二〇一二年全球流行小车本领盘点之底盘篇,C

2019-09-03 14:06 来源:未知

图片 1 图1:Uni-Chassis新型轻量化底盘

2011年全世界最新汽车技术盘点之底盘篇

汽车制造商面临着政府油耗标准法规不断收紧的压力,而前任福特和克莱斯勒高管Chris P. Theodore却声称其业已提出一项新的解决方案,这就是新概念Uni-Chassis轻量化底盘。根据Theodore方面自述来看,新设计具有低重量、低成本和可适配电动车的特点。

吉凯恩断离式四驱系统提高油效2-4%

一、背景

前任福特和克莱斯勒高管Chris P. Theodore研制了新概念Uni-Chassis轻量化底盘,新设计具有低重量、低成本和可适配电动车的特征。

Chris P. Theodore,在以生产主管角色效力克莱斯勒12年之后,于1999年加入福特汽车,担任北美市场生产总监和先进产品创新设计副总裁。早年以开发福特GT、道奇Viper、PT Cruiser以及克莱斯勒微型货车而闻名,到2004年退休后,又历任供应商ASC公司和特殊用途车辆Saleen公司的CEO职务。2009年3月Theodore与合作伙伴组建起Theodore & Associates LLC公司,继续从事汽车新技术开发和相关咨询业务。

Uni-Chassis底盘具有特有的构型:汽车常常使用组合式或框架式(Body-on-frame)结构;而Uni-Chassis底盘将动力总成及前后悬挂组件连接到刚性管状龙骨车架上,以便取消了原有框架。Uni-Chassis底盘使用发动机前置后轮驱动构型华夏汽配网得知,刚性管状龙骨车架结构从本质上即扮演了大型转矩管的角色,不过取消了周边的侧框(Side Frame)。

在2011年4月举行的2011年度SAE大会上,Chris P. Theodore展示了其新近设计的轻量化Uni-Chassis车辆底盘,该技术于2007年提出美国专利申请正在等候专利审核批复。作为技术发明人和公司总裁,Chris P. Theodore对于Uni-Chassis轻量化底盘技术非常自信。尽管Uni-Chassis底盘第一次在SAE年会上展示,但Theodore声称其创新水平达到了新高度,同时公司也已经建造出验证概念底盘实体。

铝制铸件减少焊件配合取消电池支承结构,Chris P. Theodore以为Uni-Chassis底盘减重幅度可达10%以上。减轻底盘重量能减少对电池电能的需要,小容量电池将大幅削减车辆造价。此外使用铸铝的Uni-Chassis底盘相对传统铝制赛车架构来说,具有减少造价的空间。

目前Chris P. Theodore正与三个领域的制造商联络:特殊用途车(Specialty vehicle)、插电式混合动力车和电池车,力求从底盘的展示过程中获得信息反馈,从而使其应用前途明朗化。

普锐斯α簧上质量减振控制与电装估计技术丰田汽车的普锐斯α车型使用了电装公司的估计技术(Estimation Technology),用在该车的簧上质量减振控制系统(Sprung Mass Vibration Control System)。

二、Uni-Chassis轻量化底盘技术特点

丰田汽车负责研制车身控制技术,而电装的估计技术则用在辅助估测。簧上质量减振控制系统能够根据车轮转速/轮缘线速度估计车身纵摇速度(Pitching,即俯仰动作频率)。根据该估测数值,可对混合动力系统的马达转矩达到控制,以便减少车身的纵摇频度。簧上质量减振控制系统通过减少1-2赫兹的纵摇频率,可以加强乘坐舒适性和操作稳定性。

该款新概念技术验证底盘由由四个铝制铸件悬挂节点(Cast-aluminum Suspension Node)、两个铸件外罩(Bell-housing)和铝制挤出材构成,因此免除了不少焊件和机械加工工序。动力总成选择福特GT机械增压5.4升发动机和六速驱动桥,8英寸管状车架(Tubular Backbone)作为转矩管(Torque Tube);其悬挂系统同样来自福特GT。

轮胎接地面的纵向力可通过嵌入前轮的车轮速度传感器的数值输出进行推算据华夏汽配网了解。基于纵向力数字,就可计算出悬挂与车身接合部分受到的作用力大小,并据此推算出车辆的纵摇速度。

1、从减重到降低成本

Nexteer以热塑联轴器为EPS降噪

Uni-Chassis底盘具有独特的构型:汽车通常采用组合式或框架式(Body-on-frame)结构;而Uni-Chassis底盘将动力总成及前后悬挂组件连接到刚性管状龙骨车架上,从而取消了原有框架。Theodore在接受AEI杂志采访时表示,Uni-Chassis底盘采用发动机前置后轮驱动构型,刚性管状龙骨车架结构从本质上即扮演了大型转矩管的角色,不过取消了周边的侧框(Side Frame),这一点类似克尔维特车型。

为处理柱基安装EPS的声振问题,Nexteer公司研制了轻质柔韧的塑料联轴器(Plastic Coupling)代替原先的钢制联轴器。配备此型热塑性联轴器的EPS将用在雪铁龙DS3等车型。

管状车架不仅发挥了转矩管的作用,还“取代了电池箱”(Theodore语)。普通插电式混合动力车或电池式电动车将电池单元置于电池组包装中,然后通过增强车身支持电池组;Uni-Chassis底盘则具备不同的简化结构,直接在底盘龙骨车架中容纳电池。

Nexteer新研制的高柔韧度热塑材料联轴器可显着减少噪声传导效果,同一时间还减轻了重量,该设计将打造出市场上最安静的EPS。

Theodore戏称:“为什么必须设计出支承用的电池套装组件?又为什么必须设计能够支持电池箱的车身结构?Uni-Chassis底盘完全可以消除这些冗余累赘。”这样,Uni-Chassis底盘便可省却电池组支承结构,降低车身重量,并提高运动效率。

新型联轴器使用高柔韧性肋垫(Ribbed Pad),发挥连接作用的同一时间将扭力在各个转轴(Rotating Shaft)之间传递。联轴器可延展或压缩,以供应所需的轴向行程(Axial Stroke),并且达到了全匹配传动轴等速接头/球笼(Constant Velocity Joint)功能。

铝制铸件减少焊件配合取消电池支承结构,Chris P. Theodore认为Uni-Chassis底盘减重幅度可达10%以上。以他的设计经验,新概念底盘框架重量明显小于基本型福特GT,当然,这里并非和发动机中置布局的福特GT一一对应进行比较,而是总体上的大致对比。

THT研制CGVT无级齿轮啮合式传动

由于电池造价昂贵、重量惊人,因此混合动力车与电池车在效率方面至关重要。倘若能够减轻底盘重量,那么便能降低对电池电能的需求,小容量电池将大幅削减车辆造价。

THT公司在2011 SAE年会上展出了TH-Mission第五代技术据华夏汽配网了解。TH-Mission最重点的部分在于无级齿轮啮合式传动CGVT(continuously Gear-meshed Variable Transmission),该传动变速装置具有体积小、动力损耗低等优点。

再看成本和造价方面。如果纯粹从大批量生产车型成本角度而言,Chris P. Theodore承认单体式结构依然是成本最优的方案;但是采用铸铝的Uni-Chassis底盘相对传统铝制赛车架构而言,还是具有降低造价的空间。

无级齿轮啮合式传动系统CGVT重新起用了普通CVT所放弃的传动齿轮,具有“极其轻松的结构”,也没有对制造加工技术工艺提出很高的要求。由于齿轮始终保持啮合,动力传输损耗降至最低,以便加强了动力性能。此外,CGVT传动系统还具有体积小、重量轻的特征。这时CGVT传动系统样品体积仅为奥迪S Tronic-7传动装置的1/5大小。

采用了六大铸件(上文提及的四个悬挂节点和两个外罩)和大量挤出材之后,Uni-Chassis底盘较典型底盘的加工成本大为降低。Theodore甚至透露:“我们进行了一次对比,结果表明在可变成本方面比超级跑车框架低50%。保守估计也在10%的降幅,尽管研究结果显示幅度应该超过这一数字。尤其是在用于一个系列车族的情况下,Uni-Chassis底盘才会充分显示出成本优势。”

和CVT无级变速类似,等同于“在数千个挡位之间平顺和缓过渡,在转矩输出和转速之间转换”。因此TH-Mission在达到最大转速的状况下具有“最小的能量耗损”。

2、高通用性底盘可适配多类车体

Uni-Chassis底盘另一项宣传焦点在于“可替换车体”(Interchangeable Bodies)特性,也就是说,底盘的高通用性赋予其适用于多类车身和动力总成的潜力。整个系列车型可以采用同样的底盘平台,仅仅简单地加长龙骨车架即可扩大车身尺寸。单一底盘设计可以面对各类不同的应用,从而节约了开发成本和工装模具投资。这也是为何Theodore强调“系列车族显示成本优势”的原因。

3、防撞特性

从前向、后向和偏置碰撞负荷应对设计看,防撞梁(Crush Beam)将Uni-Chassis底盘前后相连,这基本和传统构架一致。由于前向和后向碰撞中,绝大部分车重都由Uni-Chassis底盘承载,因而车身避免了主要的碰撞负荷,将碰撞对乘员的影响降至最低——和组合式车架/非承载式车身如出一辙。Uni-Chassis底盘同时提高了底盘与车身的防撞特性,例如减速脉冲(Decel Pulse)可以同时通过底盘与底盘/车身配合两种途径予以化解。

有限元建模计算结果表明,Uni-Chassis底盘在扭力刚度方面达到或超过了潜在的超跑底盘竞争对手,而弯曲/挠度刚性则有明显优势。

剩下的碰撞性能方面,例如侧向碰撞、翻滚和抑制系统负荷等则需要车身去承担,与皮卡舱室比较接近。

Theodore还在考虑采用碳纤维材料提升Uni-Chassis底盘的性能。纤维缠绕(Filament wound)法制成的碳纤维龙骨车架将使刚性倍增而重量减半。考虑到碳纤维材料高昂的价格,未来零部件可能采用类似高尔夫球棒的管状结构,从而通过自动化生产的方式提高效费比。当前Theodore已经在就碳纤维车架零部件进行询价。

三、可能遭遇的难点

图片 2 图2:技术开发者Chris P. Theodore

1、造价是关键

密歇根州安娜堡市(Ann Arbor)汽车研究中心CEO Jay Baron非常认可Chris P. Theodore的资质和水平,不过他表示Uni-Chassis底盘能否成功最终还是取决于成本造价,于是在一封电子邮件里这样写道:“造价非常关键,Uni-Chassis底盘设计看起来似乎针对高端车型,而不是大批量生产的主流车型,因此可能成本不菲,对成本的依赖性将很大程度上影响到最后的成功。”

Jay Baron的说法看起来与Chris P. Theodore的“低成本”自评有所冲突,实际上是视点切入角度不同。Theodore自己也承认Uni-Chassis底盘低成本特性不及单体式车架结构,但这和Theodore在设计过程中融入的低成本理念并不矛盾。Uni-Chassis底盘取消电池组支承结构减重和简化零部件结构分别可以降低对电池容量与生产工序的要求,从而成为降低成本最典型的例证。Jay Baron也表示可替换不同车身的潜力有利于制造商。不过到底是Uni-Chassis底盘的高端特性拉高成本的力度更强烈,还是减重简化带来的成本下降效果更明显,则有待后续实践检验。

2、NVH领域的挑战

Uni-Chassis底盘所面临的另一项工程设计挑战在于噪音、振动及声震糙度NVH(Noise, Vibration and Harshness)方面,而这一领域的严峻程度甚至高于上面一切困难与质疑。

由于发动机和驱动桥经过压合处理,车体安装工作必须做到隔离路面/底盘和动力总成双方面的振动。Uni-Chassis底盘的NVH特性还需要进一步检验,当然其具有较高刚性的特点有助于调谐底盘和车身之间的振动隔绝。

四、未来开发思路

Chris P. Theodore计划在年内制造一辆完整的福特Shelby Cobra眼镜蛇用于验证Uni-Chassis底盘技术,同时估计如果能找到感兴趣的客户,三年内配备Uni-Chassis底盘的车辆将投入小批量生产。

当前,Theodore已经为Uni-Chassis底盘验证项目找到了数位支持者,例如福特汽车的Derrick Kuzak、Shelby汽车的Caroll Shelby、先进汽车技术公司Advanced Vehicle Technologies的Manfred Rumpel以及Technosports公司的Robert Nowakowski。

文章来源:盖世汽车网

本文版权为盖世汽车所有,欢迎转载!请务必注明出处及作者。

TAG标签:
版权声明:本文由二四六天天免费资料大全发布于新车导购,转载请注明出处:二〇一二年全球流行小车本领盘点之底盘篇,C