一種低地板集成式獨立懸架前橋總成的研究

黃詳　董澤偉　胡小生

摘 要：相對于傳統的獨立懸架車橋總成，本文應用三維軟件設計一種低地板集成模塊式獨立懸架前橋總成，更適合匹配全承載式車身，下A型臂總成和左、右搖臂總成安裝在副車架總成上，進行集成模塊化，減少整個系統和車身連接點數，提高系統安裝精度，又能保證懸架系統和轉向系統的相對位置尺寸，進一步提高前輪定位參數的準確性。達到汽車能夠在路面上良好行駛，不易出現轉向不回正、輪胎磨損和跑偏等問題。

關鍵詞：純電動客車;獨立懸架;轉向系統;集成式

1 引言

隨著社會發展，城市公交車低地板化已經普及，且隨著客車汽車技術的發展，全承載車身已經也已經普及到整個客車領域，甚至部分全承載車身已經采用鋁合金結構。但在匹配傳統的獨立懸架車橋總成時，雖然能夠實現低地板化，但該車橋總成和全承載式車身的聯接點數較多，且轉向系統和獨立懸架系統分為兩個模塊單獨和車身進行聯接，使得整個前橋總成的安裝精度和轉向系統與懸架系統相對位置尺寸都難于保證，導致整個車輛的四輪定位參數不能滿足設計要求，使得車輛在運行過程中極易出現轉向不回正、輪胎磨損和跑偏等諸多問題。

應用三維軟件設計一種低地板集成模塊式獨立懸架前橋總成，包含獨立懸架系統和轉向系統，獨立懸架系統的下A型臂總成內側兩鉸接點和轉向系統中的左、右搖臂總成分別安裝在副車架總成上，副車架總成前后端再和車身聯接，即獨立懸架系統和轉向系統集成在一起，減少整個系統和車身聯接點數，提高系統安裝精度，又能保證兩系統的相對位置尺寸，進一步提高前輪定位參數的準確性。達到汽車能夠在路面上良好行駛，不易出現轉向不回正、輪胎磨損和跑偏等問題。

2 獨立懸架系統結構設計

獨立懸架的特點是同一個車橋上由兩個相互對立且左、右對稱的獨立懸架系統組成，每邊單獨和車身或副車架聯接。獨立懸架具有簧下質量小，受到并傳遞給車身的沖擊載荷小，能夠使車輪與地面更好地保持接觸;由于車橋的左、右車輪單獨跳動，相互影響較小，可減小車身的傾斜和振動;具有更好的抗側傾性能等優點。

目前市場前橋采用最多的是不等長雙橫臂獨立懸架結構，這種 懸架結構為獲得良好的綜合性能提高了廣泛的可能性。

如圖1所示，本文同樣采用不等長雙橫臂獨立懸架結構，顯示的結構示意圖為相互獨立且左、右對稱獨立懸架裝置，包含轉向節總成1，承載座總成2，下A型臂總成3，上A型臂總成4，減振器總成5，轉向節臂6，輪轂制動盤總成7，制動器總成8，主銷9，空氣彈簧總成10。

側傾中心的高度對操縱穩定性和輪胎磨損都有一定的影響。側傾中心較高，趨近車身質心，可以減小轉向時的側傾力臂，從而減小側傾力矩，使車身側傾角減小，有利于操縱穩定性。但是，較高的側傾中心必然使車身側傾時輪距變化較大，趨于加劇輪胎磨損。

如圖2所示，本文設計的獨立懸架系統，上、下A型臂總成采用不等長結構設計，且平面和Y軸具有一定的夾角，既能滿足整車低地板寬通道的布置要求，又能使側傾中心離地具有一定的高度，提高整車抗側傾性，又不因過高的側傾中心導致車身側傾時輪距變化較大，導致輪胎磨損。

3 轉向系統結構設計

轉向系統是用來保持或改變汽車行駛方向的機構，在汽車轉向行駛時，保證各轉向輪之間有協調的轉角關系。篇幅有限，本文只討論轉向系統中的轉向梯形結構設計。汽車的轉向梯形有整體式和斷開式兩種，由于匹配獨立懸架結構，要保證左、右車輪的跳動沒有互相影響，所以采用斷開式梯形結構，該梯形結構就是把普通梯形結構的橫拉桿由整體式改為三段式的梯形結構。

如圖3所示，本文所設計的轉向梯形結構包含轉向節臂6，左橫拉桿總成11，中間拉桿總成12，右橫拉桿總成13，右搖臂總成14，左搖臂總成15，轉向直拉桿總成16。

如圖4所示，既要滿足Ackerman轉向幾何關系，又要保證整車能夠布置低地板和集成模塊式的實現，還要有一定離地間隙，滿足整車的通過性，給轉向梯形結構設計帶來非常大的困難。因選定常用輪胎后，在低地板高度360mm的要求下，還要滿足至少大于140mm的離地間隙，導致可設計空間較小。經過多種方案設計，并在Adams軟件仿真分析對比后，最終設計成左、右搖臂總成的旋轉軸和Z向具有一定的角度，滿足Ackerman轉向幾何關系，也能夠實現低地板和集成模塊化等優點。

4 副車架總成結構設計

如圖5所示，副車架總成17設計成焊接結構件，主要是因不同車寬，導致副車架總成寬度（Y向尺寸）不一致，副車架總成的難于實現一致性，鑄件結構無法滿足。該總成包含前后兩端平板17a，可用螺栓或焊接方式連接車身;左、右兩側設有4個支座17b用于連接左、右下A型臂總成，還在兩側設有2個搖臂座17c用于連接左、右搖臂總成。

5 集成模塊式結構設計

圖6所示獨立懸架前橋總成為傳統結構，轉向系統布置車橋前方，左、右搖臂總成連接車身的兩點A1離懸架系統下A型臂總成的4點A3較遠，不利于兩系統相對位置尺寸的控制。轉向系統中連接左、右橫拉桿的2點A2離下A型臂總成比較近，因左、右搖臂總成在汽車轉向過程中需要旋轉，導致車身連接下A型臂總成的縱梁設計比較困難，剛度也不易保證。下A型臂總成和轉向系統連接車身總共需要6個位置，集成度不高，不利于尺寸保證。

圖7所示獨立懸架前橋總成結構為本文設計方案，轉向系統布置在車橋中部，左搖臂總成15、右搖臂總成14和下A型臂總成3全部安裝在副車架總成17上，副車架總成17再和車身連接，由原來的6個位置連接集成為2個位置17a連接，再加上副車架總成17采用工裝一次性焊接成型，系統尺寸比較容易保證。兩系統同時裝配在副車架總成上，整體集成度比較高，有利于提高前輪定位參數的準確性。達到汽車能夠在路面上良好行駛性能，不易出現轉向不回正，輪胎磨損和跑偏等問題。

6 獨立懸架前橋總成的工作過程

如圖8所示，懸架系統中的承載座總成2通過主銷9與轉向節總成1連接，輪轂制動盤總成7和制動器總成8通過內腔的輪轂軸承單元安裝在轉向節總成1上，車輪連接在輪轂制動盤總成7上，可實現汽車的行駛及制動功能;空氣彈簧總成10下端固定在承載座總成2的頂端，另一端連接在車身上，可實現汽車的承載功能;減振器總成5下端安裝在承載座總成2上，另一端連接在車身上，可實現汽車的減振功能;上A型臂總成4和下A型臂總成3一端分別通過銷軸連接在承載座總成2上， 承載座總成2就可以繞銷軸靈活轉動，可實現汽車車輪的上、下跳動功能。上A型臂總成4和下A型臂總成3另一端分別連接在車身和副車架總成17上，承擔車輪和車身之間傳遞所有的力和力矩功能。在轉向系統中，左搖臂總成15和右搖臂總成14的一端分別通過銷軸聯接在副車架總成17上，另一端還分別通過左轉向橫拉桿11和右轉向橫拉桿13與轉向節臂6聯接，兩搖臂總成中間部分還通過中間橫拉桿總成12相互聯接，轉向直拉桿總成16一端連接左搖臂總成15，另一端和方向機連接，從而實現汽車的轉向功能。

7 結論

通過以上方案設計，本文設計的低地板集成模塊式獨立懸架前橋總成，相對于傳統獨立懸架前橋總成，在滿足低地板為前提，下A型臂總成和搖臂總成同時裝配在副車架總成上，進行高度集成化，減少裝配點數，有利于系統尺寸控制，保證安裝精度，提高前輪定位參數的準確性。達到汽車能夠在路面上良好行駛，不易出現轉向不回正，輪胎磨損和跑偏等問題的目的，并為后續獨立懸架系統和轉向系統集成化方案提供一定的參考價值。如圖9所示，為參考本文設計產品的一種應用案例。

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