一款商用车动力总成的布置设计

郭森怀，谭喜峰

一款商用车动力总成的布置设计

郭森怀，谭喜峰

（陕西汽车集团有限责任公司技术中心，陕西 西安 710200）

动力总成在底盘上的布置是汽车整车布置工作的一项重要内容，关系到驾驶室、悬架、货厢等周边零部件的安装位置，也影响传动系统的工作效率，合理地进行动力总成布置设计，决定车辆的最终使用效果。文章通过对某车型动力总成的布置进行分析和设计，提出该类设计的方法步骤和应注意事项，确保达到理想的技术状态，同时，也帮助设计人员有效规避设计过程中可能出现的考虑不全面或参数选取不合理等问题。

动力总成布置；布置设计；传动效率

前言

动力总成是车辆的动力来源，在汽车的安装位置非常重要，动力总成布置是整车布置工作中很重要的一项内容。它与驾驶室、悬架、前轴、货厢等周边零部件的安装位置相互关联，相互制约。同时又决定了发动机外围附件如进气系统、排气系统、冷却系统等的设计，影响传动轴、后桥的安装和正常运转。

1 动力总成定位的基本原则

（1）动力总成占据整车整备质量的13%~20%，设计时要尽量降低其位置，以降低整车重心，提高车辆的稳定性。

（2）要保证在前轴上跳至极限位置时，发动机与前轴及附件的垂直距离≮15mm，发动机与车身的静态距离≮30-60mm（视不同驾驶室跳动量而定），水平距离≮30mm。

（3）在前轴上跳至极限位置时，发动机的油底壳不能低于前轴，避免道路上的石块、鼓包等对油底壳造成损坏。

（4）动力总成的前后位置要考虑整车的轴荷，《汽车设计》推荐4X2车型空载前轴轴荷占比48%~54%，满载前轴轴荷占比35%~45%[1]。

（5）要兼顾动力总成悬置支架的结构设计以及喷油泵、滤清器、起动机、发电机等发动机附件维修的便利性。

（6）要考虑进气系统、排气系统、冷却系统的布置，管路的走向和连接，风扇与散热器间隙≮50mm。

（7）要保证动力总成与车架间隙≮20mm，从而避免行驶过程中动力总成的不规则运动与车架发生干涉。

（8）为了保证传动轴角度的合理，一般会将动力总成向下倾斜一定角度，以1-4°为宜。该角度不宜太大，否则会出现上坡时发动机一缸润滑不良或者驱动桥上翘而引起润滑不良。在设计完成后要进行传动系统的校核。

（9）要考虑不同车型、不同轴距、不同驾驶室的变化，尽量做到零部件的通用化。

2 动力总成的定位设计

2.1 动力总成定位的表述形式

动力总成定位包括上下位置、左右位置、前后位置以及与车架上平面的夹角。我们一般习惯于用以下基准作为定位参数，具体如图1所示：

X向：发动机飞轮壳后端面与曲轴交点到前轴中心线的距离（沿倾角）；

Y向：发动机曲轴中心线到汽车中心面的距离，一般取0；

Z向：发动机曲轴中心线在前轴平面的交点到车架下翼面的距离；

倾角α：发动机曲轴中心线与车架下翼面的夹角。

图1 动力总成定位示意图

2.2 车辆主要配置和初始安装位置

本次分析是以4×2柴油载货车为例，初步选用2.8升发动机、5档手动箱、2.5吨级工字型前轴、3.5吨级单级驱动桥、排半驾驶室，轴距3350mm。

动力总成倾角暂按3°设定；前轴满载轮心高为103mm，后桥满载轮心高为133mm，倾角先定为3°，可以根据需要对这个角度进行调整；驾驶室定位坐标为（-784,0,347），边地板距离整车坐标系0点Z向尺寸为360mm；车架宽度800mm，纵梁截面190×65mm ；水箱后端面距前轴中心线330mm，水箱中心点距车架上平面100 mm；货箱前端面与驾驶室后围间距50mm，副梁高度100mm。

2.3 动力总成定位分析

2.3.1 X向

即前后方向，改尺寸主要是由驾驶室、冷却系统、前轴、货箱的位置所决定，尤其是驾驶室和冷却系统。由于轻卡驾驶室地板不像重卡那样有中间凸起的发动机罩，在驾驶室高度不能太高、冷却模块不能太低的前提下，直接决定了发动机位置无法靠前布置。轻卡的发动机油底壳一般大头在后，刚好避开前轴级横拉杆。

轻卡发动机外形尺寸比较小，基本可以落在驾驶室下方而不超出驾驶室后围，所以对上装不会造成影响，如图2所示。按照发动机风扇与水箱前后距离≮50mm，油底壳与前轴级横拉杆前后间隙≮30mm，发动机与车身的上下距离≮40mm，可以初步确定发动机的前后位置，即X=-605mm。

图2 轻卡发动机与驾驶室位置示意图

最后对车辆的前后轴荷进行计算，确保前轴空载轴荷占比59%，满载前轴轴荷占比45%，基本满足要求。

2.3.2 Y向

即左右方向，由于无特殊需求，将动力总成中心置于整车中心面，取值为Y=0。此时，发动机两侧最边缘（包括将要连接的管子）在车架以下部分与车架翼面内缘最小距离为46mm，大于规定的20mm，可以满足发动机安装和左右跳动的间隙要求。

2.3.3 Z向

即上下方向，前轴满载轮心高为103mm，上跳65mm到达极限位置时为38mm，考虑到发动机上下跳动量最大为15mm，加上20mm安全余量，发动机油底壳距离前轴跳动极限的上下距离至少≮35mm；

驾驶室下跳量为30mm，所以静态时发动机与驾驶室上下间隙≮65mm。

考虑到通过性，轻卡发动机油底壳、变速器壳体需比前轴最低点高出至少20-30mm，以避免行驶过程中路面不平时损坏发动机和变速器。还要考虑发动机风扇与水箱的上下位置关系，通常推荐风扇位于水箱中部或中上部，以保证冷却效果最优化。

整个动力总成超出驾驶室后围的主要是变速器的离合器壳，考虑到上装的布置，将变速器在上装下面高出车架的部分控制在100mm以内，就不会影响上装。

综合以上多个因素，初步确定发动机上下定位尺寸Z= 20mm。

2.3.4倾角α

倾角α初定是3°，通过调整该角度，可以改变发动机风扇、油底壳、变速器输出法兰的高低位置，在一定程度上可以权衡发动机与周边零部件的间隙。

在X、Y、Z尺寸初步确定后，要校核传动轴的夹角是否合理。根据《汽车设计》要求，传动轴与其连接的变速器输出轴或中间传动轴之间的夹角要求小于1°，伸缩传动轴两端的夹角要求3°~5°。确定传动轴万向节夹角后，需计算当量夹角，一般应使满载情况下的当量夹角不大于3°。

按后桥输入法兰在空载状态、满载状态、上跳极限状态、下跳极限状态时的坐标，连接传动轴，对夹角和当量夹角进行校核，均满足相关要求。

所以，确定倾角α=3°。

2.4 总结

通过以上分析，基本可以确定动力总成的定位参数如下图3：

X=-605mm，Y=0，Z=20mm，α=3°。

图3 动力总成定位参数示意图

3 结束语

在动力总成布置设计过程中，应该了解设计要遵循的原则和边界条件，充分考虑周边零部件在静态和动态的位置变化，考虑相关系统的安装、维修的便利性，合理调整参数设置，权衡各相关系统的安装空间，最大限度的减小对周边的影响。同时兼顾不同轴距、车型的系列化设计需求，实现零部件的通用化。最后通过实际装车验证，并不断完善，最终完成动力总成定位设计的固化。

[1] 王望予.汽车设计[M].吉林:机械工业出版社,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

郭森怀，男，工程师，就职于陕西汽车集团有限责任公司技术中心，从事新能源汽车开发研究。