呂建龍，李公舉，宋建塤

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某型號電動觀光車底盤系統(tǒng)設(shè)計研究

呂建龍，李公舉，宋建塤

（青島澳柯瑪電動車有限公司，山東 青島 266510）

電動觀光車底盤是由車架、前懸架、驅(qū)動后橋、轉(zhuǎn)向制動操作部分、驅(qū)動電機、傳動軸及變速機構(gòu)部件等組成的。通過對其進行受力分析，確定使用材料規(guī)格，通過實際驗證，保證整車性能指標，在此基礎(chǔ)上需對底盤進行系統(tǒng)規(guī)劃，使零部件匹配達到最佳狀態(tài)。

電動觀光車；車架；懸架；車橋傳動

前言

電動觀光車是近幾年發(fā)展起來的用于旅游景區(qū)、公安巡邏、房地產(chǎn)等領(lǐng)域的場地用車，它具有燃油車的基本性能，而且采用了燃油汽車上許多總成。但EV又具有其本身的特點，在總體結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等方面又與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車有所區(qū)別。近幾年國家對新能源汽車政策的扶持，促進了本行業(yè)的發(fā)展，但全國真正投入研發(fā)的力度不夠，從業(yè)人員不多，對本行業(yè)的研究機構(gòu)、企業(yè)也比較少，產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，研究設(shè)計資料很難找到。所以本文將從關(guān)鍵部件觀光車底盤入手進行系統(tǒng)的分析。

本文將對底盤的組成部件設(shè)計入手進行論述，重點對車架、懸架、車橋傳動在設(shè)計過程中需要解決的問題[1]，怎樣設(shè)計才能達到最優(yōu)狀態(tài)進行詳細的分析。保證底盤的設(shè)計質(zhì)量，達到國家標準，滿足客戶需求。

1 車架

車架是觀光車的重要組成部分，它連接前后橋以及車身，它的好壞直接影響整車的使用性能，所以，車架總成的剛性、強度及振動特性等幾乎完全決定了車輛整體的強度、剛性和振動特性。因此我們在設(shè)計時，在確保車架總成性能的同時，對車輛性能和匹配性進行認真的研究。車架結(jié)構(gòu)很多都是用電弧焊焊接而成，容易產(chǎn)生焊接變形。在設(shè)計方面對精度有要求的部位不得出現(xiàn)集中焊接，或從部件結(jié)構(gòu)方面下工夫，盡量保證各總成的精度。另外，與其他焊接方法相比，采用電弧焊后端部容易出現(xiàn)比較大的缺口，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以應(yīng)對接頭位置和焊接端部進行處理，采用二氧化碳保護焊焊接，重要的部位用氬弧焊焊接，強度達到使用要求。同時所有的車架都需在工裝上完成，保證其精度要求。

觀光車車架結(jié)構(gòu)形式相當于梯形車架，所用材料為矩形鋼管和角鋼，而客貨車所用的材料為槽鋼。下面以14座觀光車為例對車架進行分析論述：

1.1 車架大梁的計算[2]

說明：根據(jù)材料力學分析，可以把車架進行簡化，設(shè)前輪中心為左支點A，A點的支反力RA，后輪中心為右支點B，B點的支反力RB。對車架進行受力分析如圖1所示。

圖1 車架受力分析圖

根據(jù)分析圖求解：

由靜矩平衡方程

ΣmA=1820*599+RB*2865-3770*945-2230*1522-5570* 1720-3640*2565-1630*2865-4840*3165-1530*3685=0

RA +RB=1820+3070+3770+2230+5570+3640+1630+4840 +1530

解得 RA=10506N，RB=17594N

作車架剪力圖如圖2所示。

AA(aa)，AA表示剪力值，正值表示在上方，負值表示其在下方，aa要參考受力分析圖來確定：

-1820（599），5616（947），1846（575），-384（200），-5954（845），-9594（300），6370（300），1530（520）（單位為N）

圖2 車架剪力圖

作車架彎矩圖如圖3所示。

BB(bb)，BB表示彎矩圖，正值表示其在上方，負值表示其在下方，bb要參考受力分析圖來確定。

1.09（599），-4.22（945），-5.28（575），-5.2（200），-0.17（845），2.71（300），0.8（300）（單位為KN.m）

由已有數(shù)據(jù)可得知：

W= bh2/6=80*602*10-9/6=48*10-6(m3)（W為截面抵抗矩，矩形截面抵抗矩：W=bh^2/6其中b為垂直于彎矩作用方向的長度）

σmax=Mmax/W=5280/48*10-6=110MPa<[σ]

Q235A的許用應(yīng)力值[σ]=160MPa

圖3 車架彎矩圖

通過以上計算分析可知，14座電動觀光車選用Q235A優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼60×80×6的方管作為大梁能達到強度要求。作為低速場地用車車，通過以上理論計算結(jié)合近幾年的使用情況跟蹤，能夠滿足實際需要。我公司自己使用的多款產(chǎn)品，連續(xù)使用已達到8年以上，并且還在繼續(xù)使用，得到了可靠的一手數(shù)據(jù)及確認資料。

2 懸架

汽車懸架按導向機構(gòu)型式可分為獨立懸架和非獨立懸架兩大類。獨立懸架的的車輪通過各自的懸架和車架相連，非獨立懸架的左右車輪裝在一根整體軸上，再通過其懸架與車架相連。

2.1 觀光車懸架設(shè)計[3]

蓄電池觀光車采用非獨立懸架設(shè)計，因為整車整備質(zhì)量在1噸左右，考慮其舒適性選用麥弗遜式前橋懸掛系統(tǒng)。此懸掛系統(tǒng)對設(shè)計制作要求很高，必須保證尺寸及制作精度，稍有不慎就會出現(xiàn)前輪吃胎、跑偏、方向盤不回位等現(xiàn)象。前懸掛系統(tǒng)中有幾個重要的參數(shù)需要保證如下表1所示。

表1 前懸掛技術(shù)參數(shù)

Tab.1 Technical parameters for front suspension

以上項目最難控制的為車輪外傾角，需要對前減震、元寶梁、穩(wěn)定拉桿固定位置進行控制，保證以上參數(shù)在合理范圍內(nèi)，具體尺寸車架前懸簡圖如圖4所示。

圖中減震器固定尺寸是整個尺寸鏈中最重要的，它的精度決定輪胎的外傾角尺寸，決定輪胎是否跑偏、吃胎。在車架制作中必須通過工裝模具進行保證，焊接后再進行校核。元寶梁固定座是保證主銷后傾角的尺寸，此尺寸決定轉(zhuǎn)向舒適度及轉(zhuǎn)向輕重的重要因素，元寶梁結(jié)構(gòu)是方向機與斷開式橫拉桿進行連接的過渡件，車輪轉(zhuǎn)角的調(diào)整需要通過他來完成。在整個觀光車底盤設(shè)計中，前懸設(shè)計是重中之重，是車輛的核心部件，目前國內(nèi)的電動觀光車公司在這方面比較薄弱。我公司通過近十幾年的發(fā)展，在前懸設(shè)計方面取得了顯著經(jīng)驗及理論數(shù)據(jù)，在行業(yè)內(nèi)具有一定的優(yōu)勢。

圖4 車架前懸簡圖

3 車橋傳動

車橋的作用傳遞車輪與車身、車架之間的各種負荷，以及調(diào)節(jié)整車運動學、動力學特性。因此車橋?qū)φ嚨尿?qū)動性能、操縱穩(wěn)定性及承載能力都有重要的影響。

車橋在很多情況下不是一個獨立的部件，他通常與懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動裝置及傳動軸聯(lián)系在一起。車橋的結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)與之相連的懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行劃分，并按照是否與轉(zhuǎn)向系相連；是否帶驅(qū)動裝置進行分類。

電動觀光車采用后輪驅(qū)動，電機與后橋一體結(jié)構(gòu)，電機通過變速箱、差速器、半軸驅(qū)動后輪前進，結(jié)構(gòu)比前驅(qū)燃油車簡單。觀光車后橋有全浮式和半浮式，根據(jù)觀光車的載重量進行選擇[4]。整備質(zhì)量在1.5噸以下的選用半浮式，1.5噸以上的選用全浮式。14座及以下的選用半浮式后橋，其主要技術(shù)參數(shù)如圖5后橋總成圖所示：

圖5 后橋總成圖

在研究電動觀光車后橋過程中，通過借用美國德納橋的先進技術(shù)，將輪距、減速比、制動器等參數(shù)進行了驗證并確認。通過理論計算及實際測試，保證了后橋的強度，目前整個行業(yè)的端面接口基本是按照上圖的尺寸進行設(shè)計生產(chǎn)。

4 電動觀光車底盤系統(tǒng)設(shè)計總結(jié)

根據(jù)電動觀光車底盤系統(tǒng)的特點，研究的重點是車架的設(shè)計，它是整個系統(tǒng)承載的基礎(chǔ)。其可靠性嚴重影響整個產(chǎn)品的性能，根據(jù)多年的設(shè)計經(jīng)驗，對電動觀光車底盤系統(tǒng)進行如下總結(jié)：

（1）車架設(shè)計材料選定需進行理論計算，保證選用型材強度、剛度符合要求；

（2）影響性能的前懸參數(shù)、關(guān)鍵尺寸通過工裝保證，同時進行校核、驗證；

（3）根據(jù)整備質(zhì)量進行前、后橋設(shè)計；

（4）電氣系統(tǒng)匹配很關(guān)鍵，需要結(jié)合使用環(huán)境、整備質(zhì)量、客戶需求等進行研究分析；

（5）底盤系統(tǒng)需進行可靠性試驗及驗證確認；

（6）對理論數(shù)據(jù)、使用情況跟蹤對底盤系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。

綜上所述，要設(shè)計出性價比優(yōu)良的底盤系統(tǒng)，需對以上幾點進行分析，同時結(jié)合底盤系統(tǒng)項目分類，設(shè)計出滿足需要的觀光車底盤。

5 展望

觀光車底盤系統(tǒng)的設(shè)計，在實際操作過程中需要認真分析總結(jié)。對以前的數(shù)據(jù)及使用情況進行積累，形成第一手資料，在以后的設(shè)計中進行借鑒。本文的設(shè)計數(shù)據(jù)主要是按照14座觀光車進行展開分析，在實際設(shè)計過程中還要根據(jù)客戶要求、使用環(huán)境等因素進行適當調(diào)整，但是不管怎樣發(fā)展，理論計算、基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)采集分析、實際應(yīng)用分析是底盤設(shè)計中的重中之重。底盤設(shè)計路線圖如下：

電動觀光車經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，目前還沒有一個規(guī)范的底盤生產(chǎn)公司，所有整車廠家都是自行設(shè)計制作，沒有相關(guān)的基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)，整個行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著行業(yè)發(fā)展日益成熟，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累，國家政策的支持，電動觀光車底盤系統(tǒng)必將向標準化、通用化、系列化發(fā)展。

[1] 于志生.汽車理論.北京:機械工業(yè)出版社,2001.

[2] 邵超城,劉強,龍飛永.純電動汽車車架設(shè)計及有限元分析[J].機械設(shè)計與制造.2011,08:44-46.

[3] 李軍,孟紅,張洪康,谷中麗.汽車懸架參數(shù)對操縱穩(wěn)定性影響的仿真分析研究[J].車輛與動力技術(shù).2001,04:28-32.

[4] 雷曉衛(wèi),張正杰,鄒旭峰,等.非公路用旅游觀光車通用技術(shù)條件 GB/T21268-2014:9-10.

Study on the Design of Chest System of some Electric Tourist Vehicle

Lv Jianlong, Li Gongju, Song Jianxun

( Qingdao AUCMA Electric Vehicle Co., Ltd., Shandong Qingdao 266510 )

The chassis of an electric sightseeing vehicle is composed of a frame, a front suspension, a driving rear bridge, a steering braking operation part, a driving motor, a transmission shaft, and a variable speed mechanism component. Through the force analysis, the material specifications are determined, and the performance indicators of the vehicle are guaranteed through practical verification. On this basis, the chassis needs to be systematically planned so that the parts can be matched to the best state.

electric sightseeing vehicles; Frame; Suspension; Bridge Drive

U462

A

1671-7988(2019)08-14-03

U462

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1671-7988(2019)08-14-03

呂建龍，(1973.12-)男，工程師，總經(jīng)理助理兼技術(shù)部經(jīng)理，就職于青島澳柯瑪電動車有限公司。主要從事電動觀光車等特種車輛的設(shè)計研發(fā)工作及公司的產(chǎn)品發(fā)展方向策劃。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.004