底盤構造介紹

汽車底盤是指汽車上由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)等部分的組合，其功能包括支承、安裝汽車車身、發(fā)動機及其它各部件及總成，形成汽車的整體造型，承受發(fā)動機動力，保證車輛正常行駛等。

一、傳動系統(tǒng)

汽車的傳動系統(tǒng)的功能是將發(fā)動機輸出的動力送達驅動輪。主要離合器、變速器、傳動軸、主減速器、差速器以及半軸等部分組成。

動力傳遞：發(fā)動機→離合器→變速器→傳動軸→差速器→半軸→驅動輪。

同時其布置形式與發(fā)動機的位置及驅動形式有關，一般可分為前置前驅、前置后驅、后置后驅、中置后驅、四驅等多種形式。例如前置后驅的汽車，要將變速器的動力通過傳動軸與驅動橋進行連接，那么必須要有適應轉向和汽車運行時產生角度變化的裝置。


汽車傳動系統(tǒng)示意圖

二、轉向系統(tǒng)

汽車轉向系統(tǒng)是使用位于駕駛員前方的方向盤，通過一系列傳動機構轉動前輪，進而對整車施加橫擺角速度和橫向位移的控制機構。轉向系統(tǒng)包括如下部件：方向盤、轉向管柱、轉向機（轉向器）、轉向扭矩傳感器、方向盤轉角傳感器。

按照動力來源，汽車轉向系統(tǒng)分為兩大類：機械轉向系統(tǒng)和動力轉向系統(tǒng)。機械轉向系統(tǒng)以駕駛員的體力作為轉向能源，其中所有傳力件都是機械的。機械轉向系由轉向操縱機構、轉向器和轉向傳動機構三大部分組成。

動力轉向系統(tǒng)是兼用駕駛員體力和發(fā)動機動力為轉向能源的轉向系，一般是在機械轉向系的基礎上加設一套動力轉向裝置而成。


機械轉向系統(tǒng)示意圖


液壓動力轉向系統(tǒng)示意圖

三、制動系統(tǒng)

制動系統(tǒng)是指對汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，從而對其進行一定程度的強制制動的一系列專門裝置。作用是使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進行強制減速甚至停車；使已停駛的汽車在各種道路條件下(包括在坡道上)穩(wěn)定駐車；使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。主要由供能裝置、控制裝置、傳動裝置和制動器等部分組成，常見的制動器主要有鼓式制動器和盤式制動器。





四、行駛系統(tǒng)

汽車行駛系統(tǒng)一般由車架、車橋、車輪和懸架組成。

1、車架

車架是跨接在汽車前后車橋上的框架式結構，是汽車的基體。根據結構形式不同，車架可以分為邊梁式車架、中梁式車架和綜合式車架（前部邊梁式、后部中梁式）等。



2、車橋

汽車車橋（又稱車軸）通過懸架與車架（或承載式車身）相連接，其兩端安裝車輪。車橋的作用是承受汽車的載荷，維持汽車在道路上的正常行駛。

根據驅動方式的不同，車橋也分成轉向橋、驅動橋、轉向驅動橋和支持橋四種。其中轉向橋和支持橋都屬于從動橋。大多數(shù)汽車采用前置后驅動(FR)，因此前橋作為轉向橋，后橋作為驅動橋；而前置前驅動(FF)汽車則前橋成為轉向驅動橋，后橋充當支持橋。

3、車輪

車輪是固定輪胎內緣、支持輪胎并與輪胎共同承受負荷的剛性輪，一般由輪輞與輪輻組成。按輪輻的構造，可分為輻板式車輪和輻條式車輪。按車輪材質，可以分為鋼制、鋁合金、鎂合金等車輪。

分類：

1.按輪輻的構造：車輪可分為輻板式車輪和輻條式車輪

2.按車輪材質：可分為鋼制、鋁合金、鎂合金等車輪。

3.按車軸一端安裝一個或兩個輪胎：可分為單式車輪和雙式車輪。

轎車和貨車上廣泛采用輻板式車輪。此外，還有對開式車輪、組裝輪輞式車輪、可反裝式車輪 、和可調式車輪。

4、懸掛

典型的懸掛系統(tǒng)結構由彈性元件、導向機構以及減震器等組成，個別結構則還有緩沖塊、橫向穩(wěn)定桿等。彈性元件又有鋼板彈簧、空氣彈簧、螺旋彈簧以及扭桿彈簧等形式，而現(xiàn)代轎車懸掛系統(tǒng)多采用螺旋彈簧和扭桿彈簧，個別高級轎車則使用空氣彈簧。

懸掛可以分為獨立懸掛和非獨立懸掛，區(qū)別在于獨立懸掛的左右兩個車輪間沒有硬軸進行剛性連接，一側車輪的懸掛部件全部都只與車身相連，而非獨立懸掛兩個車輪間不是相互獨立的，之間有硬軸進行剛性連接。

行駛系統(tǒng)主要作用如下：

(1)支承汽車總質量;

(2)接受由發(fā)動機經傳動系傳來的轉矩，并通過驅動輪與路面間的 附著作用，驅動汽車正常行駛；

(3)傳遞并承受路面作用于車輪上的各種反力及其所形成的力矩;

(4)與汽車轉向系協(xié)調配合，實現(xiàn)汽車行駛方向的正確控制，以保證汽車操縱穩(wěn)定。

底盤新發(fā)展

一、智能化

線控制動是未來趨勢。

智能汽車的感知識別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個核心系統(tǒng)中，與底盤相關的主要是控制執(zhí)行，需要對傳統(tǒng)汽車的底盤進行線控改造以適用于自動駕駛。

隨著電子技術的發(fā)展，防抱制動系統(tǒng)（ABS）逐步開始量產應用和推廣。ABS主要由ECU控制單元、車輪轉速傳感器、制動壓力調節(jié)裝置和制動控制電路等部分組成。在制動過程中，ABS控制單元不斷從車輪速度傳感器獲取車輪的速度信號，并進行處理，進而判斷車輪是否即將被抱死。

當車輪趨近于抱死臨界點時，制動分泵壓力不隨制動主泵壓力增加而增高，壓力在抱死臨界點附近變化，從而避免車輪抱死，減少了危險事故的發(fā)生。

還有一項重要的發(fā)明就是車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESP），ESP系統(tǒng)其實是一組車身穩(wěn)定性控制的綜合策略，是ABS（防抱死系統(tǒng)）和ASR（驅動輪防滑轉系統(tǒng)）功能上的延伸。

ESP主要由控制總成ECU、轉向傳感器、車輪傳感器、側滑傳感器、橫向加速度傳感器等組成。

當汽車快速行駛或者轉向時，產生的橫向作用力會使汽車不穩(wěn)定，易發(fā)生事故，而ESP系統(tǒng)可以將這種情況防患于未然。例如當車輛前面突然出現(xiàn)障礙物時，駕駛員必須快速向左轉彎，此時轉向傳感器將此信號傳遞到ESP控制總成，側滑傳感器和橫向加速度傳感器發(fā)出汽車轉向不足的信號，這就意味著汽車將會直接沖向障礙物。

那么這時ESP系統(tǒng)將會瞬間將后輪緊急制動，這樣就能產生轉向需要的反作用力，使汽車按照轉向意圖行駛，避免直接撞向障礙物的事故發(fā)生。

電動化和智能化推動線控制動發(fā)展

對于智能汽車，尤其是L3及以上等級自動駕駛汽車，制動系統(tǒng)的響應時間尤為重要，線控制動響應更快，是實現(xiàn)自動駕駛安全的重要保障。

線控制動系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)上發(fā)展而來的，使用電系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的機械或液壓系統(tǒng)，是汽車制動技術長期的發(fā)展趨勢。

傳統(tǒng)制動系統(tǒng)由制動踏板施加能量，經液壓或氣壓管路傳遞至制動器；而線控制動系統(tǒng)執(zhí)行信息由電信號傳遞，制動壓力響應更快，因此剎車距離更短更安全。

線控制動系統(tǒng)也分為EHB/EMB兩種類型。

EHB根據技術方向可以分為三類：

a）電動伺服，電機驅動主缸提供制動液壓力源，代表產品Bosch Ibooster、NSK；

b）電液伺服，采用電機+泵提供制動壓力源，代表產品Continental MK C1、日立；

c）電機+高壓蓄能器電液伺服，代表產品ADVICS ECB。

EMB系統(tǒng)優(yōu)點：

1.執(zhí)行機構和踏板間無機械或液壓連接，縮短了制動器的作用時間，有效減小制動距離。

2.無需助力器，減少空間，布局靈活。

3.無需制動液，系統(tǒng)質量輕并且比較環(huán)保。

4.在ABS模式下，無回彈震動，可以消除噪音。

5.便于集成電子駐車制動等附加功能。

EMB系統(tǒng)技術難點：

1.由于去除了備用制動系統(tǒng)，EMB系統(tǒng)需要有很高的可靠性。必須采集比EHB更可靠的總線協(xié)議。

2.由于制動能量需求較大，需開發(fā)42V高電壓系統(tǒng)。

3.制動器需要具有更好的耐高溫性能，同時質量輕，價格低。

4.需要更好的抗干擾能力，抵制車輛運行中遇到的各種干擾信號。

總體來看， EHB系統(tǒng)由于具有備用制動系統(tǒng)，安全性較高，因此接受度更高，是目前主要推廣量產的方案。

EMB系統(tǒng)雖然具有諸多優(yōu)點，但缺少備用制動系統(tǒng)且缺少技術支持，短期內很難大批量應用，是未來發(fā)展的方向。

智能化推動線控轉向發(fā)展

轉向系統(tǒng)發(fā)展階段：

機械式轉向系統(tǒng)（Manual Steering，簡稱MS）發(fā)展為液壓助力轉向系統(tǒng)（Hydraulic Power Steering，簡稱HPS）

后來出現(xiàn)電控液壓助力轉向系統(tǒng)（Electro Hydraulic Power Steering，簡稱EHPS）和電動助力轉向系統(tǒng)（Electric Power Steering，簡稱EPS）。

裝配機械式轉向系統(tǒng)的汽車，在泊車和低速行駛時駕駛員的轉向操縱負擔過于沉重，為了解決這個問題，美國GM公司在20世紀50年代率先在轎車上采用了液壓助力轉向系統(tǒng)（HPS），主要由液壓泵、油管、壓力流體控制閥、傳動皮帶、儲油罐等組成。HPS 系統(tǒng)動力源是發(fā)動機，發(fā)動機帶動轉向油泵工作，轉向控制閥控制油液流動的方向和油壓大小，提供轉向助力。

根據助力參與的階段及助力電機布置位置的不同，EPS可以分為C-EPS （Column-EPS，管柱式）、P-EPS（Pinion-EPS，齒輪式）、DP-EPS（Dual-Pinion EPS，雙小齒輪）、RP-EPS（Rack-Parallel EPS，齒條平行式）和RD-EPS（Rack-Direct EPS，齒條直接助力式）等不同類型。

EPS優(yōu)點如下：

1）電動機和減速機構安裝在轉向柱或在轉向系統(tǒng)內，所占空間小，零部件結構簡單、安裝方便，維護費用低；

2）以電動機為動力，電動機只在需要時才啟動，耗用電能較少，提高了汽車的燃油經濟性；

3）可實時地在不同的車速下為汽車轉向提供不同的助力，保證汽車在低速行駛時輕便靈活，高速行駛時穩(wěn)定可靠；

4） EPS 系統(tǒng)硬件結構簡單，可以通過調整 EPS 控制器的軟件，得到最佳的回正性，從而改善汽車操縱的穩(wěn)定性和舒適性。

智能化推動線控轉向成為新趨勢對于L3及以上等級智能汽車，部分或全程會脫離駕駛員的操控，因此智能駕駛控制系統(tǒng)對于轉向系統(tǒng)等要求控制精確、可靠性高，只有線控轉向（Steering By Wire, SBW）可以滿足要求，因此成為轉向系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢。

線控轉向系統(tǒng)是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執(zhí)行機構（轉向輪）之間是通過線控（電子信號）連接和控制的轉向系統(tǒng)，即在它們之間沒有直接的液力或機械連接。

線控轉向系統(tǒng)主要分為三個部分：

1）轉向盤系統(tǒng)，包括轉向盤、轉矩傳感器、轉向角傳感器、轉矩反饋電動機和機械傳動裝置；

2）電子控制系統(tǒng)，包括車速傳感器，也可以增加橫擺角速度傳感器、加速度傳感器和電子控制單元以提高車輛的操縱穩(wěn)定性；

3）轉向系統(tǒng)，包括角位移傳感器、轉向電動機、齒輪齒條轉向機構和其他機械轉向裝置等。


線控轉向系統(tǒng)是通過給助力電機發(fā)送電信號指令，從而實現(xiàn)對轉向系統(tǒng)進行控制。當轉向盤轉動時，轉矩傳感器和轉向角傳感器將測量到的駕駛員轉矩和轉向盤的轉角轉變成電信號輸入到電子控制器（ECU），ECU依據車速傳感器和安裝在轉向傳動機構上的位移傳感器的信號來控制轉矩反饋電動機的旋轉方向，并根據轉向力模擬、生成反饋轉矩，控制轉向電動機的旋轉方向、轉矩大小和旋轉的角度，通過機械轉向裝置控制轉向輪的轉向位置。

線控轉向系統(tǒng)的優(yōu)點主要有：

1）省略車輛前艙一部分轉向機械結構的占用空間；

2）沒有機械的轉向管柱，提高車輛的碰撞安全性；

3)方向盤轉角和轉向力矩可以獨立設計，適應不同類型駕駛員對“手感”的要求。

線控轉向系統(tǒng)的缺點主要有：

1）需要較高功率的力反饋電機和轉向執(zhí)行電機；

2）復雜的力反饋電機和轉向執(zhí)行電機的算法實現(xiàn)；

3）冗余設備導致額外增加成本和重量。

二、輕量化

底盤輕量化潛力巨大，輕量化是發(fā)展方向燃油車油耗排放和電動車續(xù)航是國內汽車廠商面臨的兩大挑戰(zhàn)，輕量化是解決問題的關鍵之一，因此也是汽車未來重要的發(fā)展方向。

汽車行業(yè)很早就開始探索輕量化技術，主要手段包括選用輕質材料、優(yōu)化結構設計和選擇先進制造工藝等。

優(yōu)化結構設計和先進制造工藝帶來的減重效果相對較小，因此目前輕量化研究的主要方向是輕質材料，包括高強度鋼、鋁合金和碳纖維復合材料等。

車身和底盤減重是輕量化的重要部分，相比車身減重，底盤輕量化工藝更成熟、成本更低。根據Lotus Engineering 對車型減重的分析，汽車主要減重部分在車身、底盤以及內飾（主要是座椅減重）。車身和底盤的重量分別在 420kg 和 380kg 左右，合計占整車的重量超過 40%。通過使用鋁、鎂等輕量化材料可以實現(xiàn)車身、底盤超過 40%的減重，減重質量分別超過 190kg 和160kg。

全鋁車身目前工藝難度較大，造價較高，主要適用于豪華車。底盤系統(tǒng)的減重技術工藝相對成熟，成本相對也更低，是更加普遍的減重方式。根據 Lotus Engineering 的成本分析，通過對重量減輕和成本上升計算系數(shù)，車身的減重成本系數(shù)是 1.35，遠高于其他部件的減重成本，底盤懸架的成本系數(shù)是 0.95，低于平均成本系數(shù)。

底盤輕量化產品種類較多，不同零件市場格局有所不同。鋁合金控制臂領域，供應商主要有拓普集團、駱氏集團等。鋁合金副車架方面，供應商主要有華域汽車、拓普集團、萬安科技等。

鋁合金轉向節(jié)領域，供應商主要有伯特利、中信戴卡、華域汽車、拓普集團、蘇州安路特等。鋁合金制動鉗領域，供應商主要有百煉、華域汽車、京西國際等。

從競爭要素來看，底盤零部件從鋼鐵制品到鋁合金，材料發(fā)生變化，相關的工藝等差別巨大，一方面單車價值量顯著提升，另一方面供應鏈或將重構，新產品對于相關設備投入和技術要求較高，因此在鋁合金等產品上具有技術優(yōu)勢和資金優(yōu)勢的供應商有望受益。