主题：【原创】电动汽车(三电)开发之“道听途说” -- Cyrus
家园 【原创】电动汽车(三电)开发之“道听途说” 这个帖子的起因是在关于新能源车的一个帖子里起于青萍之末:【原创】新能源汽车我总觉得是给中国工业界下的一个套，天堂兄提了个很好的建议天堂:你的意见非常好，也提了个关于整车结构布局的问题。当时粗略想了想，觉得各个因素牵连广泛，三言两语说不完，就随口应承说周末总结点想法，供大家分享讨论。真开始敲键盘了，发现自己牛吹大了。整车结构布局牵扯方方面面，里面的门道哪里是我能说清的。但既然应承下来，就硬着头皮装下老工程师，给大家讲讲我的考虑。想到哪儿写到哪儿，没什么系统，很多观点内容都是“道听途说”，所以肯定错漏不少，就当抛砖引玉了。题目写了三电，打算每个部件都写一点，争取不烂尾。
在回答天堂兄关于结构布局的问题前，先聊聊为什么电池对电动汽车这么重要。
众所周知，明后年国家新能源补贴退坡，2020后那些靠补贴的新能源车企都得出局。最近几年，各种新能源的车企（无论有无资质的）纷纷加大市场宣传力度，还没 SOP呢，宣讲会发布会各种媒体参观日程满满。无非就是想赶在最后的窗口期内在市场上快速打造一个品牌，即使最后破产撂挑子，只要品牌有点”剩余价值”还是会有车厂愿意来接盘的。看看人家传统车Borgward，死了四十年的牌子都能还回魂卖一笔呢。
当然大部分品牌还是靠着时间和信誉慢慢积累起来的。那究竟一个品牌怎么赚钱，如何让顾客心甘情愿得为品牌溢价掏钱呢？ 答案是与竞争对手的产品差异化。具体到乘用车上，就要在外形、质量和驾乘感受这三点上下功夫，才能推出有辨识度的产品，从而在在市场上分一块蛋糕。
传统的燃油汽车，驾乘的差异化主要来自于三大件：发动机、变速箱和底盘。这三大件决定了一辆车的基本价格档次。但在电动汽车里，他们的地位可就有点尴尬了：大扭矩平台，高档发动机的专属特质，被一套不怎么复杂的电驱系统搞成了基本配置；精妙复杂的多级变速不再是必需品，被请了出去，空着中央扶手下的巨大的空间；三大件里只剩底盘还悬在那儿，瞄着身上那几百公斤的电池包……
今时今日在电动汽车内，一套稍微过得去的电驱系统（例如model3的200kw后桥）就能满足绝大部分顾客的纵向动力需求，电机系统的扭矩特点能轻松地制造推背感，使6s俱乐部（0-100kmh）不再高不可攀。中高档电动汽车的前后桥多电机配置更是能灵活的来回切换于前/后驱和四驱模式，而不用借助分动系统。目前电驱系统的设计难点是最高设计时速比较棘手，250kmh以上的极速实现起来成本不低。不过这点国内（或者大部分国家地区）好像也不太用得上……
于是体现电动汽车品牌价格，实现产品差异化的主要突破口就落在了电池身上，大致技术要求为：
1. 实用性：足够的容量
2. 可靠性：合理的热管理
3. 安全性：故障安全，碰撞安全…
4. 便捷性：充电时间
5. 寿命：较低的容量衰减
实现了以上五点，就能与竞争对手的产品区别开，在市场上占得先机。此外电芯采购成本高，几乎占据整车的25%以上。所以在电动汽车的开发过程中，自然呈现出一种趋势是整车更多去适应电池这个新部件的开发。这种适应又分时间上的（开发流程）和空间上的（整车布局）。
先讲时间上的适应
成熟主机厂的整车和零部件开发流程都是发展了几十年的老怪物：方方面面巨细靡遗，各种冻结认可都是按图索骥，时间节点更是恨不得精确到每个周五的18点……但一到纯电车这儿，就不灵了。全新的产品，大批的新部件，最糟糕的是各国针对新能源车的法规标准也是年年有修订，此外还有补贴标准/门槛的变化。研发部的老司机们总是遇到新问题，只能是边研发边修改流程。电机电控或多或少还参照下发动机变速箱的流程节点。电池往往就只能孤零零搞个新流程，导致很多确认冻结都是赶鸭子上架。事后吃苦头的事情不少。可以预见，几个主机厂下一轮的研发流程修改很大程度要向电池的开发周期靠拢。
至于空间上么
天堂:我有一个脑洞，不知道是否荒诞，我下一篇来尝试回答下
家园 看着就是有料的人 品牌完全从技术角度区分，似乎有些冒失了。
家园 【二】电池的布局、前后悬与轴距 在回答问题之前，还是要解释下几个基本概念：前悬，后悬和轴距。其中前后悬分别是车头车尾与各边车轮圆心的距离。而轴距则是前后轮圆心的距离。换言之，车长=前悬+轴距+后悬
有了这些概念，天堂的问题就可以分两步来解答
一，电动汽车底盘能不能搞的外形像全地形车一样？（前后悬尽可能短，轮胎外露）
借下图
(民用)全地形车（ATV）和乘用车其实是两种产品。前者强调通过性，特点是高离地间隙(>400mm, 一般SUV只有220mm)，皮实的悬挂和长行程减震器，且多具备近90度的接近角和离去角。一般自重轻(300kg ~ 600kg)，轴距较短（普遍2500mm以内， 与A0级轿车类似）。此外公路极速低于100kmh。这种低极速导致工程师不用考虑优化整车风阻系数，外形壳体少一大限制，造成了ATV这种轮胎半径近似于前后悬长度的外形特征。
而乘用车是用于载客的交通工具，主要行驶于铺装路面，设计极速大都高于180kmh。市场对其经济性和舒适性都会有更高的要求，例如高速行驶中的低能耗和低风噪。为了满足这些要求，车企在研发设计过程中越来越重视空气动力学的优化。尤其是电动车内的乘客因为没了内燃机，对风噪胎噪更是敏感。那些传统车的空动优化结果，例如车头的分流器，车身对轮胎的包围（前后翼子板，侧围），A、C柱下的轮舱自然是被完全采纳。甚至还要另做一些额外的优化：例如奥迪的e-tron，为了减少风噪，完全使用摄像头来代替两侧后视镜
e-tron
话有点扯远了，总而言之，轮胎外露这种不太符合空动的设计应该不会在乘用车出现了。至于前悬这部分，只要能满足碰撞测试的溃缩要求，大部分的车厂会尽量将其缩短，仅留了空间给必需的部件：转向器，散热器+风扇，灯和若干自动驾驶传感器。电驱系统以及其他高压部件（充电器，压缩机，PTC），热管理系统和域控制器基本都移到了前轴上方和中控台之间。几家的概念车里都能见到这个趋势。
Aicon
后悬这里缩短相对容易些。相比传统车，电动车没了消音器排气管这种大累赘。如果能接受轮舱对后备箱的侵占，后悬几乎是想多短就能多短，大不了没屁股
e-Budd
二，能否加大轴距给电池包腾地方？
回答是可以，但是有很多限制。
轴距的设定是整车布局里最最典型的多部门妥协的结果。在前后悬固定的情况下，加长轴距也就等于加长车身，带来的影响是
加分项：
增大乘员舱空间
增加高速行驶稳定性
避震性更佳
便于外形的空气动力学优化
减分项：
车身加长，车身钢材线束重量增加
白车身刚性下降，可能侧碰无法过关
转动惯量大，操控减弱，不利于高速中的超车和避让
转弯半径增大，掉头和停车会比较麻烦
最最头痛的是重量分布，很多部件位置得为此调整！
所以轴距这块，没有特别的原因，谁也不愿意去动它。
实际上大部分厂商在设计第一款电动汽车时，都会拿自己的某款量产车型做参照，直接采用其平台。一是可以模块化布局，采用大量通用零部件，降低采购的成本；二是能拟定针对的顾客人群，对标相应的功能需求和寿命测试，规避研发风险。因为采用的大多是成熟平台，自然轴距能调整的范围也是在一定范围内。以奔驰的EQC为例，就是完全套在GLC的平台（C级平台）上, 利用变速箱的空间用作溃缩吸能区。其轴距丝毫没变，就是2873mm。可以在同一条生产线完成装配EQC和GLC，最大限度节省成本。
EQC
最后车辆的设计也要考虑到道路交通，停车场等基础设施的限制。一方面大家对ABCD各级车型的车身大小，转弯半径都有了约定俗成的概念，太过突兀的改变有可能会带来不便。最近大众和上汽炒的火热的MEB平台，轴距也基本是参照大众的传统车平台的。毕竟一个底盘的迭代周期要长于车内其他零部件的。
但另一方面随着电动汽车的普及和自动驾驶技术的发展，新的车身大小和底盘尺寸会慢慢出现，反过来推动基础设施以及我们认知的变化。例如这种
Silver Arrow
实际操作中，整车厂会有专门的整车团队来协调布局，团队内部也会有不同的侧重分工：机械，电磁，热，功能安全等等。个中牵扯，纷繁复杂不胜枚举。我也是管中窥豹，说些听来的皮毛，错漏自然不少，欢迎指正讨论。
家园 全地形车为了上坡下坡入坑出坑 前悬后悬能短则短，这样前后都不容易撞到地。普通用车我还是希望能够有足够的前悬后悬，反正基本是平路，不怕前后撞地。万一出车祸，能够多一点缓冲，最关键是车轮被损或者被卡的不能动就麻烦了。象你帖中的几个车的样子，比如 e-budd 稍微一撞，前挡后挡可能就卡住车轮了。
家园 这是大众瞄准2020后的概念Van，实车估计没那么极端 而且，以目前的发展趋势来看，到时候很多预防碰撞系统会更普及。如奔驰的pre safe， 奥迪的pre sense现在已经是标配。3，4年后这些安全系统成为大部分量产品牌标配也是可以预见的。到时候，市区内满街的“智能”汽车，碰撞的概率会小些，即使有事故也基本会是低速事故
家园 请教几个问题 理论上讲，网上没义务个人回答问题，这些问题应该先自己在网上查一下，但是有点懒，不过如果网上有现成的文章，烦请告之关键字。先谢谢了。
1.电驱车一般用几个马达？
排列组合：4个，一个轮子一个
2个，前一个，后一个
2个，前两个或后两个
1个，前一个或后一个或中间一个
哪种是趋势？
2. 传动
现在电驱车，是直接传动，还是需要齿轮传动
3变速
电机变频调速还是齿轮变速
4转向
左右轮变速转向，还是轴转向
个人理解，高端四驱，就是四电机，变频调速，左右或4轮轮变速转向，尽量减少机械部分。要不低端2轮前驱。现在是这样的发展趋势吗？
通宝推：桥上,- 复 请教几个问题
家园 一個輪子一個電機有些巧妙之處 就是千萬不能裝在輪殼上
懸挂系統的設計原則是彈簧下的部分，如輪胎，輪殼，刹車盤，要盡量輕，抓地和避震才好。
一把重重的電機裝上去，底盤性能就降幾班了。
只有在大形車，跑得慢，輪殼空間實在太多，不用就是浪費，這才可以考慮用輪殼電機。
家园 好像小型车有用的
- 复 请教几个问题
家园 尝试回答下 1.电驱车一般用几个马达？
我了解到的趋势是
轻型车采用轮毂电机
乘用车1～4驱动电机都有可能：入门级的前/后桥单驱；顶级高配则采用前后桥同轴电机的大动力输出，电子矢量扭矩控制。
公交车有可能上轮边电机
2. 传动
目前主流的电机基本设计转速15000rpm以上，要经过减速器。顺带还有些其他原因
3变速
卖个关子，我后面会写到电机和电控。会有详细介绍
4转向
还是轴转向, 变速转向高速搞不定
电驱总体趋势其实很实际，集成化，模块化，降低损耗，降低成本。放到整车环境，如果用电子件代替机械件能达到上诉目的，且满足功能安全要求的，那就是趋势。否则只是前期研发的炫技而已，不会上量产。车厂的目标很明确，造车卖车，养人赚钱。
家园 厉害！先送花，等老铁觉悟了。。。 开放了非认证网友宝推，再来补宝推
家园 就别等我觉悟了 赶紧申请认证吧。实在不想，非认证达到一定级别，一天可以一个宝推，也许更显得珍贵。