金世勇

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

8.5 m低入口城市客車底盤開發(fā)

金世勇

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建廈門361023）

介紹一種8.5 m低入口城市客車底盤開發(fā)構(gòu)思、主要配置、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等，解決了低入口中型城市客車空間布置困難等問題，并通過相關(guān)試驗(yàn)對實(shí)車相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。

低入口；城市客車底盤；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；8.5 m

根據(jù)目前城市化發(fā)展的趨勢，城市客車上下車的便利性成為衡量城市客車運(yùn)營效率的重要指標(biāo)之一；而城市客車低入口及低地板化是縮短城市客車停站時間、提高運(yùn)營效率的重要技術(shù)措施，這也從客觀上促進(jìn)了低入口城市客車的發(fā)展。目前大型城市客車低入口及低地板技術(shù)已經(jīng)成熟，在國內(nèi)外已經(jīng)廣泛采用，但是中型城市客車由于成本、布置空間等原因，一直發(fā)展比較緩慢[1-3]。本文主要介紹一種8.5 m低入口城市客車底盤開發(fā)。

1 總體構(gòu)思及主要配置參數(shù)

為滿足低入口踏步要求及海外某高端市場的需求，采用獨(dú)立懸架斷開式低入口前橋，整車從前門到中門全部采用一級踏步的布置結(jié)構(gòu)，方便乘客快速上、下車。通過前期路況的調(diào)查及綜合性能的考慮，匹配對應(yīng)的發(fā)動機(jī)、變速器、后橋、轉(zhuǎn)向器等底盤大件。相較成熟的城市客車而言，因車長較短，需著重考慮布置空間的問題，以便最大程度地合理利用空間。

整車的設(shè)計(jì)全部采用三維UG軟件進(jìn)行；嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)及校核，然后利用Teamcenter軟件進(jìn)行部分重要文檔管理，實(shí)現(xiàn)可視化協(xié)同設(shè)計(jì)功能；并利用有限元CAE軟件對底架、骨架等進(jìn)行剛度及強(qiáng)度分析；樣車完成后，對樣車進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，一方面檢驗(yàn)相關(guān)性能是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，另一方面為后續(xù)同平臺車型的改善及性能提升提供理論依據(jù)。

該車要求的主要技術(shù)參數(shù)如下：底盤外形長×寬為8 260 mm×2 430 mm，軸距3 980 mm，前、后輪距分別為2 030 mm、1 818 mm，底盤自重4 050 kg（前軸荷1 000 kg，后軸荷3 050 kg），整車最大總質(zhì)量13 000 kg，滿載前、后軸分別為4 500 kg、8 500 kg，底盤接近角、離去角分別為9.0°、8.7°，最大爬坡度大于30%。

該底盤確定的主要配置及相關(guān)參數(shù)如下：發(fā)動機(jī)為ISB4.5E5185B，額定功率、轉(zhuǎn)速分別為136kW、2300r/min，額定扭矩、轉(zhuǎn)速分別為700 N·m、1 200～1 800 r/min；變速器為ZF機(jī)械變速器，6檔速比分別為6.02，3.32，2.07，1.4，1，0.79，倒檔速比為5.58；前懸架為兩氣囊獨(dú)立空氣懸架，額定載荷為4.5 t；后懸架采用四氣囊空氣懸架；后橋額定載荷為8.5 t，速比為4.88，最大輸出扭矩為19 000 N·m；輪胎為245/70R19.5，單、雙輪胎承載力分別為2 240 kg/2 120 kg；轉(zhuǎn)向器采用ZF8095，最大輸出扭矩為4 541 N·m；油箱容積為120 L。

2 底盤設(shè)計(jì)及實(shí)車驗(yàn)證

此車型為海外某市場開發(fā)，需滿足該地區(qū)相關(guān)法規(guī)，對后懸軸距比要求不大于60%，導(dǎo)致后懸空間有限，布置上有一定困難，尤其是懸架系統(tǒng)選型布置、發(fā)動機(jī)周邊系統(tǒng)中油箱的布置、管線的走向等，既要盡可能地提高車輛內(nèi)部的有效利用空間，還需要考慮我公司同類產(chǎn)品的通用化和平臺化。另外低入口車型底架的設(shè)計(jì)在滿足強(qiáng)度和剛度方面也具有一定難點(diǎn)，受踏步的限制，低入口車中門前底架方鋼高度方向比二級踏步小得多，大大降低了抗扭性，對搭載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度值需要進(jìn)行CAE分析，并通過分析結(jié)果對結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，直至最優(yōu)[4-5]。以下著重介紹該底盤設(shè)計(jì)的難點(diǎn)部分及實(shí)車驗(yàn)證情況。

2.1 底架系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本車型底架采用Q345B方鋼全承載結(jié)構(gòu)形式，底架外伸橫梁的位置與底盤各系統(tǒng)的布置及車身各立柱結(jié)構(gòu)匹配，并與車身骨架的方鋼形成閉環(huán)結(jié)構(gòu)，大大提升了整車的強(qiáng)度和剛度。由于前懸較短，駕駛員座椅的前后調(diào)節(jié)值較小，為解決這一難點(diǎn)，考慮駕駛員側(cè)前輪前在保證強(qiáng)度的前提下做成斜坡以增大駕駛員座椅前后的調(diào)節(jié)位置，結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 駕駛員后側(cè)截面圖

圖2 底架中段斷面圖

另外，底架中門前為滿足踏步及離地間隙的要求，方鋼的組焊在高度方向受限，在剛度和強(qiáng)度上較二級踏步結(jié)構(gòu)偏弱。因此，該車架中段通過采用連接板把上下兩層方鋼進(jìn)行連接及增加斜撐的方式解決這一難題，底架中段斷面圖見圖2。

除上述難點(diǎn)外，底架的設(shè)計(jì)還需協(xié)調(diào)制動管路、暖風(fēng)管路、轉(zhuǎn)向管路、電氣線束、油路等在車架中的分布；校核底盤各總成間的運(yùn)動干涉，及相關(guān)總成的裝卸空間；考慮各總成零部件的合理布置以及其方便維修性、可靠性和工藝性[6]；確定底架與動力總成系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等裝配接口等。

底架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，結(jié)合整車骨架模型，對其展開CAE有限元強(qiáng)度及剛度分析。一方面校核結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度與被動安全性；另一方面對局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，以提高產(chǎn)品的整體性能[7-8]。經(jīng)分析，該底架強(qiáng)度和剛度滿足要求。

2.2 懸架系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)

隨著城市客車向舒適性的發(fā)展，空氣懸架被廣泛應(yīng)用，以改善城市客車的行駛平順性和減小車輪對地面的沖擊載荷。為迎合海外高端方向的需求，本車型前懸架考慮采用兩氣囊獨(dú)立空氣懸架（見圖3），在懸架垂直剛度相同的條件下，它的側(cè)傾角剛度比非獨(dú)立懸架大得多，在選取合適的角剛度前提下，可大大降低其垂直剛度，即降低偏頻，改善平順性[9]。

圖3 前獨(dú)立空氣懸架俯視圖

后懸架采用四氣囊空氣懸架，通過對C型梁懸架與直梁式懸架的對比分析，發(fā)現(xiàn)直梁式結(jié)構(gòu)比C型梁結(jié)構(gòu)長度要短，在空間條件有限的情況下，解決了儲氣筒和油箱的布置空間，更適合此類車型的布置。經(jīng)過承載力、接口參數(shù)等分析后，決定采用如圖4所示的直梁式空氣后懸架。

圖4 后直梁式空氣懸架俯視圖

2.3 燃料供給系統(tǒng)的布置

該底盤的油箱布置也較困難。由于此車型后懸較短，如把油箱布置在車體后段，則會擋住散熱水箱一側(cè)的部分進(jìn)風(fēng)，影響散熱性能。經(jīng)過反復(fù)考慮，本車型采用不銹鋼材質(zhì)120 L的防盜油箱，通過采用異形油箱設(shè)計(jì)（見圖4中相應(yīng)部分），把油箱布置在后輪前，在避開氣囊干涉的同時，實(shí)現(xiàn)油箱容積最大化。

2.4 管線的布置要點(diǎn)

低入口和低地板客車的管線布置一直是個難點(diǎn)，尤其此車采用機(jī)械變速器，換檔軟軸的走向更是一個難點(diǎn)。由于前橋段獨(dú)立懸掛的最低點(diǎn)較低，轉(zhuǎn)向運(yùn)動軌跡較大，軟軸從底架的下方無法通過。本車型采用在前橋通道左角段凸起一個小斜坡的形式，解決軟軸走向的難題，如圖5所示。另外，此車型中門處裝有電動伸縮踏板，幾乎占滿整個通道的空間，通過對轉(zhuǎn)向管路、換檔軟軸、制動管路、電氣線束、水暖管等采用分類模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，提前規(guī)劃管線的走向，對管線實(shí)現(xiàn)分流布置，充分利用現(xiàn)有的每一處空間，使管線有序的通過中區(qū)，解決了管線布置難的問題。

圖5 前橋通道軟軸走向示意圖

2.5 實(shí)車相關(guān)參數(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)車通過發(fā)動機(jī)搭載轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)，在發(fā)動機(jī)最大功率點(diǎn)轉(zhuǎn)速和最大扭矩點(diǎn)轉(zhuǎn)速兩種工況下測試如下項(xiàng)目：水溫差、進(jìn)氣溫升（空濾器后氣溫-環(huán)境溫度）、中冷溫升（中冷后氣溫-環(huán)境溫度）、中冷壓差最大值、最大進(jìn)氣阻力（空濾后）、最大排氣背壓（增壓器后）、最大排氣溫度（增壓器后）、最大機(jī)艙溫升（發(fā)動機(jī)倉溫-環(huán)境溫度）等，均滿足康明斯發(fā)動機(jī)應(yīng)用匹配參數(shù)值的要求。另外，通過道路試驗(yàn)，對整車經(jīng)濟(jì)性、動力性、制動性能相關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)束語

通過對8.5 m低入口城市客車底盤的開發(fā)及相關(guān)驗(yàn)證，解決了底盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型、匹配、布置等方面的難題，為后續(xù)拓展同平臺車型提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。通過對該產(chǎn)品的研發(fā)，很好地滿足了海外高端市場的需求，對城市快速客運(yùn)起到了一定的作用。

[1]李世豪，黃志耀.低入口城市公交客車的基本構(gòu)想[J].城市車輛，2003（2）：34-37.

[2]吳修義.低地板、低入口城市公共汽車及其車橋[J].汽車與配件，2005（5）：33-35.

[3]周建國.短前懸低入口系列高級城市客車[J].城市車輛，2014（6）：28-29.

[4]編輯委員會.汽車工程手冊（設(shè)計(jì)篇）[M].北京：人民交通出版社，2001.

[5]劉濤，趙立軍，趙桂范.汽車設(shè)計(jì)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2008.

[6]夏志成.客車底盤車架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2011，33（1）：15-17.

[7]孟妍妮，張劼.客車車身骨架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析[J].中國工程機(jī)械學(xué)報，2014（3）：223-228.

[8]孫超.某大型客車有限元分析與試驗(yàn)研究[D].揚(yáng)州：揚(yáng)州大學(xué)，2014.

[9]陳耀明.汽車懸架論文集[M].蘇州：蘇州大學(xué)出版社，2012.9.

修改稿日期：2017-02-22

Development of Chassis for 8.5 m-lenth Low Entrance City Bus

Jin Shiyong
（Xiamen KingLongUnited Automotive IndustryCo.,Ltd,Xiamen 361023,China）

The author introduces the development idea,main configuration and design points about a type of 8.5 m lowentrance citybus chassis,solves the problems that the layout oflowentrance middle citybus is difficult,and then through the related tests verifies the performance parameters ofthe bus.

lowentrance；citybus chassis；design points；8.5 m

U463.1

B

1006-3331（2017）03-0037-03

金世勇（1983-），男，碩士；工程師；主要從事客車底盤研發(fā)工作。