客車底盤總布置設計分析

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，這就對客車企業要求更高，為能夠適應用戶需求，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 整車及底盤參數的確定

根據市場調研，確定地方法規、用戶需求、車輛用途等，根據不同用途（公交、公路、校車）、使用條件不相同，對性能的選擇側重點也會不同；將需求轉化為技術特點及參數指標，則涉及的整車及底盤的主要技術參數主要有：整車的長寬高，軸距、前懸/后懸，底盤整備質量，最大軸載質量，最高車速，接近角/離去角，最小轉彎直徑，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、頂窗關閉狀態下，汽車的高度不超過4m，后視鏡等單側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對整備質量、汽車總長、汽車最小轉彎直徑、傳動軸長度、縱向通過半徑等有影響。當軸距短時，以上各指標減小。此外，軸距還對軸距分配、傳動軸夾角有影響。

2.2 汽車質量參數的確定（底盤整備質量，載質量）

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

2.3 汽車性能參數的確定（動力性、燃油經濟性）

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

車速快慢根據客車使用用途分為高速路上公路客車、城鄉結合處的巴士車，還有城市道路行駛的公交車，根據發動機的外特性和萬有特性進行選配動力總成并計算，不同用途的客車應選擇不同的發動機以達到燃油經濟性最佳。

3 動力總成選型

3.1 發動機的選型

發動機是車輛的一個重要組成部分，是汽車動力的來源。因此，整車的動力性和經濟性既取決于發動機自身的性能，又依賴于發動機與汽車的合理匹配。同樣的客車底盤，可以匹配不同類型以及不同排量的發動機。在發動機與車輛的匹配中，應根據具體的使用要求以及發動機的特點進行選型，并在匹配中進行進一步的必要調整。在匹配中應具有全局、系統的觀念，應分析發動機工作點的變化，盡量使發動機的常用工況位于經濟性較好的運行區域。

3.1.1 發動機的排放、功率、扭矩符合相關標準及車輛等級要求（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 發動機主要附件（燃油濾清器、渦輪增壓器、打氣泵、轉向泵、發電機、空調和風扇皮帶輪等）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 發動機外圍件如發動機進、排氣、冷卻、燃油、后處理、電器等系統的匹配（接口尺寸、配套規格、安裝要求等）。

3.1.4 離合器的選擇：傳遞扭矩滿足發動機、車重需求，后備系數在1.7-2.5之間（根據使用條件），與發動機、變速器的連接采用SAE標準接口。

3.1.5 發動機在總布置圖上的布置：發動機前后位置與上下位置一起進行布置，既要保證通過性又要保證發動機艙空間最小，增加車內空間。發動機前置底盤的發動機油底殼與前橋工字梁保證上下跳動干涉余量，后置發動機曲軸皮帶輪端面不超過車架尾梁，一般前置發動機安裝傾角為2°，后置發動機安裝傾角為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量夾角最小。發動機曲軸中心線左右方向一般情況下與車架中心線一致（后置發動機的曲軸中心線可適當靠近后橋主動齒輪中心線）；且發動機上最外端零件左右距離車架縱梁間隙分別不小于30mm，保證發動機懸置變形振動后發動機上零部件與車架無干涉。

3.2 變速箱的選型

在考慮變速系統的匹配時，應根據整車的具體用途及要求等將發動機與變速器集成，作為一個整體來進行設計與優化。應根據客車的使用條件及要求以及發動機的最大功率、最大扭矩及轉速和底盤總體設計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動機最大功率工況對應轉速的關系。同時考慮到汽車位于最高擋行駛的時間是最多的，從提高燃油經濟性的角度出發，使發動機工作在較低轉速下較為有利，可適當的減小最高擋的速比。

最低擋的確定應考慮最大爬坡度、附著率以及汽車最低穩定車速的要求。當選用的發動機功率相對較小時，則變速箱的速比應適當增大，以保證整車的動力性。

擋位數的確定從理論上是擋位越多越好，最理想的是無級變速，以適應復雜的使用條件，使汽車具有良好的動力性與經濟性，但實際上受到結構復雜性、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（應大于發動機最大扭矩的10%）及外形和安裝尺寸等。

3.3 后橋總成

后橋的主要技術參數有后橋載荷、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荷要求，制動器、制動力矩與整車負荷、工況適配。 驅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動機最大扭矩與變速器最低擋速比和主傳動比連乘積核算，應小于后橋的允許輸出扭矩；驅動橋速比可有多種選擇，能根據不同的發動機、變速箱組合兼顧整車動力性及經濟性；驅動橋能適應安裝多種緩速器的要求。

另外板簧座結構及焊裝有關尺寸，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、自動調整臂、研磨或精磨齒等技術要求。

4 繪制總布置圖時的注意事項

繪制底盤總布置圖必須建立三坐標系，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，從后往汽車前進方向看，向右為正，向上為正，向前為正。底盤上各坐標位置主要是為了保證與車身上裝部分不干涉，保證車身開發時與底盤相結合的部位能夠合理的進行定位開孔，另外是要滿足法規要求和校核一些運動干涉問題。底盤總布置圖上除了整車及底盤的主要技術參數整車的長寬高，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車架上表面離地高、輪胎滾動半徑、轉向器輸入軸中心坐標、方向盤中心坐標及角度、管柱花鍵可活動距離、換擋手柄及底座中心坐標、燃油箱尺寸位置及加油口坐標、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，前后橋跳動行程及吊耳擺角，發動機外圍各總成件的坐標位置、底盤上離地最低點和最高點的各位置。

5 干涉檢查和運動校核

在總體布置設計中，進行運動檢查包括從整車角度出發進行運動學正確的檢查；還有相對運動的部件和零件進行運動干涉檢查。為滿足底盤的正常使用，必須保證運動件間不能發生干涉，所以需對以下部件進行運動校核：內外輪轉動與直拉桿之間間隙、前橋工字梁與發動機油底殼或變速箱殼體最小運動間隙、后橋極限狀態與地板間隙、前后減震器行程、傳動軸跳動圖、最大擺角，及節間距長度變化、轉向器擺角行程與橋節臂擺角行程、轉向傳動機構與懸架運動的干涉量、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 結語

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