導讀：各大傳統車企為了爭奪純電動汽車市場的戰略制高點，紛紛針對純電動汽車開發專屬平臺，不斷提升產品競爭力，加快產品迭代速度。近一年來，國內外主機廠密集發布全新高端智能化電動平臺和車型，大眾的MEB、奔馳EVA、通用的Ultium電動車平臺、現代E-GMP、日產雷諾CMF-EV、豐田E-TNGA，吉利的SEA浩瀚架構、上汽智己iO平臺、長安C385平臺、比亞迪e3.0等。
廣汽GEP純電專屬平臺
一、前言
“平臺化”的整車開發策略已經廣泛應用在汽車產品設計制造過程中，通過平臺化實現更高集成度和零部件共用率，降低開發成本、縮短開發周期、減少零部件數量，共用工藝裝備和流程。
各大傳統車企為了爭奪純電動汽車市場的戰略制高點，紛紛針對純電動汽車開發專屬平臺，不斷提升產品競爭力，加快產品迭代速度。
近一年來，國內外主機廠密集發布全新高端智能化電動平臺和車型，大眾的MEB、奔馳EVA、通用的Ultium電動車平臺、現代E-GMP、日產雷諾CMF-EV、豐田E-TNGA，吉利的SEA浩瀚架構、上汽智己iO平臺、長安C385平臺、比亞迪e3.0等。
二、電動汽車平臺發展歷程、研究現狀與發展趨勢
2.1 電動汽車平臺發展歷程
電動汽車平臺的發展經歷了三個主要的發展階段[1]。
（1）第一階段：傳統油改電時代，也叫Adapted Electric Platform(AEP)。
純電動汽車發展初期，產品性能無法滿足消費者需求，銷量幾乎以探索性為主，為降低整車開發成本和周期，快速獲得車型產品，主機廠采用從傳統燃油車平臺改造的方式進行純電動車開發。
AEP平臺的主要缺點顯而易見：地板不規整，動力電池可布置空間小，續駛里程短；侵占乘員艙空間，人機工程差；整車碰撞安全傳力路徑對動力電池和乘員艙保護不足，結構優化空間有限；整車熱管理維度單一，續駛里程保持率很低。
（2）第二階段：舊平臺，新設計Adapted Electric Vehicle Design (AEVD)。
基于舊平臺設計，在原有傳統車平臺上設計電動車，需要遷就舊平臺。典型代表日產Leaf、通用Bolt，早期的Tesla Roaster，重新設計車輛底盤，更有利于電池系統的布局。
日產聆風
通用Bolt
（3）第三階段：全新平臺，新設計New Electric Platform（NEP）。
2012年Tesla Model S發布，作為造車新勢力，發布全球第一個針對純電動汽車設計的全新車型平臺。全新一代純電動平臺圍繞最大化電池布置，圍繞模塊化、電動化、智能化、安全、空間、全新電氣架構進行開發和定義。
Model S/X平臺
2.2 電動汽車平臺研究現狀
市場已發布純電動專用平臺參數信息，對其特點總結如下。
現有純電動專屬平臺特點總結
電動汽車專用平臺發展趨勢總結：
（2）最大化動力電池系統搭載空間，電池車身集成設計保證地板平整化，實現不同動力系統和不同續駛里程配置；
（3）滿足五星級碰撞安全要求的車身底盤結構設計，針對平整后底盤、下車體結構傳力路徑和短前后懸吸能空間的特征，進行整車傳力路徑重新分配優化；
（4）線控底盤系統搭載應用，支持高級別智能駕駛需求；
（5）采用乘員艙、動力電池、驅動系統一體化集成熱管理系統，通過智能熱管理技術應用不斷提升電動汽車環境適應性；
（6）多種輕量化技術手段應用，鋼鋁耦合車身，全鋁車身，鋁制底盤結構件，美鋁合金輪轂等等；
（7）整車軟硬件朝著逐步解耦的方向發展，機械實現模塊化，軟件實現數字化平臺。
2.3 下一代純電動專用平臺發展趨勢
分布式驅動電動汽車是新能源汽車的重要發展方向，通過將輪轂/輪邊電機安裝在輪輞內部或附近，具有車身布置靈活、結構緊湊，易于實現底盤模塊化設計等優點；同時各輪驅動/制動轉矩獨立可控，具備高機動性和高可靠性，更易實現車輛主動控制。因此，分布式驅動電動汽車是未來智能網聯汽車的理想載體[2]。目前以REE和PIX 為典型代表的全新分布式電動平臺揭開下一代專用電動汽車平臺的設計思路。
（1）以色列Ree Automotive
Ree是一家新興的電動汽車電動平臺開發公司，開發了基于轉向、制動、懸架、動力系統和控制全部整合在輪邊的 “主動輪轉角”REEcorners，以及基于此電動輪的全線控下一代純電動平臺。平臺輪邊電機系統峰值功率范圍為 35 ~ 200 kW，電機是全簧載質量，可以實現前輪和全輪轉向；創新懸架系統結構，有效載荷能力高達 5000kg+。目前平臺應用場景主要集中在城市客運、區域或者中長途物流配送等商用車。
REE 轉角模塊結構圖（圖片來源：REE官網）
（2）PIX Moving 通用平臺
PIXLOOP是基于輪轂電機的線控電動專用平臺，是全球第一款軟硬件開源的線控底盤，是專為自動駕駛開發者打造的線控底盤。
PIX分布式驅動通用底盤（圖片來源：PIX官網）
PIX分布式驅動底盤核心技術主要包含輪轂驅動系統、冗余線控系統、平臺構型設計。PIX Moving以算法為核心，創新性地開發了RTM（實時成型系統）和柔性化數字制造體系，通過先進傳感器、視覺識別技術、AI算法等打造柔性生產線，消除傳統四大工藝（沖壓、焊接、涂裝、總裝）和模具的限制[2]。PIX柔性化制造體系使得開發環境與量產環境保持一致，開發與迭代完成后可無縫銜接量產，不同車型模具制作費用只有機械臂投入。
三、專用化電動底盤核心技術
汽車平臺全面電動化帶來了設計理念和技術變遷：高壓動力電池集成在乘員艙下部這一主要焦點需要全新的設計架構和方法滿足動力平臺的變化；驅動系統的進步也顛覆傳統動力系統對底盤結構部件的需求。
專用電動平臺核心技術分解
極致化的專用電動平臺，除了電池技術，高級程度模塊化的分布式驅動系統，線控底盤技術的急需性呼之欲出。
3.1線控底盤技術概述
典型的線控底盤技術主要有線控驅動、線控制動、線控轉向及其他子系統，目前最為關鍵且待技術產業成熟的是線控轉向和線控制動。
3.2 線控制動技術
3.2.1 線控制動技術發展過程
線控制動取消制動踏板和制動器之間的機械連接，以電子結構上的關聯實現信號的傳送、制動能量的傳導；主要分為電子液壓制動（Electro-Hydraulic Brake, EHB）系統、電子機械制動（Electro-Mechanical Brake, EMB）系統。其中 EHB 以傳統的液壓制動系統為基礎，電子器件替代了部分機械部件的功能，使用制動液作為動力傳遞介質，同時具備液壓備份制動系統，是目前的主流技術方案。
目前根據集成度的高低，EHB 可以分為 Two-Box 和 One-Box 兩種技術方案，二者的主要區別在于 ABS/ESC 系統是否和電子助力器集成在一起。EMB系統采用電子機械裝置替代液壓管路，執行機構直接安裝在各個輪邊，也被稱為為分布式、干式制動系統，是未來線控制動的解決方案。
3.2.2 線控制動關鍵技術問題
踏板模擬、主動制動控制和制動能量回收技術為線控制動關鍵技術問題[3]。踏板模擬好壞決定線控制動系統品質優劣。目前一般采用通過試驗數據分析歸納，得到踏板行程和車輛狀態之間關系，對踏板力進行模擬。
主動制動主要應用在自動駕駛系統，旨在提高車輛的穩定性和安全性。關于主動制動的研究除了環境感知算法識別外，結合駕駛員駕駛習慣的上層期望減速度算法、底層執行機構期望制動壓力、期望制動力矩算法等也是重點研究技術問題。制動能量回收控制伴隨著制動踏板解耦方案的發展經歷了并聯式和串聯式的發展過程。復合制動控制策略的研究中，制動力分配策略是其核心問題[4]。
3.3 線控轉向技術
3.3.1 線控轉向技術發展
轉向系統的發展經歷了純機械轉向系統、液壓助力轉向系統、電子液壓助力轉向系統、電動助力轉向系統到擺脫機械連接的線控轉向和具備主動轉向功能的轉向系統。
2021年舍弗勒開發的一款力反饋方向盤（HWA），取代傳統方向盤和機械轉向柱，可以在（半）自動駕駛模式下，將方向盤縮放到中控臺內，系統可以過濾掉多余的反饋，比如來自顛簸路面的振動，并支持可變轉向速比，實現全新的駕駛模式。
舍弗勒力反饋方向盤（圖片來源：舍弗勒官網）
3.3.2 線控轉向關鍵技術
線控轉向關鍵技術包括：路感控制、穩定性控制和容錯技術[5]。路感控制通常包含兩個部分，路感規劃和路感跟蹤。路感規劃為通過理論建模分析設計出能夠反應當前實時路感的轉向盤反饋力，路感跟蹤為通過控制算法實現反饋力矩跟蹤控制。獲取路感反饋力矩的方法有參數擬合法、和基于動力學模型的方法，后者也叫重構法。其中第二種是目前研究的主流。線控轉向系統的冗余技術主要從電源備份、執行器備份、傳感器備份、控制器備份和通訊進行備份。
冗余是一種較為簡單直觀的容錯控制手段，多項研究都采用了備份執行器的方式提高轉向系統的可靠性。在沒有備份的執行系統，可以通過容錯控制對部分保有工作能力的執行器進行容錯控制，應對故障狀況。特別像線控系統與分布式驅動系統結合使得整車成為一個典型的過驅動系統，通過過驅動系統執行器之間的互相補償，能夠大幅提高系統的容錯能力。
3.4 分布式驅動技術
輪轂電機作為分布式驅動電動平臺的核心部件，性能至關重要。由于輪轂電機安裝在狹小的輪轂空間內，使電機系統受溫升、磁場飽和、路面振動沖擊、轉矩波動、負載突變、泥沙涉水使用環境等因素影響顯著，目前仍然存在一些技術問題難以解決或者使用場景受限[6]。
隨著輪轂電機、新式主動懸架技術的興起，更多功能被集成到輪邊驅動系統中，形成一體化主動輪或者轉角，這種集成模塊在車輪內置主動懸架代替傳統機械懸架，車輪系統中集成了驅動力矩分配、制動力矩分配、轉向控制、車身姿態控制、橫擺力矩控制也有可能包含懸架阻尼等多種控制能。
基于上述分布式驅動系統，結合自動駕駛需求，目前研究的主要問題就是整車狀態感知和整車動力學穩定性控制、其他先進控制[7]。智能駕駛、電動化推動了整車電子電氣架構的革命性發展，為底盤由分散式控制架構向集中式控制架構進化提供了高性能硬件基礎、寬帶寬通訊網絡和大數據信息平臺。
專用電動平臺動力底盤協同控制架構
四、面向智能汽車的純電動平臺的總結與展望
汽車行業已經發生深刻的技術變革，智能化、電動化對未來的汽車平臺提出了全新的要求，“軟件定義汽車”已成行業共識，不斷吸引全新的產業參與者。傳統的機械電氣強耦合平臺已經不能滿足產品快速迭代的需求。未來的整車平臺會逐步實現機械部分即插即用的模塊化，新一代集中式電子電氣架構實現機械和軟件解耦，提高硬件平臺和軟件功能復用與多需求組合。
面對未來的智能新汽車，更環保、更安全、更體現駕駛樂趣的移動空間是對下一代新四化下汽車的訴求：機械平臺的結構設計需要圍繞可變形、可再生環保的移動空間展開；平臺和關鍵系統具有更高標準化，通用化最大程度實現硬件模塊化即插即用；線控底盤和分布式驅動系統是未來智能底盤平臺實現的核心零部件，影響智能汽車產業鏈的安全，需要進一步建設自主化產業創新生態。
參考文獻（References）
[1] 全球電動汽車平臺對比分析
https://mp.weixin.qq.com/s/4Lp6WqQv0l9eQ__h2eHmHA
[2] 汽車俱樂部 https://mp.weixin.qq.com/s/6qEE58N2x9EcmmWvgaYjzQ
[3]李亮，王翔宇，程碩，陳翔，黃超，平先堯，魏凌濤. 汽車底盤線控與動力學域控制技術[J] .汽車安全與節能學報，2020，11（2），143-160
[4]余卓平,史彪飛, 熊璐,韓偉.某分布式驅動電動汽車復合制動策略設計.
汽車技術, 2020,第2期 12-17
[5]張萬忠，張寒，鄒松春，徐坤豪，劉暢.線控轉向系統控制技術綜述.汽車安全與節能學報.2021年1期12卷18-34
[6]楊建川.輪轂電機產業化難點簡析.新能源汽車技術. 2020 47（05） 90-93
[7]徐坤. 分布式電驅動車輛狀態感知與控制研究綜述. 機械工程學報 .2019. 55（22）60-79
來源：中國汽車工程學會
