一款商用車動力總成的布置設(shè)計(jì)

郭森懷，譚喜峰

一款商用車動力總成的布置設(shè)計(jì)

郭森懷，譚喜峰

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，陜西 西安 710200）

動力總成在底盤上的布置是汽車整車布置工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，關(guān)系到駕駛室、懸架、貨廂等周邊零部件的安裝位置，也影響傳動系統(tǒng)的工作效率，合理地進(jìn)行動力總成布置設(shè)計(jì)，決定車輛的最終使用效果。文章通過對某車型動力總成的布置進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，提出該類設(shè)計(jì)的方法步驟和應(yīng)注意事項(xiàng)，確保達(dá)到理想的技術(shù)狀態(tài)，同時(shí)，也幫助設(shè)計(jì)人員有效規(guī)避設(shè)計(jì)過程中可能出現(xiàn)的考慮不全面或參數(shù)選取不合理等問題。

動力總成布置；布置設(shè)計(jì)；傳動效率

前言

動力總成是車輛的動力來源，在汽車的安裝位置非常重要，動力總成布置是整車布置工作中很重要的一項(xiàng)內(nèi)容。它與駕駛室、懸架、前軸、貨廂等周邊零部件的安裝位置相互關(guān)聯(lián)，相互制約。同時(shí)又決定了發(fā)動機(jī)外圍附件如進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)，影響傳動軸、后橋的安裝和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 動力總成定位的基本原則

（1）動力總成占據(jù)整車整備質(zhì)量的13%~20%，設(shè)計(jì)時(shí)要盡量降低其位置，以降低整車重心，提高車輛的穩(wěn)定性。

（2）要保證在前軸上跳至極限位置時(shí)，發(fā)動機(jī)與前軸及附件的垂直距離≮15mm，發(fā)動機(jī)與車身的靜態(tài)距離≮30-60mm（視不同駕駛室跳動量而定），水平距離≮30mm。

（3）在前軸上跳至極限位置時(shí)，發(fā)動機(jī)的油底殼不能低于前軸，避免道路上的石塊、鼓包等對油底殼造成損壞。

（4）動力總成的前后位置要考慮整車的軸荷，《汽車設(shè)計(jì)》推薦4X2車型空載前軸軸荷占比48%~54%，滿載前軸軸荷占比35%~45%[1]。

（5）要兼顧動力總成懸置支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及噴油泵、濾清器、起動機(jī)、發(fā)電機(jī)等發(fā)動機(jī)附件維修的便利性。

（6）要考慮進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的布置，管路的走向和連接，風(fēng)扇與散熱器間隙≮50mm。

（7）要保證動力總成與車架間隙≮20mm，從而避免行駛過程中動力總成的不規(guī)則運(yùn)動與車架發(fā)生干涉。

（8）為了保證傳動軸角度的合理，一般會將動力總成向下傾斜一定角度，以1-4°為宜。該角度不宜太大，否則會出現(xiàn)上坡時(shí)發(fā)動機(jī)一缸潤滑不良或者驅(qū)動橋上翹而引起潤滑不良。在設(shè)計(jì)完成后要進(jìn)行傳動系統(tǒng)的校核。

（9）要考慮不同車型、不同軸距、不同駕駛室的變化，盡量做到零部件的通用化。

2 動力總成的定位設(shè)計(jì)

2.1 動力總成定位的表述形式

動力總成定位包括上下位置、左右位置、前后位置以及與車架上平面的夾角。我們一般習(xí)慣于用以下基準(zhǔn)作為定位參數(shù)，具體如圖1所示：

X向：發(fā)動機(jī)飛輪殼后端面與曲軸交點(diǎn)到前軸中心線的距離（沿傾角）；

Y向：發(fā)動機(jī)曲軸中心線到汽車中心面的距離，一般取0；

Z向：發(fā)動機(jī)曲軸中心線在前軸平面的交點(diǎn)到車架下翼面的距離；

傾角α：發(fā)動機(jī)曲軸中心線與車架下翼面的夾角。

圖1 動力總成定位示意圖

2.2 車輛主要配置和初始安裝位置

本次分析是以4×2柴油載貨車為例，初步選用2.8升發(fā)動機(jī)、5檔手動箱、2.5噸級工字型前軸、3.5噸級單級驅(qū)動橋、排半駕駛室，軸距3350mm。

動力總成傾角暫按3°設(shè)定；前軸滿載輪心高為103mm，后橋滿載輪心高為133mm，傾角先定為3°，可以根據(jù)需要對這個(gè)角度進(jìn)行調(diào)整；駕駛室定位坐標(biāo)為（-784,0,347），邊地板距離整車坐標(biāo)系0點(diǎn)Z向尺寸為360mm；車架寬度800mm，縱梁截面190×65mm ；水箱后端面距前軸中心線330mm，水箱中心點(diǎn)距車架上平面100 mm；貨箱前端面與駕駛室后圍間距50mm，副梁高度100mm。

2.3 動力總成定位分析

2.3.1 X向

即前后方向，改尺寸主要是由駕駛室、冷卻系統(tǒng)、前軸、貨箱的位置所決定，尤其是駕駛室和冷卻系統(tǒng)。由于輕卡駕駛室地板不像重卡那樣有中間凸起的發(fā)動機(jī)罩，在駕駛室高度不能太高、冷卻模塊不能太低的前提下，直接決定了發(fā)動機(jī)位置無法靠前布置。輕卡的發(fā)動機(jī)油底殼一般大頭在后，剛好避開前軸級橫拉桿。

輕卡發(fā)動機(jī)外形尺寸比較小，基本可以落在駕駛室下方而不超出駕駛室后圍，所以對上裝不會造成影響，如圖2所示。按照發(fā)動機(jī)風(fēng)扇與水箱前后距離≮50mm，油底殼與前軸級橫拉桿前后間隙≮30mm，發(fā)動機(jī)與車身的上下距離≮40mm，可以初步確定發(fā)動機(jī)的前后位置，即X=-605mm。

圖2 輕卡發(fā)動機(jī)與駕駛室位置示意圖

最后對車輛的前后軸荷進(jìn)行計(jì)算，確保前軸空載軸荷占比59%，滿載前軸軸荷占比45%，基本滿足要求。

2.3.2 Y向

即左右方向，由于無特殊需求，將動力總成中心置于整車中心面，取值為Y=0。此時(shí)，發(fā)動機(jī)兩側(cè)最邊緣（包括將要連接的管子）在車架以下部分與車架翼面內(nèi)緣最小距離為46mm，大于規(guī)定的20mm，可以滿足發(fā)動機(jī)安裝和左右跳動的間隙要求。

2.3.3 Z向

即上下方向，前軸滿載輪心高為103mm，上跳65mm到達(dá)極限位置時(shí)為38mm，考慮到發(fā)動機(jī)上下跳動量最大為15mm，加上20mm安全余量，發(fā)動機(jī)油底殼距離前軸跳動極限的上下距離至少≮35mm；

駕駛室下跳量為30mm，所以靜態(tài)時(shí)發(fā)動機(jī)與駕駛室上下間隙≮65mm。

考慮到通過性，輕卡發(fā)動機(jī)油底殼、變速器殼體需比前軸最低點(diǎn)高出至少20-30mm，以避免行駛過程中路面不平時(shí)損壞發(fā)動機(jī)和變速器。還要考慮發(fā)動機(jī)風(fēng)扇與水箱的上下位置關(guān)系，通常推薦風(fēng)扇位于水箱中部或中上部，以保證冷卻效果最優(yōu)化。

整個(gè)動力總成超出駕駛室后圍的主要是變速器的離合器殼，考慮到上裝的布置，將變速器在上裝下面高出車架的部分控制在100mm以內(nèi)，就不會影響上裝。

綜合以上多個(gè)因素，初步確定發(fā)動機(jī)上下定位尺寸Z= 20mm。

2.3.4傾角α

傾角α初定是3°，通過調(diào)整該角度，可以改變發(fā)動機(jī)風(fēng)扇、油底殼、變速器輸出法蘭的高低位置，在一定程度上可以權(quán)衡發(fā)動機(jī)與周邊零部件的間隙。

在X、Y、Z尺寸初步確定后，要校核傳動軸的夾角是否合理。根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》要求，傳動軸與其連接的變速器輸出軸或中間傳動軸之間的夾角要求小于1°，伸縮傳動軸兩端的夾角要求3°~5°。確定傳動軸萬向節(jié)夾角后，需計(jì)算當(dāng)量夾角，一般應(yīng)使?jié)M載情況下的當(dāng)量夾角不大于3°。

按后橋輸入法蘭在空載狀態(tài)、滿載狀態(tài)、上跳極限狀態(tài)、下跳極限狀態(tài)時(shí)的坐標(biāo)，連接傳動軸，對夾角和當(dāng)量夾角進(jìn)行校核，均滿足相關(guān)要求。

所以，確定傾角α=3°。

2.4 總結(jié)

通過以上分析，基本可以確定動力總成的定位參數(shù)如下圖3：

X=-605mm，Y=0，Z=20mm，α=3°。

圖3 動力總成定位參數(shù)示意圖

3 結(jié)束語

在動力總成布置設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該了解設(shè)計(jì)要遵循的原則和邊界條件，充分考慮周邊零部件在靜態(tài)和動態(tài)的位置變化，考慮相關(guān)系統(tǒng)的安裝、維修的便利性，合理調(diào)整參數(shù)設(shè)置，權(quán)衡各相關(guān)系統(tǒng)的安裝空間，最大限度的減小對周邊的影響。同時(shí)兼顧不同軸距、車型的系列化設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)零部件的通用化。最后通過實(shí)際裝車驗(yàn)證，并不斷完善，最終完成動力總成定位設(shè)計(jì)的固化。

[1] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].吉林:機(jī)械工業(yè)出版社,2000年.

Layout Design of a Commercial Vehicle Powertrain

Guo Senhuai, Tan Xifeng

( Technology Center of Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

The layout of the powertrain on the chassis is an important part of the layout of the entire vehicle. It is related to the installation position of the cab, suspension, cargo compartment and other peripheral components, and also affects the efficiency of the transmission system. Assembly layout design determines the final use effect of the vehicle. This paper analyzes and designs the layout of the powertrain of a certain vehicle model, puts forward the method steps and precautions of this type of design, to ensure that the ideal technical state is achieved, and at the same time, it also helps designers to effectively avoid possible considerations in the design process. Comprehensive or unreasonable selection of parameters.

Powertrain layout; Layout design; Transmission efficiency

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.015

U463

A

1671-7988(2021)03-51-03

U463

A

1671-7988(2021)03-51-03

郭森懷，男，工程師，就職于陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司技術(shù)中心，從事新能源汽車開發(fā)研究。