用于共享汽车的城市车辆方案

1 城市机动化服务行业

目前，共享化是汽车行业最重要的发展趋势之一。在城市车辆特征(UMT)中，能从个人车辆需求的角度描述城市机动化服务行业的所有型式，同时评估采用专用车辆方案的商业模式(表1)。

表1 根据城市车辆特征的各种不同商业模式

例如，在作为车辆服务行业的共享车辆自由流动情况下，将驾车人与车辆供应企业进行分离。大多数情况行驶里程小于8 km，而且乘坐的人数较少。与个人乘车的情况有所不同，在乘车消费(尤其是Uber或Lyft公司的出租车服务)前提下，驾驶者可通过驾驶自己的车辆为乘客提供服务。

机动化服务行业通常需要满足乘客的特定使用需求，其关注的重点是简便、舒适，同时具有附带效益，如个人或业务机构可任意支配的行驶时间、行驶成本及使用者能迅速到达目的地的功能(图1)。

图1 以乘客为导向的城市车辆方案选择准则

此外，还要考虑到运输服务行业的革新。在德国亚琛的share2drive公司是德国亚琛应用科技大学(FH Aachen)衍生出的一家新兴公司，顺应共享化发展趋势，其公司提供了在车辆共享环境下的创新方案，其商业模式的基本组成部分是共享车辆(PPV)。这是在与FEV公司及其超过4 500人的子公司的紧密合作下开发出的一种用于城市车辆市场整体解决方案的新车型。

2 未来城市共享机动化的商业模式

在UMT中，新型城市车辆服务行业对汽车领域内现有的结构会产生颠覆性的影响，因此除了新建的城市实现车辆服务行业外，来自信息和通信技术(IKT)行业和能源行业的参与者以全新的商业模式挤压原汽车市场。传统汽车制造业所建立起来的原始设备生产商(OEM)已为全球培育出首批车辆制造商，而汽车零部件工业特别是大型一级零部件供应商已重新改组，如改组成新型车辆制造商，以应对市场的变化。

除了为最终用户进一步开发多种多样的车型外，用于城市汽车服务行业的车辆也成为了整车厂关注的焦点[1]。多方面的研究预测显示，至2030年全球约有10%或更多的车辆将被用于城市汽车服务行业[2]，用于该领域的共享车型的竞争已经开始。

根据UMT，必须清楚地辨别基于上述用途的车辆是否按照“共用1辆车”或“共乘1次车”以及“车上有司机”或“乘客就是司机”等概念进行设计，不过该车辆方案在其乘坐总成本(TCR)较低的同时具有强大的市场渗透力。对于一种新车辆方案，意味着必须要综合分析所有与成本有关的因素。对于车辆成本而言，要包含车辆的维护、基础设施、信息与通信技术费用及其经营成本。这些成本必须反映在一种较为经济的商业模式中，并且需考虑到车辆结构设计对上述每一种因素的影响。本文展望了未来作为公共交通与个人交通之间接口的PPV车辆情况。

3 对城市最小共享车辆的要求

迄今为止，城市车辆服务行业所使用的电动车仅能满足较为有限的用途，因为其原本是为最终用户所设计的，其中仅能由车队经营者对增加乘客人数方面进行少许修改。但是，在部分城市中经营者和车辆使用者反而有一些特殊的需求，而在共享服务中的车辆必须被理解为一种由多种情况所决定的“车辆行驶装置”。因此，共享车辆的要求并非是通过传统用户的使用情况进行分析而得出的结果，而是从城市共享方案及其商业模式的角度来开发。表2示出了PPV 1.0共享车辆制定设计任务书的过程。

对车辆共享企业的要求是由FH Aachen与Cambio公司共同研究后所提出的，并由德国联邦车辆共享协会进行公开发表[3]。

4 PPV 1.0概念车

上述PPV概念车的目标是要开发出一种切实可用的车辆，并非是一味追求最新技术的展示型车辆，而是符合未来共享车辆要求的现代车型。为PPV 1.0共享轿车(图2)制定的车辆设计目标已经得到了欧洲的认可。在整体工程方面遵循欧洲电子部品(ECIE)的标准要求，在硬件方面采用了内部空间易于改变的模块化车厢，以高要求的车厢内部空间为开发目标。采用LS-DYNA程序进行相应的有限元模拟来保障达到性能目标(如用于碰撞事故)。

表2 根据城市机动化需求和商业模式需求对车辆提出的要求

图2 PPV 1.0共享车辆

5 品质和结构方案

该项技术面临的最大挑战是其按规定的车辆要求设计出一种M1等级车辆，长度小于2.5 m，宽度约为1.7 m，同时可满足95%的驾车人的驾驶需求。PPV 1.0 共享车辆有3个座位，同时还要求提供舒适、宽敞的内部空间，进一步增加了设计的难度。

PPV 共享轿车被设计成具有3个座位(1+2个座位)的单厢型式，动力传动系统与采用地板组件的高度集成组装效果相协调。新型的白车身方案能使挡风玻璃更为宽敞。该结构方案的一大重要特点是仍然保有常规的A柱结构及较大的车窗玻璃面积。该结构方案的另一个创新点是驾驶员车门，新型的转动拉门方案确保了即使在较为紧凑的停车空位情况下，车门也可保持最合适的开度，在车门完全打开的情况下也不会向外超出太多。

6 外观和内饰设计方案

在真正设计开发前，多学科开发团队就定义了PPV 1.0共享车辆的设计理念，并以“动物种类”为主题进行了一系列联想(图3)。针对这些与众不同的理念，开发了约250个成功设计案例，并被浓缩成2种不同的空间方案，以此确认了最终方案。方案确认后，以计算机辅助设计(CAD)进行设计开发，以便使设计理念能在最终设计中体现出来。综上所述，PPV 共享轿车可被称为目前全球最小的共享车辆。

图3 PPV 1.0共享轿车设计开发时所选择的联想世界

在设计阶段中，其内饰与外观就具有显著的差别，并且就数据总线结构和信息技术领域而言，都严格遵循了简化的通信原则。设计者已不断地将PPV 1.0共享轿车上所有的操纵器件数量减少到了最低，并将其直观操纵方式都置于前方区域。驾驶员坐席采用现代数字化人机界面。空调方案则尽可能针对都市空间思维方式而非传统车辆制造方式。作为真正的共享车辆，车内有效空间的设计采用了通过电阻温度系数优化的内部空间净化方案，后排采用双人座长椅并取消了易于积存污垢的座椅接缝，取消多余的储物面积并进行合理调整。同时，采用了源自游艇的外观设计方案和源自轨道车辆的喷涂式地板。

7 驱动方案

PPV 1.0共享轿车的驱动方案基本上应用了400 V城市电动车的优良技术状况，其具备45 kW的驱动功率优势、120 km/h的最高车速和将近20 kW·h的蓄电池组。这些技术数据具有较高竞争力，其在极端条件下的续航里程甚至可达到80 km，并且在专门开发的共享车辆行驶试验循环中得到了证实。因此，按照share2drive公司的商业模式，已可靠地实现了每天行驶约2 h的要求。而在share2drive公司提出的灵活共享模式中保障了无电缆充电过程的安全可靠。基于其在碰撞设计中的优点及对城市车辆灵活性的要求，确认了安置在前车中的两个小直径电机串联排列的方案。

8 安全性方案

图4 用于欧洲市场PPV共享轿车和城市交通事故实况的碰撞安全性

除了避免事故的众多措施之外，PPV 1.0共享轿车的特点是具有较高的碰撞安全性(图4)。在方案开发时，首先面临的巨大挑战是要满足正面碰撞的设计要求。较短的前车结构迫使其开发了一种具有4种负荷途径平面和受约束变形特性的极端结构设计方案。在总变形量约为350 mm的情况下，穿透距离约为60 mm的前围板的正面碰撞最大冲击加速度将达到31 G。

在侧面碰撞情况下，可防止中央布置的蓄电池结构发生变形。对于按照FMVSS 216布置进行的车顶变形试验要满足将近60 kN的抗碰撞强度要求。

9 白车身方案和生产方案

白车身方案涉及一种被称为“FlexBody”的车身组合构件，其使得型材承载轻型结构车身可应用于年产量少于1万辆的车辆制造项目的混合结构中。通过一个标准化过程及型材和节点连接间的严格分配，能在短时间内开发出可实际投产的FlexBody车身结构(图5)，其最大的优点是所需投资较低。在PPV 1.0共享车辆的FlexBody车身中，地板组件优先采用以钢加强的高强度结构型式，而在前车和上部结构中则绝大部分采用铝结构方案。阶梯集成式车架中容纳了中央布置的蓄电池，以便对其进行保护。

图5 多种材料轻型结构车身的FlexBody结构方案

车身质量140 kg的车辆的静态抗扭刚度达到了较高的水平，其轻型结构品质因数约为3。白车身的制作在整体式夹具上进行，并采用新开发的喷胶工艺。PPV 1.0共享轿车计划年产量约为7 000辆，采取两班制生产。

10 PPV 2.0概念车和展望

新型机动化解决方案的市场开发为实现车辆的技术性需求、新型商业模式和汽车制造业的紧密结合具有可观的潜力。PPV 1.0共享轿车作为专用车辆的解决方案，为2020年之前共享经济中的车辆需求提供了理论参考，而对其的高度反响已使PPV 2.0共享轿车呼之欲出。

传统汽车制造业重视开发以用户舒适性和安全性为目标的自动驾驶功能。除此之外，在共享机动化领域，自动驾驶功能被认为是不可或缺的技术，也是实现共享需求的必经之路。