奇骏多少钱纯电动汽车架构设计(三):后悬架型式和车身拓扑结构
续:《纯电动汽车架构设计(一) :电动车架构设计核心与前悬架选择》
《纯电动汽车架构设计(二):电池布局与造型变化》
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传统燃油车悬架的局限性
对于采用地板下平板电池的电动汽车而言,电池宽度主要受限于侧碰和柱碰时的门槛侵入量,同时也受后悬架形式和前车身拓扑结构影响。动力电池长度则主要受后悬架形式和车身拓扑结构约束。
后悬架空间相对于前悬架要富余一些,所以衍生出了多种形式的后悬架。传统燃油车后悬架,大致可以分成下面几种:
雷诺科雷傲图片仍然无法主动控制车轮前束和内倾。在纯电动汽车上,扭力梁悬架中间无法布置驱动电机,而且扭力梁的存在会严重限制动力电池长度和宽度,所以这种悬架是不适合电动车的。但现在很多采用传统架构的电动车采用的还是这种悬架,一般是继承燃油车原型而来。
福特锐界2.0图30 扭力梁式后悬架
2)麦弗逊式后悬架,也叫双连杆、三连杆和连杆支柱式后悬架。由两根横杆和一根拖曳臂组成。其中一根横杆与拖曳臂一起到下摆臂作用,和滑柱一起控制车轮外倾,另一根横杆控制车轮前束,拖曳臂还能控制车轮X方向位置。虽然看上去和麦弗逊前悬架的差别很大,但功能相似,老款凯美瑞和老款蒙迪欧就采用了这种悬架。这种悬架对车轮外倾角的控制有先天不足,侧向支撑也差一些;为提高侧倾中心,下连杆一般比较长,无法布置驱动电机;对动力电池的宽度限制也较大。
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图31 麦弗逊后悬架
3)拖曳臂多连杆后悬架。在麦弗逊后悬架上增加一个上摆臂,就变成现在A级和B级车上最常见的一种多连杆悬架,一般叫四连杆悬架,也叫欧式拖曳臂悬架或刀锋臂悬架。这种悬架用在君越、福克斯、新汉兰达、现代名图等多种车型上,性能比麦弗逊式悬架好,但是由于拖曳臂的存在,车轮跳动过程中X方向位移比较大,对车轮控制仍然有瑕疵。
图32 拖曳臂多连杆后悬架
拖曳臂后悬架经过调整后,有能力布置驱动电机,比如大众BUDD-e 概念车,和大众混动Tiguan 就是采用这种悬架来搭载后驱动电机。但是因为拖曳臂的存在,动力电池宽度受到很大限制。
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电动汽车后悬架选择
如前述,扭力梁式、麦弗逊式和刀锋臂式后悬架都不太适合纯电动汽车,纯电动汽车悬架应该在图33所示的H臂悬架和五连杆悬架之间进行选择。这两种悬架都是双叉臂悬架的变种,只是前者将下叉臂变形为H臂,后者则将上下叉臂均改为连杆。两种悬架形式都属于高端悬架,都能调校出良好的底盘性能,区别在于H臂的刚度更好,能得到更干脆的路感,而五连杆悬架的舒适性会更好。
图33 奥迪Q5后悬架从H臂变更为五连杆
目前已经上市的全新电动车架构产品,后悬架主要采用H臂形式。如特斯拉系列、捷豹I-pace 和法拉第未来 FF91。大众MEB平台从公布的图片上看是采用了五连杆后悬架。由于没有拖曳臂,这两种悬架对电池宽度方向都没有限制,电池宽度都可以做到碰撞需求边界。
由于H臂悬架是利用H臂上的连杆来抵抗转向节翻滚,H臂本身尺寸也比较大,因此后轮最大转向角度比五连杆悬架要小。采用五连杆后悬架的大众MLB evo 平台,其后轮转向角度能达到10°,而H臂悬架车型的后轮转向角度一般无法超过4°。
起亚狮跑2.0从设计上来看,H臂悬架各连杆的功能解耦要更好一些,开发难度较五连杆悬架低很多。
H臂悬架通过下H臂本身内侧两个点的限制就可以完全限制车轮X方向的运动,翻转也是通过H臂上的小连杆限制的。而五连杆则通过各个连杆的配合来限制转向节运动,需要至少两根杆件的内硬点在X方向延伸较多,才能保证后转向节前后方向与翻转方向的限制刚度,以实现对后车轮较好的力学控制。
图34 五连杆悬架硬点分布
因此,理论上来说,五连杆后悬架对电池长度的限制要比H臂后悬架大。尽管通过精心设计可以将五连杆悬架本体布置在轮胎侧投影以内,但是安装连杆的副车架也会对电池长度产生影响,如图35中捷豹I-pace 和大众 MEB平台的对比。另外,五连杆悬架在宽度方向占用的尺寸通常也比H臂略大,使后桥驱动电机布置难度增加。
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