池困難，同時(shí)造成前后懸尺寸富余。
2.6 前、后懸安裝點(diǎn)強(qiáng)度
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)在開發(fā)初期，就已經(jīng)清楚整車的質(zhì)量，在開展前后懸架固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮其性能目標(biāo)的達(dá)成，因此，前后懸架安裝點(diǎn)在設(shè)計(jì)之初就有很高的強(qiáng)度。圖11示出某電動(dòng)汽車車身前后懸架安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)。在前后懸架安裝點(diǎn)處都采用了鑄鋁結(jié)構(gòu)，鑄鋁件隨著空心腔體的結(jié)構(gòu)變化，可以達(dá)到很高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
相比之下，“油改電”車型，整車質(zhì)量增加達(dá)到300kg以上，前后軸荷都增加很多，勢(shì)必造成前后懸架安裝點(diǎn)都需要加強(qiáng)。對(duì)于已定型的車型，加強(qiáng)前后懸架安裝點(diǎn)會(huì)帶來(lái)很大的困難。此外，性能提升量、工藝可行性、增加的成本都是難題。
 
2.7 車身扭轉(zhuǎn)剛度
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)是全新開發(fā)的車型。車身整體架構(gòu)是綜合考慮各種因素之后，并且運(yùn)用拓?fù)溆?jì)算進(jìn)行優(yōu)化的結(jié)果，能夠達(dá)到較高的車身扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度和結(jié)構(gòu)耐撞性。
圖12示出某電動(dòng)車型車身的構(gòu)架方案。從圖12可以看出，該車身構(gòu)架在達(dá)到擁有較大動(dòng)力電池布置空間，且能為動(dòng)力電池提供較好的保護(hù)性能之外，能達(dá)到整體車身?yè)碛休^高扭轉(zhuǎn)剛度的效果。從官方公布的數(shù)據(jù)獲悉，該車身的扭轉(zhuǎn)剛度為19000N·m/（°）。
相比之下“，油改電”車型，對(duì)車身進(jìn)行局部更改，為避讓動(dòng)力電池，致使改款后的車身架構(gòu)不夠順暢，加強(qiáng)方案也多是采用局部打補(bǔ)丁的方式，存在很大的弊端。
3 電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)車身缺點(diǎn)
3.1 零件制造
采用電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)開發(fā)的電動(dòng)汽車車身，其所有的零部件都是全新的，都需要新開發(fā)模具。乘用車的白車身通常由三四百個(gè)零件焊接而成，全部新開模具就是一項(xiàng)巨大的投資。
圖13示出某電動(dòng)車型車身的零部件。零部件大大小小超過340個(gè)。尤其是外覆蓋件，因其面積大，采用多工序成型，模具費(fèi)用非常高。相比之下，“油改電”車型，因改動(dòng)量少，模具投入也少，可以節(jié)省不少成本。
3.2 車身各級(jí)分總成焊接、合拼線
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)，車身各分總成的焊接，尤其是左右側(cè)圍、頂蓋、后圍、四門兩蓋等，也都要投入新的焊裝夾具。相比之下，“油改電”車型，僅在下車身前、后地板處投入焊接夾具即可。圖14示出電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)側(cè)圍總成焊接線。
電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)由于是一個(gè)專門的平臺(tái)，考慮到衍生車型的生產(chǎn)，在車身的合拼工藝線上，一般需要新開發(fā)車身合拼焊接線。“油改電”車型通常在現(xiàn)有的燃油車生產(chǎn)線上進(jìn)行適配性改造，實(shí)現(xiàn)共線生產(chǎn)。圖15示出電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)新建造的車身合拼線。
從所有焊接夾具、合拼線建造來(lái)看，電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)的焊接生產(chǎn)線投資費(fèi)用也是巨大的。
 
4 結(jié)論
文章通過對(duì)電動(dòng)汽車和“油改電”車型平臺(tái)的整車重要零部件布置和結(jié)構(gòu)的分析，總結(jié)出電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)相比“油改電”車型，其車身結(jié)構(gòu)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)力電池布置空間、內(nèi)部空間、乘坐舒適性、車身性能提升上都具有不可估量的作用。但是電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)的生產(chǎn)投資費(fèi)用相對(duì)高昂，因所有的車身零部件都是專用件，都需要新開模具和新制作焊接夾具，此外還需要建造新的焊接合拼線，造成前期投資壓力加大。相信隨著規(guī)模效應(yīng)的凸顯，這部分成本很快可以被化解。從汽車產(chǎn)品的長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)能更好地滿足人機(jī)舒適性、有更大的動(dòng)力電池系統(tǒng)布置空間、有更為合理的車身架構(gòu)、有更高性能的門檻梁、軸距與車長(zhǎng)比例更符合電動(dòng)汽車需求、有更高的前、后懸安裝點(diǎn)強(qiáng)度、有更高的車身扭轉(zhuǎn)剛度等諸多優(yōu)點(diǎn)。電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)必將成為電動(dòng)汽車開發(fā)的主流產(chǎn)品。
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