浅谈丰田iQ轿车的技术创新

2023年12月17日发(作者：雷克萨斯gs300老款)

Ｂ版　浅谈丰田ｉＱ轿车的技术创新　李　立　肖雪飞　（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海２０１８０４）　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－４５５４．２０１１．０１．１５　０　引言　２００９年初，日本丰田公司向世界发布了其基　于最新平台研制的４座轿车一Ｔｏｙｏｔａ　ｉＱ（如图１所　示）。ｊＱ整车全长不足３　ｌｆｌ，但却能够容纳４名成　年乘客，并且具有良好的安全性能、操控性能、燃　油经济性以及低水平的ＣＯ　排放。ｉＱ的发布，是　丰田公司在微型车领域里又一项重要突破，同时　也引领着未来小型车市场的发展趋势。　图１　Ｔｏｙｏｔａ　ｉＱ轿车　１　ｉＱ产品的技术创新　ｉＱ的全长只有２　９８５　ｍｌＴｌ，为了能在如此紧凑　的车身内容纳４名成员，丰田公司在ｉＱ的研发上　应用了多项技术创新，具体包括以下几项：　反向驱动轴布置、单端输出式转向器、扁平式　燃油箱、特殊的前排座椅骨架、紧凑型空调模块、　非对称式仪表板。　ｉＱ所采用的反向驱动轴布置以及单端输出式　转向器，能够更进一步地缩短整车长度；悬置系统　布置的前移让前排乘客的乘坐位置可以更加靠　上海汽车２０１１．０ｌ　前；采用扁平式燃油箱以及特殊的前排座椅骨架　使得后排座椅的布置也前移，从而减小了ｉＱ的整　车长度。更为重要的是，紧凑型空调模块以及非　对称式仪表板加强了内饰布局的多样性并且提供　了更为舒适性的车内空间。　（１）反向的驱动轴布置方式　较丰田的另一款小型轿车Ｙａｒｉｓ而言，ｉＱ的前　，　部驱动轴的布置能够让前排乘员的位置更靠近前　，　部（如图２所示）。这种布置方式也将前轮的位置　前移，从而减小了保险杠与前轮轮心的距离，同　一　时，驱动轴的前移使得变速箱后部的空问增大，为　踏板布置的前移提供了保证。相比于Ｙａｒｉｓ，ｉＱ的　布置方式让驾驶员作用在油门上的接触点与前端　保险杠之间的距离缩短了１２０　ｍｍ。使得踏板的　布置更为自由。　一　图２反向驱动轴布置　（２）单端输出式转向器　由于前轮的前移，为了避免转向器与发动机　之间发生干涉，ｉＱ采用了一种单端输出式转向器，　并将其布置在发动机舱的上部（如图３所示）。采　用这种布置方式能够较好地增加转向系统的整体　刚度从而帮助车辆在转弯时达到不足转向的要　求。转向管柱部分则采用集成电机以及ＥＣＵ的电　控式转向管柱（ＣＥＰＳ），相比于液压转向系统　（ＨＰＳ），ＣＥＰＳ的应用，减少了转向系统零部件的　?５９?　一　毯　数量，降低了发动机舱的布置压力。　图３单端输出式转向器　（３）扁平式燃油箱　在许多小型轿车中，燃油箱通常被布置在后　排座椅的下方，但是ｉＱ所采用的１２０　ｍｍ厚的扁平　式燃油箱则布置在前排座椅的下方并延伸到后排　腿部区域地板下部。这种布置方式的主要目的是　避免由于后轮的前移导致燃油箱与后桥的干涉，　同时也能减小整车长度。同样，采用扁平式的燃　油箱，也能够最大限度地避免过厚的燃油箱导致　的车辆座椅抬高，从而影响整车高度。　采用塑料开发的燃油箱既兼顾了设计多样　性，也降低了整车的重量。ｉＱ在燃油箱上设计了　主辅两个模块以实现泵油功能，其中包括带有吸　油泵以及注油泵的主模块部分以及包含碳罐和单　向阀的的辅模块部分（如图４所示）。　主模　模块　阀　燃油　（４）特殊的前排座椅骨架　ｉＱ的前排座椅骨架采用一种简单的单管结　构，两根纵向的钢架从单管骨架的上端延伸，只靠　背末端以提供给成员足够的安全支撑。此外，网　状结构的座椅背部设计也优化了背部的受力分　布，运动型的座椅靠背也保证了成员在高速过弯　时身体的侧倾不至于过大。相比于Ｙａｒｉｓ，ｉＱ的前　?６０?　座椅骨架设计的更加小巧，使得前排座椅到后排　座椅之间的距离增大了４０　ｍｍ，改善了后排的乘坐　舒适性。　（５）紧凑型空调模块　ｉＱ的空调模块由一个位于车辆中部的带有温　度调节功能的热交换器以及一个位于乘员座位正　前方的出风口组成。ｉＱ的出风口的位置相对特　别，它被布置在热交换器的上方，同时出风口和热　交换器被集成在一起布置在车辆的中部。特别指　出的是，风扇叶片的设计非常坚固而且轻薄，这样　可以确保在提升空调功率的条件下不必修改出风　口叶片，提高了产品的兼容性。　（６）非对称式的仪表板　减小空调模块的尺寸并且采用一种成员侧非　对称式设计的仪表板（如图５所示）可以潜在增大　前排乘员的腿部空间。这种设计同样能够使得前　排乘员的座椅前后运动具有更大的空间，可以保　证前排乘员和后排乘员拥有相同的乘坐空间，使　得对于个头较高的成年人无论坐在前排还是后排　都拥有合适的乘坐舒适性。　图５非对称式设计的仪表板　２　底盘性能　ｉＱ的轴距只有２　０００　ｍｍ，因此丰田公司优化了　悬架系统以达到优良的操控稳定性以及敏捷性。ｉＱ　的前悬架采用的是传统的麦弗逊式悬架，其转向器　的布置位于副车架的上方（如图６所示）。　为了达到良好的车辆操控性能，通过增大主　销倾角以及减小悬架的扭转刚度来实现合适的不　足转向。ｉＱ的主销倾角达到了８．３。，是该级别轿　车中最大的。主销拖距的增大能够促使车轮轮心　在受到侧向力的作用下车轮能够充分地回正。尽　上海汽车２０１１．Ｏ１　图６　ｉＱ前悬架结构　管前悬的距离极其有限，但前大灯的安装空间还　是能够得到足够的保证。转向器的拉杆布置在悬　架上方使得ｉＱ的回正扭矩大于传统的拉杆布置　方式。　后悬架采用传统的扭转梁结构型式（如图７　所示），为了在车辆发生侧倾时能够达到不足转　向，扭转梁的截面设计成开口向下的结构以保证　扭转梁的剪切中心点能够在较高的位置。ｉＱ的扭　转梁采用管件锻造成型方式制造，这种方式能够　减小扭转梁的截面积但却能提高扭转刚度同时也　减小了布置空间。　。后扭转梁扭转中一　Ａ．Ａ　图７　ｉＱ后悬架结构　较快的转向比和不足转向特性增强了整车在　低速时的敏捷性以及高速的稳定性。根据车速的　变化而控制转向的助力提供给驾驶员优化的转向　扭矩特性。　ｉＱ的前轮较其它小型车辆而言更加靠前，从　车辆上方往下看，这种前移使得发动机、变速器、　发动机悬置以及悬架基本位于同一直线上（如图８　所示）。　这种布置将导致前轮转向角度的增大，不利　于减小转弯半径。为了解决该问题，ｉＱ的发动机、　变速箱以及发动机悬置尽可能布置得紧凑，而起　到吸收正碰能量的前纵梁则设计得尽可能笔直以　给前轮的运动流出足够的空间。通过设计及布置　上海汽车２０１１．０ｌ　瑟　的优化，在装配１６寸轮胎下，ｉＱ的转弯半径达到　了世界最小的３．９　Ｉｎ。　３　被动安全设计　在人们传统的印象中，小型车的安全性都是　比较差的，但是ｉＱ在被动安全以及主动安全的持　续优化，使得其达到了非常优秀的安全水平。　ｉＱ上集成了多项被动安全技术以保护车辆在　受到碰撞时成员的安全。　由于ｉＱ的前舱很小，为了达到该级别领先的　碰撞性能，ｉＱ车身结构的开发采用了多路径的力　传递车身结构。对于传统轿车而言，前纵梁一般　用于吸收和传递碰撞时产生的能量。ｉＱ的悬架设　计时还需考虑采用副车架撕裂的方式来吸收能　量。前纵梁吸收的能量通过前围板横梁分散到Ａ　柱加强板以及车门加强板上。从副车架上传递过　来的能量则分散到地板加强板以及车门槛板上　（如图９所示）。　图９　ｉＱ碰撞时的载荷传递　ｉＱ同样装备了世界上第一款前排座椅气囊装　置（如图１０所示）。由于ｉＱ内部空问的限制，为　了使得乘员在调节座椅的任何位置都能够得到有　效的安全保护，如果采用传统的膝部气囊将对前　排空间要求更为苛刻，同时整车重量也会受到影　?６ｌ?　响。座椅气囊的开发正是为解决该问题，同时也　致更快的车身侵入率，从而增大成员受伤的风险。　基于这种风险，ｉＱ的侧气帘在作用时足以保护乘　员从胸部到骨盆之间的区域。　ｉＱ同样装备了世界上第一款后窗气帘作为标　准配置（如图１２所示），后窗气帘在车辆受到后方　能降低重量。在碰撞发生时，前排座椅气囊将向　座椅上方充气以抬高乘员的大腿，避免其向车辆　前方运动。　一◇一　点爆前　点爆后　的碰撞时能够及时展开以保护后排乘客的头部免　受伤害。　图１Ｏ装备座椅气囊的前排座椅　此外，一种新开发的大面积侧气帘（如图１１　所示）也被应用到ｉＱ上，以充分保护乘员在受到　侧向撞击时不会受到严重伤害。　图ｌ２　ｉＱ的后窗气帘　为了提高安全性，ｉＱ全车配备了９个安全气　囊，丰田公司按照中级轿车的碰撞标准也对ｉＱ进　行了全方位的碰撞测试，测试表明ｉＱ在车辆发生　碰撞时具有足够的生存空间。正是由于优秀的安　全设计，在最新的２００９年欧洲ＮＣＡＰ测试标准下，　ｉＱ获得了最高的５星成绩。　图１１前排座椅侧气帘　４　结语　ｉＱ作为世界上最小的能容纳４名乘员的轿车，　其优秀的安全性、整车布置方式以及多项新技术的　在ｉＱ设计中，驾驶员以及前排乘客拥有同中　级轿车相同的肩部空间，这意味着，相比于传统的　紧凑型车辆，成员距离车门的距离要更远，这将导　七七　七　七　七　应用都值得在未来开发其它小型车辆时所借鉴。　七七４－，　电七女七七七七女　－６，七七七七　（上接第５３页）　描ｉ　１　基　佳　＼　，　．　Ｌ　、　　１５　结语　对比分析车身板件导纳峰值频率和声腔模态　频率，找到二者耦合振动的频率。通过板件形貌　优化这一方法降低了板件导纳峰值，从而优化了　，、　Ｍ　０　Ｊ　／　０　、１　ｌ　２０　４０　６Ｏ　８０　１Ｏ０　１２Ｏ　１４０　ｌ６０　ｌ８Ｏ　２００　频率ｆＨｚ１　ＴＲＩＭＭＥＤ车身声学灵敏度性能，使得车辆开发的　声学性能得到了良好的控制。　图８前塔形支座输入响应　?６２?　上海汽车２０１１．ｏ１