基于平台化的重卡车架设计开发

王婉莹

摘 要：车架不仅是整车的主要承载件之一，而且是与其他系统边界关联最多的共享模块，整车的很多零部件都直接或间接的安装在车架上。在商用车平台化设计中，车架设计的好坏，直接影响到后期产品的可拓展性及技术兼容性，影响到变形产品拓展的难易程度。在商用汽车竞争日趋激烈的情况下，如何快速响应市场，提供市场所需产品，车架设计的重要性更是不言而喻。本文结合实际项目经验，总结和探讨了平台化设计中，车架设计的主要内容，前部宽度、后部宽度、变截面长度及拐点位置，孔位布局等关键参数的设计，以及需要注意事项，旨在对平台化设计中车架的设计开发提供参考依据。

关键词：车架 重卡 平台化 开发

1 平台化设计相关概念

1.1 平台

不同资料对平台的定义不尽相同[1-4]，但是核心内容相似，即相同架构和共享模块的集合。平台的核心是建立规则、界面和接口，实现开发模块化。

1.2 平台化

平台化是一种产品的开发方法，其核心是用有限的模块组合出更多产品，尽可能实现模块化，从而提高零部件的通用化率[5]。平台化是基于平台进行的。

1.3 产品平台

产品平台通常是由一个或几个架构和共享模块构建组成。产品平台应既有良好的技术兼容性和扩展性，又有市场和技术的前瞻性[6]。

2 平台化的车架设计

平台化的车架设计，其主要目的是，减少车架品系，提高不同产品类型之间车架接口的一致性和兼容性，从而提高安装在车架上的零部件的通用性和互换性，以期降低成本，并且利于变形产品的拓展。

平台化车架设计，主要涉及到车架的前部宽度设计、后部宽度设计、变截面长度（拐点位置）设计、幅高设计、孔位设计等内容。

2.1 车架前部宽度

2.1.1 车架前宽设计原则

（1）满足规划的动力总成落装。

（2）满足产品的转弯半径竞争力需求。

2.1.2 影响车架前部宽度的主要因素

影响车架前部寬度的主要因素有以下内容。

（1）发动机规划及布置落装。

前部车架宽度必须保证规划范围内最大边界发动机顺利落装。一般情况下，车架翼面切割后宽度应不小于50mm（风扇区域不受此限制），发动机落装空间为单边预留30mm。校核方法为：按照落装间隙要求，在catia软件中做出落装平面，检查落装平面与发动机的干涉情况。有干涉情况说明不满足要求，需要调整发动机附件位置或者是车架宽度，如果无干涉则为满足要求。另外，兼顾未来市场的变化，考虑到产品的兼容性和动力性的升级，还应考虑未来动力链升级发动机的落装可行性。

（2）发动机风扇尺寸规划。

发动机风扇X向一般落在车架的前部延伸拓展区域，即前接梁部位，此部分工艺落装间隙要求同发动机，通过左右前接梁空间宽度来保证。

（3）冷却模块规划。

结合发动机规划，以及现平台产品的散热面积情况，进行冷却模块散热能力计算，评估计算冷却模块不同的放置形式（纵向长还是横向长）的差异，以及冷却模块的进出气口位置（顶置还是侧置），对冷却模块规格进行规划。冷却模块与左右前接梁或车架纵梁的间隙一般按照单边15mm以上预留。

（4）变速器、缓速器规划。

受生产节拍限制，一般主机厂都是动力总成总体落装，即发动机和变速器及缓速器管路装配好后一起落装。车架宽度设定必须考虑总体落装的便利性，尤其是缓速管路。

（5）前板簧中心距及第一前桥板簧支座安装形式。

主要关注是独立板簧支座还是与前接梁集成，板簧支座与车架下翼面是否连接，结构设计是否便利。

（6）前轴轮辋安装端面距、车轮厚度及轮胎规格。

为满足国家法规限宽要求，一般中宽驾驶室车型控制宽度不超过2500mm，宽体驾驶室车型控制宽度不超过2550mm。需要注意的是，前轮是否带螺母护罩。不带螺母护罩，前部最宽处为前轴螺母，如果带螺母护罩，应计算螺母护罩长度，计算公式为：前桥轮辋安装端面距+车轮厚度*2+车轮螺母护罩长度*2，此值不应超过法规宽度限值。

（7）前轮转角设计。

最基本的要求是满足通道圆法规及最小转弯半径要求，在此基础上，参照竞品，提升产品的机动性能，尽可能增大车轮转角。需要注意的是，需要校核转向拉杆与车架、悬架、减振器的间隙，尤其是与第一前桥板簧销轴的距离。除了模拟分析外，在有条件的情况下，尽可能实物验证此处的间隙情况。另外，还需考虑前接梁的方案可行性及结构难易程度。

（8）不同产品线车架宽度。

一般情况下，牵引车使用发动机排量较大，其他车辆，如载货车、自卸车、搅拌车等，发动机排量较牵引车小。所以，牵引车车架设计前部宽度会较其他车辆宽一些，满足动力需求；其他车辆前部宽度窄一些，用于增大车轮内外转角，提升机动性，或者是给转向机支架、脚踏支架、上驾驶室管线束预留较大空间，方便进行结构布置设计。另外，还应对不同产品线之间、或者是同一产品线不同平台产品之间，是否使用相同前部宽度进行评估，建议分析时使用WHTO法，对前部模块的通用性，如前接梁、发动机前悬置软垫及发动机支架、一桥减振器支架、前桥横向稳定杆支架、转向拉杆和转向摇臂支座、车架的成型工艺及模具等，进行通用化分析，尽可能减少种类。

2.2 车架后部宽度

2.2.1 车架后宽设计原则

（1）匹配规划轮胎、车轮及驱动桥宽度满足法规限制。

（2）其余附件，如油箱、EGP、蓄电池箱体、尿素罐、空滤器、侧裙板或侧防护装配后满足法规限制。

（3）满足法规限制时，尽量增大车架后部宽度，保证车架内侧部件的装配空间。

（4）尽量减少车架种类。

2.2.2 影响车架后部宽度的主要因素

（1）法规限制。

国内重卡产品一般都按照GB 1589外宽尺寸限制2550mm进行控制，但部分区域产品，为了降低成本重量，会按照2500mm控制。另外，对于销往越南、澳大利亚、马来西亚、菲律宾、印尼等国家车辆，一般有外宽限制，外宽也按照2500mm控制。

（2）轮胎型号及车轮规格。

双胎车型后部外宽计算按照：整车宽度=轮辋安装端面距+轮辐厚度*2+轮胎端面宽度+车轮偏置距*2（双胎中心距）

（3）后悬架形式。

主要是平衡轴的安装连接方式、板簧的宽度及板簧中心距，需注意板簧压板的安装连接，平衡轴端盖与轮胎的间隙。

（4）驱动桥（轮辋安装距）。轮辋安装距一般按照最厚的轮辐厚度来进行设计，在进行外宽计算时，除了满足限宽要求，还需结合实际使用工况情况，例如自卸车在超载时的轮胎并胎问题也应同步考虑。

（5）动力悬置形式及落装。

一般牵引车的车架第二折弯点在动力总成之后，但是像平板车、自卸车、搅拌车等带有上装的车辆，车架第二折弯点设置在车身后悬置之前。这时，应结合动力总成悬置的形式，是否有辅助悬置，是否匹配缓速器等，进行间隙及安装工具空间的校核。悬置软垫与变速箱本体间隙一般按照20mm控制。

2.3 车架变截面长度及位置设计

一般主机厂车架设计，都是尽量在一个方向上进行变截面设计，常用的是Y向和Z向，也有的主机厂在Y向和Z向上都进行变截面设计。在两个方向上都进行变截面设计的车架，由于车架模具较复杂，无法辊压成型，而且工艺加工精度较难保证，所以逐步在减少。现在市场上常见的车架通常是Y向即宽度方向单方向变截的车架，此种类型车架，既可以冲压成型也可以辊压成型。辊压成型时，不需要冲压成型的定位孔，减少了定位孔对车架零部件安装及车架强度的影响，另外产品变化时如果车架幅高变化不会受到限制，推荐使用。

车架变截面长度，一般控制车架折弯角度不大于7°，最小长度不应小于300mm。牵引车变截面长度较长，其他带上装类的车辆车架变截面长度较短，主要是受限于上装副车架的安装，此类车辆，变截面长度建议不超过车身后悬置位置，否则会影响到副车架的连接贴合，会导致副车架工艺复杂，成本增加，目前市场上能见到的副车架基本都是通直梁结构形式。

车架变截面长度，除了考虑工艺成型，副车架安装，还应考虑对车架左右侧安装零部件的影响，是否要加斜垫块，是否会影响生产节拍等，都应进行影响评估。

2.4 车架孔位布局

为了提升产品拓展的难易程度，在产品配置变化时，不引起车架的变化，近几年来，各主机厂纷纷推出标准孔位的车架，但是标准化的程度不同，有的是局部标准孔位设计，有的是从前至后的完全标准孔位设计。局部标准孔和完全标准孔设计，各有利弊，在进行设计时，应依据自身企业的实际工艺情况进行，不能一概而论。标准孔的车架设计，应注意各零部件的安装防错。

车架标准孔位设计时，很关键的一项工作是，车架孔位的起始位置和Z向排布。

2.4.1 车架标准孔孔位起始位置

大部分主机厂，车架的标准孔起始位置是，满载时车架前一轴的中心轴线，即与整车坐标原点位置重合。在实际设计中，发现此方案并非最优。起始位置应结合悬架硬点来设定。前部标准孔的位置确定，应结合悬架系统的板簧长度规划，按照销轴中心的位置来进行确定。具体为：以销轴中心为对称中心，向前后起标准孔。此种做法的优势在于，可以减小板簧支架的种类，提高板簧支架互换性，降低板簧支架的管理成本，以及避免后期拓展车型板簧支架种类多造成的错误。后部标准孔，应结合后平衡轴的安装或者是中后桥轴距进行确定，一般以平衡轴中心或中后桥中心为对称中心，向前后两边起标准孔。有的情况下，会出现标准孔“断开”情况，即无法按照从前至后相同间隔连续排列。此时，不必追求形式上的标准化，而去增加或者是减小轴距来进行调整（一般是增大），或者是新开平衡轴。平衡轴是很重要的承载件，如果更改新开发验证周期较长，需要慎重。

2.4.2 标准孔的Z向排布

由于大多数件，尤其是悬架支架以车架下翼面为基准安装，标准孔的Z向一般以车架下翼面为起始位置，起始的Z向值，需考虑不同车架幅高、不同车架厚度时，零部件的安装和互换性。公路车腹高小，厚度薄；工程车腹高大，厚度大，大部分为双层，有的甚至是三層。在进行Z向孔位排布时，考虑大多数车型，尽量兼顾特殊车型，兼顾不了的，做特殊应对，不强求兼顾。

2.5 车架腹高

随着轻量化技术的发展及国家治超法规的日趋严格，车架腹高有变小的趋势。在平台化设计中，应兼顾不同产品线产品，做出腹高区格，一般为3个区格，有的主机厂为4个，腹高间隔一般在20mm至30mm，具体应结合本企业实际情况制定，不可盲目照搬竞品。

3 结束语

车架的设计在平台化设计中至关重要，对其他零部件的模块化程度起着举足轻重的作用。车架设计时，在前期的分析论证中，应多进行竞品车架的对标分析，结合本企业的实际情况，综合对比各种方案的优劣势、风险就潜在机会，进行车架的前宽、后宽、变截面长度、孔位起始等关键参数设计的设计。在设计过程中，尽可能多方面度多维度去评估，以达到车架最优化设计的目的。

参考文献：

[1]陈福全.汽车产品平台化设计[J].汽车与驾驶维修（维修版）.2017（11）：121.

[2]郭娟.某商用车平台化架构的研究及应用[J].轻型汽车技术.2016（6/7）：13-16.

[3]朱忠华，李光明.浅谈汽车平台化设计[J].汽车实用技术.2022（4）：180-183.

[4]杨茂华.浅谈整车平台与平台化开发[J].企业技术开发.2015（34/30）：9-14.

[5]陈平，余传海，王琪栋， 王明.汽车模块化平台战略分析[J].汽车工程师.2017（9）：15-17+24.

[6]赵福全，刘宗巍，李赞.汽车产品平台化模块化开发模式与实施策略[J].汽车技术.2017（06）：1-6.