客車底盤總布置設(shè)計(jì)分析

張國芳 喻典宏 李勇

南京依維柯汽車有限公司 江蘇省南京市 210000 2.南京汽車集團(tuán)有限公司汽車工程研究院 江蘇省南京市

1 引言

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提升，用戶對客車的需求越來越追求個性化，定制化，對各總成件的選型也要求更廣，這就對客車企業(yè)要求更高，為能夠適應(yīng)用戶需求，兼顧考慮一系列車型的系列化、通用化，使底盤具有一定的繼承性和可拓展性，對總布置工程師的要求也就越高，則底盤總布置就顯得更高重要。

2 整車及底盤參數(shù)的確定

根據(jù)市場調(diào)研，確定地方法規(guī)、用戶需求、車輛用途等，根據(jù)不同用途（公交、公路、校車）、使用條件不相同，對性能的選擇側(cè)重點(diǎn)也會不同；將需求轉(zhuǎn)化為技術(shù)特點(diǎn)及參數(shù)指標(biāo)，則涉及的整車及底盤的主要技術(shù)參數(shù)主要有：整車的長寬高，軸距、前懸/后懸，底盤整備質(zhì)量，最大軸載質(zhì)量，最高車速，接近角/離去角，最小轉(zhuǎn)彎直徑，輪距，最大爬坡度，百公里油耗。

2.1 汽車主要尺寸確定（前懸、后懸和軸距的確定）

參考GB1589道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值，整體式客車的外廓尺寸通常為6-12m，不包括后視鏡，汽車寬度不超過2.5m，空載、頂窗關(guān)閉狀態(tài)下，汽車的高度不超過4m，后視鏡等單側(cè)外不得超過最大寬度處250mm，頂窗、換氣裝置開啟時不得超過車高的300mm。一般根據(jù)整車長度和軸荷分配來確定前懸、后懸和軸距的長度。前懸長度一般根據(jù)車型的用途選定，如選擇長前懸、平頭車還是短頭車，選擇車輪前開門的長前懸車時需要考慮接近角，接近角影響汽車的通過性，另外前鋼板彈簧長度也影響前懸尺寸。后懸尺寸對汽車通過性、汽車追尾時的安全性、汽車造型等有影響。后懸長度取決于軸距和軸荷分配以及離去角的大小，但不得超過軸距的65%，絕對值不大于3500mm。軸距L對整備質(zhì)量、汽車總長、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑等有影響。當(dāng)軸距短時，以上各指標(biāo)減小。此外，軸距還對軸距分配、傳動軸夾角有影響。

2.2 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定（底盤整備質(zhì)量，載質(zhì)量）

客車的整車質(zhì)量以及軸荷分配對于總布置設(shè)計(jì)而言非常重要，他影響著車輛的操縱穩(wěn)定性、乘坐舒適性、行駛安全性及燃油經(jīng)濟(jì)性等性能。客車總質(zhì)量=整備質(zhì)量+駕駛員和乘員質(zhì)量+行李質(zhì)量+附件質(zhì)量，具體設(shè)計(jì)乘員人數(shù)和行李質(zhì)量、最大設(shè)計(jì)裝載質(zhì)量的計(jì)算公式可以參考GB/T 12428 客車裝載質(zhì)量計(jì)算方法。

2.3 汽車性能參數(shù)的確定（動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性）

汽車動力性參數(shù)包括最高車速、加速時間、上坡能力、比功率和比轉(zhuǎn)矩等。燃油經(jīng)濟(jì)性用汽車在水平的水泥或者瀝青路面上，以經(jīng)濟(jì)車速或多工況滿載行駛百公里的燃油消耗量來評價(jià)。

車速快慢根據(jù)客車使用用途分為高速路上公路客車、城鄉(xiāng)結(jié)合處的巴士車，還有城市道路行駛的公交車，根據(jù)發(fā)動機(jī)的外特性和萬有特性進(jìn)行選配動力總成并計(jì)算，不同用途的客車應(yīng)選擇不同的發(fā)動機(jī)以達(dá)到燃油經(jīng)濟(jì)性最佳。

3 動力總成選型

3.1 發(fā)動機(jī)的選型

發(fā)動機(jī)是車輛的一個重要組成部分，是汽車動力的來源。因此，整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性既取決于發(fā)動機(jī)自身的性能，又依賴于發(fā)動機(jī)與汽車的合理匹配。同樣的客車底盤，可以匹配不同類型以及不同排量的發(fā)動機(jī)。在發(fā)動機(jī)與車輛的匹配中，應(yīng)根據(jù)具體的使用要求以及發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行選型，并在匹配中進(jìn)行進(jìn)一步的必要調(diào)整。在匹配中應(yīng)具有全局、系統(tǒng)的觀念，應(yīng)分析發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)的變化，盡量使發(fā)動機(jī)的常用工況位于經(jīng)濟(jì)性較好的運(yùn)行區(qū)域。

3.1.1 發(fā)動機(jī)的排放、功率、扭矩符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及車輛等級要求（考慮型號、型式、缸徑、沖程、排量、最大功率和扭矩、最低油耗、排放和外形尺寸等）；

3.1.2 發(fā)動機(jī)主要附件（燃油濾清器、渦輪增壓器、打氣泵、轉(zhuǎn)向泵、發(fā)電機(jī)、空調(diào)和風(fēng)扇皮帶輪等）和飛殼輪、離合器及離合器殼、前后懸置支架及軟墊等的配置有可選擇性；

3.1.3 發(fā)動機(jī)外圍件如發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣、冷卻、燃油、后處理、電器等系統(tǒng)的匹配（接口尺寸、配套規(guī)格、安裝要求等）。

3.1.4 離合器的選擇：傳遞扭矩滿足發(fā)動機(jī)、車重需求，后備系數(shù)在1.7-2.5之間（根據(jù)使用條件），與發(fā)動機(jī)、變速器的連接采用SAE標(biāo)準(zhǔn)接口。

3.1.5 發(fā)動機(jī)在總布置圖上的布置：發(fā)動機(jī)前后位置與上下位置一起進(jìn)行布置，既要保證通過性又要保證發(fā)動機(jī)艙空間最小，增加車內(nèi)空間。發(fā)動機(jī)前置底盤的發(fā)動機(jī)油底殼與前橋工字梁保證上下跳動干涉余量，后置發(fā)動機(jī)曲軸皮帶輪端面不超過車架尾梁，一般前置發(fā)動機(jī)安裝傾角為2°，后置發(fā)動機(jī)安裝傾角為4~5°，需保證曲軸中心線和后橋主動齒輪中心線上下趨于直線，使得滿載和空載兩種工況下的傳動軸當(dāng)量夾角最小。發(fā)動機(jī)曲軸中心線左右方向一般情況下與車架中心線一致（后置發(fā)動機(jī)的曲軸中心線可適當(dāng)靠近后橋主動齒輪中心線）；且發(fā)動機(jī)上最外端零件左右距離車架縱梁間隙分別不小于30mm，保證發(fā)動機(jī)懸置變形振動后發(fā)動機(jī)上零部件與車架無干涉。

3.2 變速箱的選型

在考慮變速系統(tǒng)的匹配時，應(yīng)根據(jù)整車的具體用途及要求等將發(fā)動機(jī)與變速器集成，作為一個整體來進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。應(yīng)根據(jù)客車的使用條件及要求以及發(fā)動機(jī)的最大功率、最大扭矩及轉(zhuǎn)速和底盤總體設(shè)計(jì)提出的最高車速要求確定變速器的傳動比范圍，即變速器最低擋傳動比與最高擋傳動比的比值；

最高擋的確定主要考慮最高車速與發(fā)動機(jī)最大功率工況對應(yīng)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。同時考慮到汽車位于最高擋行駛的時間是最多的，從提高燃油經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，使發(fā)動機(jī)工作在較低轉(zhuǎn)速下較為有利，可適當(dāng)?shù)臏p小最高擋的速比。

最低擋的確定應(yīng)考慮最大爬坡度、附著率以及汽車最低穩(wěn)定車速的要求。當(dāng)選用的發(fā)動機(jī)功率相對較小時，則變速箱的速比應(yīng)適當(dāng)增大，以保證整車的動力性。

擋位數(shù)的確定從理論上是擋位越多越好，最理想的是無級變速，以適應(yīng)復(fù)雜的使用條件，使汽車具有良好的動力性與經(jīng)濟(jì)性，但實(shí)際上受到結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、制造成本等限制，基本客車上都選用五檔和六檔變速箱較多。

另外需考慮最大輸入扭矩（應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大扭矩的10%）及外形和安裝尺寸等。

3.3 后橋總成

后橋的主要技術(shù)參數(shù)有后橋載荷、輪距、橋殼（鋼板沖焊或鑄造）截面尺寸、主減速器型式（雙曲線齒輪、單級減速）及主減速比、板簧座（托）中心矩、最大輸出扭矩等；

后橋主要考慮承載能力滿足整車負(fù)荷要求，制動器、制動力矩與整車負(fù)荷、工況適配。 驅(qū)動橋的許用輸出扭矩滿足整車匹配要求，后橋最大輸出扭矩是按發(fā)動機(jī)最大扭矩與變速器最低擋速比和主傳動比連乘積核算，應(yīng)小于后橋的允許輸出扭矩；驅(qū)動橋速比可有多種選擇，能根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)、變速箱組合兼顧整車動力性及經(jīng)濟(jì)性；驅(qū)動橋能適應(yīng)安裝多種緩速器的要求。

另外板簧座結(jié)構(gòu)及焊裝有關(guān)尺寸，后橋殼總成（沖焊橋殼）減震器支架的焊裝位置，后橋后制動器總成和制動氣室的規(guī)格、主動齒輪凸緣及車輪螺栓與分布圓直徑尺寸、配裝或選裝ABS、自動調(diào)整臂、研磨或精磨齒等技術(shù)要求。

4 繪制總布置圖時的注意事項(xiàng)

繪制底盤總布置圖必須建立三坐標(biāo)系，以前輪中心線為X零線，以平直的大梁上表面為Z零線，以車架中心線為Y零線，從后往汽車前進(jìn)方向看，向右為正，向上為正，向前為正。底盤上各坐標(biāo)位置主要是為了保證與車身上裝部分不干涉，保證車身開發(fā)時與底盤相結(jié)合的部位能夠合理的進(jìn)行定位開孔，另外是要滿足法規(guī)要求和校核一些運(yùn)動干涉問題。底盤總布置圖上除了整車及底盤的主要技術(shù)參數(shù)整車的長寬高，軸距、前懸/后懸，接近角/離去角，輪距外，還需要明確以下各尺寸參數(shù)車架上表面離地高、輪胎滾動半徑、轉(zhuǎn)向器輸入軸中心坐標(biāo)、方向盤中心坐標(biāo)及角度、管柱花鍵可活動距離、換擋手柄及底座中心坐標(biāo)、燃油箱尺寸位置及加油口坐標(biāo)、車架橫梁及簧支架位置以及超出車架上平面各位置處的坐標(biāo)，前后橋跳動行程及吊耳擺角，發(fā)動機(jī)外圍各總成件的坐標(biāo)位置、底盤上離地最低點(diǎn)和最高點(diǎn)的各位置。

5 干涉檢查和運(yùn)動校核

在總體布置設(shè)計(jì)中，進(jìn)行運(yùn)動檢查包括從整車角度出發(fā)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)正確的檢查；還有相對運(yùn)動的部件和零件進(jìn)行運(yùn)動干涉檢查。為滿足底盤的正常使用，必須保證運(yùn)動件間不能發(fā)生干涉，所以需對以下部件進(jìn)行運(yùn)動校核：內(nèi)外輪轉(zhuǎn)動與直拉桿之間間隙、前橋工字梁與發(fā)動機(jī)油底殼或變速箱殼體最小運(yùn)動間隙、后橋極限狀態(tài)與地板間隙、前后減震器行程、傳動軸跳動圖、最大擺角，及節(jié)間距長度變化、轉(zhuǎn)向器擺角行程與橋節(jié)臂擺角行程、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)與懸架運(yùn)動的干涉量、車輪跳動的極限位置尺寸，輪罩尺寸校核、傳動軸、后鋼板彈簧U型螺栓與車架間隙。

6 結(jié)語

近年來，汽車的使用頻率越來越高，加快了人的生活節(jié)奏，提高了工作效率，但是安全舒適一直是汽車設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)，本文針對客車底盤的總布置設(shè)計(jì)研究，總結(jié)了設(shè)計(jì)時需要考慮的各個參數(shù)及總成選擇，可給總布置設(shè)計(jì)者給予參考。