J XK6820 BEV客车制动点头问题的分析与处理

李湘臣，王心宏，李晓雷

（江西凯马百路佳客车有限公司，南昌　330013）



J XK6820 BEV客车制动点头问题的分析与处理

李湘臣，王心宏，李晓雷

（江西凯马百路佳客车有限公司，南昌330013）

摘要：针对JXK6820BEV客车严重的制动点头问题，通过对整车的动力电池进行重新布置，以降低整车质心高度，并优化前悬架结构，最终减轻了严重的制动点头问题。

关键词：JXK6820BEV客车；制动点头；纵倾角；质心高度

新开发的JXK6820BEV是一款纯电动客车。在试验验证时，发现存在严重的制动点头问题，车身纵倾明显，对车辆的操作稳定性、通过性、舒适性都有较大影响。为此，笔者对该车制动点头的问题进行分析，并对整车布置和悬架结构进行优化调整，从而减轻了严重的制动点头问题。

1　制动点头原因的分析

JXK6820BEV车辆的主要配置：驱动电机为永磁同步电机，额定功率/扭矩为100 kW/1 400 N·m；动力电池总电压/容量为537.6 V/300 Ah；前/后悬架型式为单纵臂/四连杆空气悬架；轮胎型号为255/70R22.5；制动系统型式为前后鼓式制动，装ABS。

主要技术参数设计值：轴距L/前轮距B1/后轮距B2分别为4 500 mm/2 036 mm/1 800 mm；车轮静力半径R 为435 mm；前轴荷G1空载/满载分别3 600 kg/4 500 kg；后轴荷G2空载/满载分别为6 000 kg/8 000 kg；总重Ga空载/满载分别为9 600 kg/12 500 kg；整车重心高度hg空载/满载分别为1 420 mm/1 440 mm；前悬/后悬非簧载质量Cu1/Cu2分别为700 kg/1 000 kg；前簧刚度C1空载/满载分别为80 N/mm/106 N/mm；后簧刚度C2空载/满载分别为110 N/mm/128 N/mm。

为了获得良好的乘坐舒适性，该车前、后悬都采用空气悬架；为了提高车内乘坐空间，按短后悬长轴距设计；为了提高整车（动力电池）的涉水能力和动力电池的恒温能力[1]，把动力电池全部安装在车辆后段驱动电机之上，前/后轴荷比值为30%/70%，符合设计要求（实车测量值）。主要布置见图1。

影响制动点头的主要因素分析如下：

1）轴距。4.5 m长的轴距已经达到常规9 m车的水平，而该整车长只有8.2 m，所以排除该因素的影响。

2）质心结构及高度[2]。常规车质心高度应当在1.2～1.3 m之间，此车质心高度达到1.4 m多，应是影响因素之一。

3）悬架结构及参数，包括纵倾角刚度和纵倾力臂[3]。为了求解是否与这两个因素有关，需进行悬架的动力学分析[4]。

2　纵倾角的理论计算及试验测试

首先对车辆的纵倾角[5]进行理论计算。

2.1中性面位置计算

纵倾中性面的计算公式为

式中：a1为中性面到前轴的水平距离，mm；C1、C2分别为前后悬架单边刚度，N/mm；L为轴距，mm。将有关数据代入公式得出a1：在空载时为2 605 mm；在满载时为2 462 mm。

2.2整车纵倾角刚度计算

整车纵倾角刚度Cθ计算公式为

将有关数据代入公式得出Cθ，在空载时为2.46× 109N·m/rad，在满载时为3.02×109N·m/rad。

2.30.5 g制动纵倾角计算

迄今为止，还没有涉及纵倾的标准或指标限值，国内有资料[6]推荐：在0.5 g减速度作用下，纵倾角θ应小于等于1.5°。

0.5g制动纵倾角θ的计算公式[6]为

式中：ms为簧载质量，kg；hθ为纵倾力臂（作图数据），mm。代入相关数据计算得出：0.5 g制动纵倾角θ，在空载时为3.43°，在满载时为3.31°，比国内资料[6]推荐的纵倾角θ≤1.5°大了很多，不满足要求。

2.4验证测试

为了验证计算的准确性，还做了制动纵倾角的简易测试。首先制作了单向滑动的测量高度变化的工装，安装在汽车最前端；再选择一条路面平坦笔直的道路和试验经验丰富的驾驶员；计算0.5 g减速度作用下制动距离长度，在规定的制动距离内反复实车试验几次，让制动减速度尽量接近0.5g；然后根据测量工装的高度变化及到零线X向的距离作图。根据作图可以得出制动时的纵倾角。根据以上步骤实测，该空车的制动纵倾角度为3.6°。因此，可以怀疑该制动点头与纵倾角过大有关。

3　改进措施及结果验证

3.1悬架刚度改进

由于降低质心高度需要重新布置整车，在现有样车的基础上实现困难，所以先不采用；先采用简单快捷的方法：更换刚度更大的前悬架气囊[7]，和与之匹配的减振器，通过改变悬架刚度来实现。实际改善效果不明显，以失败告终。

3.2整车重新布置设计

方案一：悬架不更改、整车外边界几何尺寸不变，重新进行布置以降低质心高度[8]。从结构分析看，只有优化电池布置，才能有效降低质心高度。通过把后6箱电池中的上面4箱布置到中间地板之下，理论计算整车质心高度为空载：1 230 mm，满载：1 260 mm。按新的质心高度，0.5 g制动纵倾角θ空载时为2.1°，满载时为2.11°。不满足纵倾角θ≤1.5°的设计要求，见图2。

方案二：电池布置不更改，整车外边界几何尺寸不变，更换前悬架结构：由单纵臂[9]结构，见图3；变更为5连杆结构[10]，见图4。从结构、运动学、约束反力分析上可知，5连杆结构抗纵倾更优于单纵臂结构，但结构更复杂。按新的前悬架结构，0.5 g制动纵倾角θ空载时为2.61°，满载时为2.5°，不满足纵倾角θ≤1.5°的设计要求。

方案三：在方案一和方案二都不能满足要求的情况下，保证整车外边界几何尺寸不变。既优化电池布置，又更改前悬架结构。0.5 g制动纵倾角θ空载时为1.47°，满载时为1.5°，满足纵倾角θ≤1.5°的设计要求。

3.3结果验证

按方案三重新设计、制作样车，通过与前面同样的简易测试得出，改进后，样车的制动纵倾角度空载为1.45°，≤1.5°的要求，制动时无明显点头现象[11]，问题得到解决。

4　结束语

本文阐述了8 m客车在试验验证中出现严重的制动点头问题。针对此问题进行了分析和测试，并根据分析和测试的结果对整车悬架、整车质心进行了改进处理，最终减轻了制动点头的问题。

参考文献：

[1]赵南，田钧.基于空调技术的纯电动车电池系统恒温装置的研究[J].制冷学报，2013（2）：96-102.

[2]周良生，秦明华.多轴汽车车身稳定性的研究[J].汽车工程，2000，22（3）：214.

[3]顾君，宁国宝，余桌平.燃料电池汽车整车纵向质心位置对车辆稳定性的影响[J].机械设计，2010（6）：22-26.

[4]余志生.汽车理论[M].5版.北京：机械工业出版社，2010.5.

[5]陈耀明.汽车悬架论文集[G].苏州：苏州大学出版社，2012.9.

[6]刘惟信.汽车设计[M].北京：清华大学出版社，2001.7.

[7]王光潮.汽车的制动过程与悬架系统的抗“点头”性能分析[J].吉林工业大学学报，1983（2）.

[8]李冰.双层客车制动点头问题分析[G].中国客车行业发展论坛论文集，2009.11.

[9]周华.单纵臂式悬架主体结构形式的研究[J].装备制造技术，2011（9）：14-16.

[10]吕振华，徐建国.五连杆悬架的刚体运动学和弹性运动学分析[J].汽车技术，2002（11）：10-14.

[11]徐贇，陈真.整车制动性动态主观评价研究[J].机械，2014，41（12）：31-35.

修改稿日期：2015-09-25

Analysis and Processing on Braking Nod Problem of JXK6820BEV Bus

Li Xiangchen, Wang Xinhong, Li Xiaolei
（Jiangxi Bonluck Bus Co., Ltd, Nanchang330013, China）

Abstract：According to the serious braking nod problem of JXK6820BEV bus, the vehicle power batteries are rearranged in order to reduce the vehicle mass center height, and the structure of the front suspension are optimized, finallythe serious brakingnod problemis reduced.

Key words:JXY6820BEVbus; brakingnod; longitudinal angle; mass center height

中图分类号：U463.5

文献标志码：B

文章编号：1006-3331（2016）02-0034-03

作者简介：李湘臣（1978-），男，主任工程师；研究方向：整车总布置。