傳統(tǒng)燃油車懸架的局限性

對于使用地板下平板電池的電動汽車，電池寬度主要受側面和柱子碰撞時的門檻侵入量以及后懸架形式和前車身拓撲結構的限制。動力電池的長度主要受后懸架形式和車身拓撲結構的制約。

后懸架空間比前懸架更豐富，因此衍生出各種形式的后懸架。傳統(tǒng)燃油車的后懸架大致可分為以下幾類：

1）扭力梁式懸掛，又稱滑板車懸掛。這種懸架對輪胎彈跳幾乎沒有主動控制，并且天生就容易過度轉向。一些扭力梁懸架使用瓦特連桿來增加車輪橫向支撐，但仍然不能主動控制車輪前束和外傾角。在純電動汽車上，驅動電機不能布置在扭力梁懸架的中間，扭力梁的存在會嚴重限制動力電池的長度和寬度，所以這種懸架不適合電動汽車. 但是現(xiàn)在很多傳統(tǒng)架構的電動車還是使用這種懸掛，一般都是繼承自燃油車的雛形。

圖 30 扭力梁后懸架

2）麥弗遜后懸架，又稱雙連桿、三連桿和連桿支柱后懸架。由兩個橫桿和一個拖臂組成。其中一根橫桿與縱臂到下擺臂一起工作，與支柱一起控制車輪外傾，另一根橫桿控制車輪前束，縱臂還可以控制車輪的X方向位置。雖然看起來和麥弗遜式的前懸掛很不一樣，但功能卻大同小異，都是用在老凱美瑞和老蒙迪歐上的。這種懸架在車輪外傾控制方面存在先天不足，橫向支撐也很差；為了提高軋輥中心，下連桿一般比較長，不能布置驅動電機；動力電池的寬度也是有限的。

圖 31 麥弗遜后懸架

3) 縱臂多連桿后懸架。在麥弗遜式后懸架上增加上擺臂成為A級和B級車上最常見的多連桿懸架，一般稱為四連桿懸架，也稱為歐式縱臂懸架或葉片臂懸架. 這種懸掛在君越、福克斯、新漢蘭達、現(xiàn)代名牌等各種車型上都有使用，其性能優(yōu)于麥弗遜式懸掛，但由于拖臂的存在，X方向的位移比較大在跳輪過程中。，輪控還是有缺陷的。

圖 32 縱臂多連桿后懸架

縱臂后懸架調整后，具有布置驅動電機的能力，比如大眾BUDD-e概念車，大眾混合動力車就是用這種懸架來承載后驅動電機。但由于拖臂的存在，動力電池的寬度受到很大限制。

14 種電動汽車后懸架選項

如前所述，扭力梁、麥弗遜式和刀臂式后懸架不適用于純電動汽車。純電動汽車懸架應在圖33所示的H臂懸架和五連桿懸架之間進行選擇。這兩種懸架都是雙叉臂懸架的變體，只是前者將下叉骨變形為H型臂，而后者將上下叉骨都變?yōu)檫B桿。兩種懸架形式都屬于高端懸架，可以調節(jié)良好的底盤性能。不同的是，H臂的剛度更好，可以獲得更清脆的路感，而五連桿懸掛會更舒適。.

圖 33 奧迪 Q5 后懸架由 H 臂改為五連桿

目前已經推出的全新電動汽車架構產品，后懸架主要采用H臂形式。如特斯拉系列、捷豹I-pace和法拉第未來FF91。從公布的圖片來看，大眾MEB平臺采用的是五連桿后懸架。由于沒有拖曳臂，兩種懸架對電池的寬度都沒有限制，電池的寬度可以滿足碰撞需求邊界。

由于H臂懸架利用H臂上的連桿來抵抗轉向節(jié)的側翻，而且H臂本身的尺寸比較大，因此后輪的最大轉向角小于五連桿懸掛。采用五連桿后懸架的大眾MLB evo平臺可以實現(xiàn)10°的后輪轉向角，而H臂懸架車型的后輪轉向角一般不能超過4°。

從設計上看，H臂懸架各連桿的功能解耦較好，開發(fā)難度遠低于五連桿懸架。

H臂懸架可以通過下H臂本身內側兩點的限制來完全限制車輪在X方向的運動，側翻也受到H臂上的小連桿的限制. 五連桿通過各連桿的配合來限制轉向節(jié)的運動。為了保證后轉向節(jié)在前后方向和轉向方向上的有限剛度，需要在X方向上延伸至少兩根桿的內硬點。實現(xiàn)更好的后輪機械控制。

圖 34 五連桿懸掛硬點分布

因此，理論上，五連桿后懸架比 H 臂后懸架對電池長度的限制更大。雖然經過精心設計，五連桿懸架體可以放置在輪胎側凸內，但安裝連桿的副車架對電池長度也有影響，如捷豹 I-pace 和大眾 MEB 的比較所示圖35中的平臺。此外，五連桿懸架在寬度方向上所占的尺寸通常比H臂略大，這使得后橋驅動電機的布置更加困難。

圖 35 I-pace H 臂懸架（左）和大眾 MEB 五連桿懸架（右）對電池長度的影響

因此，我們的觀點是，H臂后懸架比五連桿后懸架更適合純電動汽車，開發(fā)難度也更低。H型臂懸架的主要承重部件是下臂（H-arm）。由于電動車一般比同級別燃油車重20%，且重心向后，所以下臂的受力遠高于傳統(tǒng)車輛，必須在設計上保證足夠的強度。

15 身體擊中拓撲

對于傳統(tǒng)燃油車，正面碰撞過程中的力傳遞路徑如圖 36 所示。前軌的沖擊力一部分傳遞到地板導軌，另一部分分配到門檻導軌和中央通道.

圖 36 傳統(tǒng)汽車在正面碰撞中的力傳遞路徑

對于電動汽車來說，將扁平式動力電池布置在地板下旋轉輪胎有幾種車，需要為電池騰出空間，所以從前輪胎內側延伸到地板下部的傳力縱梁將被打斷。因為沒有排氣管，所以車身中的通道是不存在的。因此，我們預期的傳力路徑是前端吸能箱-前縱梁-搖臂梁，如圖37所示。但是，這種傳力路徑很難實現(xiàn)。主要原因是前縱梁與窗臺梁在Z、Y方向距離較大。

圖 37 預期電動汽車正面沖擊力傳遞路徑

電動汽車的車身拓撲設計應至少解決前縱梁與門檻梁在一個方向上距離過大的問題。因此，出現(xiàn)了兩種解決方案，分別側重于減少 Y 和 Z 間距。

第一種方案，為了平滑過渡到 Y，保留樓板縱梁，如圖 38 所示，我們將此方案稱為樓板縱梁方案。為了布置電池組，地板導軌向外偏移，并且前導軌的根部向外彎曲以與地板導軌重疊。

圖 38 樓板縱梁方案

地軌方案在傳統(tǒng)燃油車的基礎上比較容易實現(xiàn)，所以國內油電車型采用該方案，而國外傳統(tǒng)車企雪佛蘭Bolt、日產聆風等開發(fā)的車型也采用該方案。但這并不意味著地軌方案落后。比如法拉第未來FF91，作為一款全新架構的電動車，也采用了地軌方案。

地軌方案最大的缺點是電池寬度有限，只能達到車身寬度的60%左右，影響車輛的續(xù)駛里程。

為了增加動力電池的寬度，可以對地板縱梁方案進行一些改進。比如捷豹I-pace就采用了類似短斜梁的結構來代替貫穿前后的地板縱梁。短斜梁前端與客艙縱梁端部相連。后端搭接在橫梁上，如圖39所示。這樣可以將動力電池的中后部做得很寬，但前端必須收窄以適應短斜梁，所以動力電池呈滑板形狀，如圖40所示。

圖 39 連接前縱梁和橫梁的 I-pace 斜梁結構

圖 40 I-pace 的滑板電池

方案二以減小Z向間距為目的，前縱梁截面高度向下增加。這種方案稱為前縱梁深化方案。前縱梁截面Z尺寸較傳統(tǒng)轎車增加約50-80mm后，吸能能力明顯提升；窗臺梁在 Z 方向會有一定的重疊。前縱梁加深后，偏移碰撞時對前面板的侵入性將得到顯著改善。

前縱梁深化方案的最大優(yōu)勢是無需地板縱梁，電池可以充分利用左右門檻梁之間的空間。

特斯拉Model X、Model S、蔚來ES8等一些新興電動車企業(yè)的產品，都采用了前縱梁加深方案，如圖41所示。這種方案帶來的一個問題是，加深的前縱梁干涉驅動半軸旋轉輪胎有幾種車，必須在前側梁上開一個孔或一個槽口，以避免半軸運動包絡。

圖 41 特斯拉的前軌

無論是采用樓板縱梁方案還是前縱梁深化方案，都需要在電瓶前部（前墻板與樓板重疊處）布置一根粗梁，使荷載在一個正面碰撞可以從前縱梁轉移到兩側的窗臺梁上。有效交付。

無論采用何種方案，都需要保證前縱梁與門檻梁之間的過渡結構光滑，否則在正面碰撞時該部分容易彎曲。過渡結構設置在駕駛員腳踏板與前輪外罩之間。為保證其運行順暢，很可能會占用腳踏板的空間。只有擱腳板和R點可以后移，會影響車廂的空間利用率。. 這個問題尤其明顯，因為轎車的腳踏板比 SUV 低。在圖 42 所示的特斯拉 Model S 中，縱梁和門檻梁之間的過渡件導致駕駛員的腳向后移動，因此其 CP 點相對后移，也浪費了部分座艙空間。

圖 42 Tesla 支撐板后移

前縱梁與門檻梁或地板縱梁之間的平滑過渡通常會占用動力電池前端兩個角的空間，因此大多數(shù)動力電池不是直角矩形，而是采用一個狹窄的前端。比如Bolt和FF91的動力電池，前端明顯收窄成圓角，但沒有I-pace電池那么夸張。

16 車身側面碰撞拓撲

考慮到電動汽車對電池壽命的要求，動力電池一般設計得比較寬，車身兩側預留的碰撞變形區(qū)域比較窄，所以車身側面碰撞的拓撲結構設計應重點保護動力電池。在50公里側撞和32公里斜柱碰撞的條件下，要保證車身結構的變形區(qū)域控制在電池模組之外，不能撞擊和擠壓模組。通常，側面碰撞時車身的變形比較容易控制，但柱子碰撞比較困難。

對于保留地板縱梁的車型，最安全的解決辦法是把門檻梁加粗，寬度大于140mm，地板縱梁寬度大于80mm，門檻之間留80mm以上的間隙梁和樓板縱梁作為緩沖區(qū)。，如圖 43 所示。也可以在搖臂和地板導軌之間設置支撐，以吸收側面碰撞的能量。

圖 43 橫梁與縱梁之間的緩沖區(qū)

上述方案可以從容應對側撞和立柱碰撞情況，但橫梁外緣與電池架側梁的Y方向距離通常需要大于300mm，電池寬度包非常有限。

為了提高空間利用率，可以減少甚至消除地板縱梁和窗臺梁之間的緩沖區(qū)。然后在電池架側梁與模組之間或電池架側梁與模組之間預留一定的間隙，作為碰撞緩沖，兩者之和要求大于50mm . 這樣可以在左右兩側節(jié)省約100mm的寬度來布置電池模塊。

無地板縱梁的車型，門檻梁寬度應大于160mm，外側弱，內側強。還要求電池架側梁兩側的間隙之和應大于50mm。如圖 44 所示。

圖 44 電池側梁兩側的緩沖器

有人建議將電池框架結構作為重要的力傳遞路徑，在發(fā)生碰撞時承擔部分碰撞載荷。我們不同意這個想法。我們的觀點是，電池框架要堅固，與車身的連接要加強，這樣可以有效保護電池模組，提高車身的整體剛性；但同時，要盡量減少碰撞情況下電池架承受的負載，以確保高壓安全。因此，可以通過增加材料厚度或升級材料等級來加強電池框架的側梁，但應盡可能減小側梁的寬度。

17章總結

電動汽車后懸架應摒棄其他傳統(tǒng)燃油車懸架形式，只采用H臂形式。傳統(tǒng)的車身導軌結構會被電池打斷，需要新的車身拓撲設計。前縱梁到窗臺梁的過渡設計尤為重要。該區(qū)域會影響正面人體的設計原點。這個問題在汽車的設計中會特別明顯。為應對側撞和立柱碰撞，門檻梁必須足夠堅固，電池架側梁兩側應有足夠的緩沖空間。

18 全文摘要

我們使用三篇文章來勾勒出一個免費的 BEV 架構。對于一個合理的純電動汽車架構，我們認為應該具備以下特點：

在實際開發(fā)中，企業(yè)必然會受到過去平臺的成本、供應鏈、慣性等一系列約束，使得產品不可能完全按照上述架構進行設計。不過，我們認為純電動汽車應該逐漸向上述架構方案靠攏。例如，基于傳統(tǒng)汽車結構的BOLT在地板下使用了一塊平板電池。造型方面，前后懸縮短，CP點前移。另一個例子是新推出的榮威X。地板下平板電池，基于后輪驅動的驅動和H臂后懸架。

因此，我們應該在頂層設計層面考慮純電動汽車的架構，避免后期進行破壞性修改。即便是在傳統(tǒng)架構的基礎上進行開發(fā)，也要盡量向完美的純電動架構靠攏，不能只在燃油車的基礎上進行“補丁”式的自適應改進。