客车底盘总布置设计分析

张国芳 喻典宏 李勇

南京依维柯汽车有限公司 江苏省南京市 210000 2.南京汽车集团有限公司汽车工程研究院 江苏省南京市

1 引言

随着人们生活品质的不断提升，用户对客车的需求越来越追求个性化，定制化，对各总成件的选型也要求更广，这就对客车企业要求更高，为能够适应用户需求，兼顾考虑一系列车型的系列化、通用化，使底盘具有一定的继承性和可拓展性，对总布置工程师的要求也就越高，则底盘总布置就显得更高重要。

2 整车及底盘参数的确定

根据市场调研，确定地方法规、用户需求、车辆用途等，根据不同用途（公交、公路、校车）、使用条件不相同，对性能的选择侧重点也会不同；将需求转化为技术特点及参数指标，则涉及的整车及底盘的主要技术参数主要有：整车的长宽高，轴距、前悬/后悬，底盘整备质量，最大轴载质量，最高车速，接近角/离去角，最小转弯直径，轮距，最大爬坡度，百公里油耗。

2.1 汽车主要尺寸确定（前悬、后悬和轴距的确定）

参考GB1589道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值，整体式客车的外廓尺寸通常为6-12m，不包括后视镜，汽车宽度不超过2.5m，空载、顶窗关闭状态下，汽车的高度不超过4m，后视镜等单侧外不得超过最大宽度处250mm，顶窗、换气装置开启时不得超过车高的300mm。一般根据整车长度和轴荷分配来确定前悬、后悬和轴距的长度。前悬长度一般根据车型的用途选定，如选择长前悬、平头车还是短头车，选择车轮前开门的长前悬车时需要考虑接近角，接近角影响汽车的通过性，另外前钢板弹簧长度也影响前悬尺寸。后悬尺寸对汽车通过性、汽车追尾时的安全性、汽车造型等有影响。后悬长度取决于轴距和轴荷分配以及离去角的大小，但不得超过轴距的65%，绝对值不大于3500mm。轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距短时，以上各指标减小。此外，轴距还对轴距分配、传动轴夹角有影响。

2.2 汽车质量参数的确定（底盘整备质量，载质量）

客车的整车质量以及轴荷分配对于总布置设计而言非常重要，他影响着车辆的操纵稳定性、乘坐舒适性、行驶安全性及燃油经济性等性能。客车总质量=整备质量+驾驶员和乘员质量+行李质量+附件质量，具体设计乘员人数和行李质量、最大设计装载质量的计算公式可以参考GB/T 12428 客车装载质量计算方法。

2.3 汽车性能参数的确定（动力性、燃油经济性）

汽车动力性参数包括最高车速、加速时间、上坡能力、比功率和比转矩等。燃油经济性用汽车在水平的水泥或者沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里的燃油消耗量来评价。

车速快慢根据客车使用用途分为高速路上公路客车、城乡结合处的巴士车，还有城市道路行驶的公交车，根据发动机的外特性和万有特性进行选配动力总成并计算，不同用途的客车应选择不同的发动机以达到燃油经济性最佳。

3 动力总成选型

3.1 发动机的选型

发动机是车辆的一个重要组成部分，是汽车动力的来源。因此，整车的动力性和经济性既取决于发动机自身的性能，又依赖于发动机与汽车的合理匹配。同样的客车底盘，可以匹配不同类型以及不同排量的发动机。在发动机与车辆的匹配中，应根据具体的使用要求以及发动机的特点进行选型，并在匹配中进行进一步的必要调整。在匹配中应具有全局、系统的观念，应分析发动机工作点的变化，尽量使发动机的常用工况位于经济性较好的运行区域。

3.1.1 发动机的排放、功率、扭矩符合相关标准及车辆等级要求（考虑型号、型式、缸径、冲程、排量、最大功率和扭矩、最低油耗、排放和外形尺寸等）；

3.1.2 发动机主要附件（燃油滤清器、涡轮增压器、打气泵、转向泵、发电机、空调和风扇皮带轮等）和飞壳轮、离合器及离合器壳、前后悬置支架及软垫等的配置有可选择性；

3.1.3 发动机外围件如发动机进、排气、冷却、燃油、后处理、电器等系统的匹配（接口尺寸、配套规格、安装要求等）。

3.1.4 离合器的选择：传递扭矩满足发动机、车重需求，后备系数在1.7-2.5之间（根据使用条件），与发动机、变速器的连接采用SAE标准接口。

3.1.5 发动机在总布置图上的布置：发动机前后位置与上下位置一起进行布置，既要保证通过性又要保证发动机舱空间最小，增加车内空间。发动机前置底盘的发动机油底壳与前桥工字梁保证上下跳动干涉余量，后置发动机曲轴皮带轮端面不超过车架尾梁，一般前置发动机安装倾角为2°，后置发动机安装倾角为4~5°，需保证曲轴中心线和后桥主动齿轮中心线上下趋于直线，使得满载和空载两种工况下的传动轴当量夹角最小。发动机曲轴中心线左右方向一般情况下与车架中心线一致（后置发动机的曲轴中心线可适当靠近后桥主动齿轮中心线）；且发动机上最外端零件左右距离车架纵梁间隙分别不小于30mm，保证发动机悬置变形振动后发动机上零部件与车架无干涉。

3.2 变速箱的选型

在考虑变速系统的匹配时，应根据整车的具体用途及要求等将发动机与变速器集成，作为一个整体来进行设计与优化。应根据客车的使用条件及要求以及发动机的最大功率、最大扭矩及转速和底盘总体设计提出的最高车速要求确定变速器的传动比范围，即变速器最低挡传动比与最高挡传动比的比值；

最高挡的确定主要考虑最高车速与发动机最大功率工况对应转速的关系。同时考虑到汽车位于最高挡行驶的时间是最多的，从提高燃油经济性的角度出发，使发动机工作在较低转速下较为有利，可适当的减小最高挡的速比。

最低挡的确定应考虑最大爬坡度、附着率以及汽车最低稳定车速的要求。当选用的发动机功率相对较小时，则变速箱的速比应适当增大，以保证整车的动力性。

挡位数的确定从理论上是挡位越多越好，最理想的是无级变速，以适应复杂的使用条件，使汽车具有良好的动力性与经济性，但实际上受到结构复杂性、制造成本等限制，基本客车上都选用五档和六档变速箱较多。

另外需考虑最大输入扭矩（应大于发动机最大扭矩的10%）及外形和安装尺寸等。

3.3 后桥总成

后桥的主要技术参数有后桥载荷、轮距、桥壳（钢板冲焊或铸造）截面尺寸、主减速器型式（双曲线齿轮、单级减速）及主减速比、板簧座（托）中心矩、最大输出扭矩等；

后桥主要考虑承载能力满足整车负荷要求，制动器、制动力矩与整车负荷、工况适配。 驱动桥的许用输出扭矩满足整车匹配要求，后桥最大输出扭矩是按发动机最大扭矩与变速器最低挡速比和主传动比连乘积核算，应小于后桥的允许输出扭矩；驱动桥速比可有多种选择，能根据不同的发动机、变速箱组合兼顾整车动力性及经济性；驱动桥能适应安装多种缓速器的要求。

另外板簧座结构及焊装有关尺寸，后桥壳总成（冲焊桥壳）减震器支架的焊装位置，后桥后制动器总成和制动气室的规格、主动齿轮凸缘及车轮螺栓与分布圆直径尺寸、配装或选装ABS、自动调整臂、研磨或精磨齿等技术要求。

4 绘制总布置图时的注意事项

绘制底盘总布置图必须建立三坐标系，以前轮中心线为X零线，以平直的大梁上表面为Z零线，以车架中心线为Y零线，从后往汽车前进方向看，向右为正，向上为正，向前为正。底盘上各坐标位置主要是为了保证与车身上装部分不干涉，保证车身开发时与底盘相结合的部位能够合理的进行定位开孔，另外是要满足法规要求和校核一些运动干涉问题。底盘总布置图上除了整车及底盘的主要技术参数整车的长宽高，轴距、前悬/后悬，接近角/离去角，轮距外，还需要明确以下各尺寸参数车架上表面离地高、轮胎滚动半径、转向器输入轴中心坐标、方向盘中心坐标及角度、管柱花键可活动距离、换挡手柄及底座中心坐标、燃油箱尺寸位置及加油口坐标、车架横梁及簧支架位置以及超出车架上平面各位置处的坐标，前后桥跳动行程及吊耳摆角，发动机外围各总成件的坐标位置、底盘上离地最低点和最高点的各位置。

5 干涉检查和运动校核

在总体布置设计中，进行运动检查包括从整车角度出发进行运动学正确的检查；还有相对运动的部件和零件进行运动干涉检查。为满足底盘的正常使用，必须保证运动件间不能发生干涉，所以需对以下部件进行运动校核：内外轮转动与直拉杆之间间隙、前桥工字梁与发动机油底壳或变速箱壳体最小运动间隙、后桥极限状态与地板间隙、前后减震器行程、传动轴跳动图、最大摆角，及节间距长度变化、转向器摆角行程与桥节臂摆角行程、转向传动机构与悬架运动的干涉量、车轮跳动的极限位置尺寸，轮罩尺寸校核、传动轴、后钢板弹簧U型螺栓与车架间隙。

6 结语

近年来，汽车的使用频率越来越高，加快了人的生活节奏，提高了工作效率，但是安全舒适一直是汽车设计者追求的目标，本文针对客车底盘的总布置设计研究，总结了设计时需要考虑的各个参数及总成选择，可给总布置设计者给予参考。