客车底盘总布置设计规范.doc

CBD-YF-DP-GF.1

长春北车电动汽车有限公司设计规范
CBD-YF-DP-GF.1

客车底盘总布置设计规范

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目录
1 范围 2
2 规范性文件引用 2
3 术语和定义 3
4 设计准则 3

1 范围
本标准主要介绍了客车底盘总布置的简要设计流程，规范了设计步骤，明确了底盘总布置的设计结构等。
本标准适用于我公司6--12米的大中型营运客车的底盘总布置设计。
2 规范性文件引用
GB/T 13053-2008 客车车内尺寸
GB 12676-1999 汽车制动系统结构、性能和试验方法
GB 17675-1999 汽车转向系 基本要求
GB/T 5922-2008 汽车和挂车 气压制动装置压力测试连接器技术要求
GB/T 6326-2005 轮胎术语及其定义
GB/T 13061-1991 汽车悬架用空气弹簧 橡胶气囊
QC/T 29082-1992 汽车传动轴总成技术条件
QC/T 29096-1992 汽车转向器总成台架试验方法
QC/T 29097-1992 汽车转向器总成技术条件
QC/T 293-1999 汽车半轴台架试验方法
QC/T 294-1999 汽车半轴技术条件
QC/T 299-2000 汽车动力转向油泵技术条件
QC/T 301-1999 汽车动力转向动力缸技术条件
QC/T 302-1999 汽车动力转向动力缸台架试验方法
QC/T 303-1999 汽车动力转向油罐技术条件
QC/T 304-1999 汽车转向拉杆接头总成台架试验方法
QC/T 305-2013 汽车液压动力转向控制阀总成性能要求与试验方法
QC/T 465-1999 汽车机械式变速器分类的术语及定义
QC/T 470-1999 汽车自动变速器操纵装置的要求
QC/T 479-1999 货车、客车制动器台架试验方法
QC/T 483-1999 汽车前轴疲劳寿命限值
QC/T 491-1999 汽车筒式减振器 尺寸系列及技术条件
QC/T 494-1999 汽车前轴 刚度试验方法
QC/T 513-1999 汽车前轴台架疲劳寿命试验方法
QC/T 523-1999 汽车传动轴总成 台架试验方法
QCT 529-2013 汽车液压动力转向器技术条件与试验方法
QCT 533-1999 汽车驱动桥台架试验方法
QCT 545-1999 汽车筒式减振器 台架试验方法
3 术语和定义
上述标准中确立的符号、代号、术语均适用于本标准。
4 设计准则
4.1应满足的安全、环保和其它法规要求及国际惯例
客车底盘总成中各部分的主要性能、尺寸等应符合相应的标准规定。详参相应的标准。
4.2应满足的功能要求及应达到的性能要求
4.2.1 底盘总体设计的特点和要求
大型客车整车设计即客车的总体设计工作主要包括以下几方面内容：
（1）确定整车型式、结构和尺寸；
（2）确定整车的主要性能指标；
（3）初选各总成的结构型式、尺寸和性能；
（4）协调各总成与整车的关系以及各总成之间的关系。
4.2.2 大型客车主要参数的选择
4.2.2.1 主要尺寸参数的确定
（1）轴距
轴距对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、纵向通过半径等有影响。
（2）前轮距B1和后轮距B2
改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽、汽车总宽、总质量、侧倾角度、最小转弯直径等因素。受汽车总宽不得超过2500mm（11m以上客车总宽不得超过2550mm）的限制，轮距不宜过大。但在选定的前轮距B1范围内，应能布置下车架、前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架、车轮之间有足够的运动空间。在确定后轮距时，应考虑能布置下电机等动力总成，考虑两纵梁之间的宽度、悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留的必要间隙。为此，轮距宽度应在规定的轮距，例如确定前轮距B1=2040mm，后轮距B2=1860mm。
（3）前悬LF和后悬LR
前悬尺寸影响汽车通过性、碰撞安全性、驾驶员视野。在前悬这段尺寸内要布置下保险杠、转向器，平头车为了方便上、下车，前、后悬的尺寸应保证在布置下上述总成、部件的同时尽可能短些。大型客车后悬长度一般不得超过轴距的65%，绝对值不大于3500mm。例如前悬2100mm，后悬3230mm。
4.2.2.2 主要质量参数的确定
汽车的质量参数包括整车整备质量、载客量、装备质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。
（1）整车整备质量
整车整备质量是指车上带有全部装备，加满燃料、水，但没有装货和载人时的整车质量。整车整备质量对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。
（2）载客量（客车载客量）
又称“客车的额定容量”。客车一次允许运载的最大乘客人数。对小型客车和长途客车，由坐位或卧位数目决定，对市区公共汽车则由坐位数和可站立人数之和决定。
（3）汽车的总质量
汽车的总质量是指装备齐全，并按规定装满客、货时的整车质量。客车的总质量由整备质量、乘员和驾驶员质量以及行李质量三部分构成。其中，乘员和驾驶员每人质量按65kg计，于是有：
（2－1）
式中，为包括驾驶员在内的载客数；为行李数，但公交客车不设有行李箱，于是行李数，则由（2－1）得出：
（2－2）
（4）轴荷分配
汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示，它对汽车的牵引性、通过性、制动性、操纵性和稳定性等主要使用性能以及轮胎的使用寿命都有很大的影响。
汽车的布置型式对轴荷分配影响较大，后置电机后轮驱动的客车满载时后轴负荷最好不超过59％，否则，会导致汽车具有过多转向特性而使操纵性变坏。
根据国际标准：大型客车一般采用4×2后轮驱动双胎平头，满载时前轴载荷在30%～35%之间，后轴载荷65%～70%之间；空载前轴载荷在48%～54%之间，后轴载荷在46%～52%之间。这里只考虑最大总质量轴荷的分配，故前轴取5500kg,站占最大总质量的34.3%；后轴载荷取10500kg占最大总质量的65.7%。
在确定汽车的轴荷分配时，还要考虑汽车的静态方向稳定性和动态方向稳定性。根据理论分析，汽车质心位置到汽车中性转向点的距离s对汽车的静态方向稳定性有决定性的影响。这个距离可由下式计算得到：

式中，—分别为汽车质心离前、后轴的距离。和取决于轴荷分配，
，；
—前轮的轮胎侧偏刚度之和，N/rad；
—后轮的轮胎侧偏刚度之和，N/rad；
—汽车全部轮胎的总侧偏刚度之和，N/rad；
当s<0时，亦即当L2Ca1－L1Ca2<0时，汽车质心位于中性转向点之前，汽车具有不足转向特性，汽车静态的方向稳定性较好。反之，当s>0时，汽车具有过度转向特性。此时存在着一个临界车速，低于此车速时，汽车的行驶时稳定的，高于此车速时，则汽车就不能稳定行驶。在汽车设计时一般希望汽车具有适度的不足转向特性。为此，要很好地匹配上述参数，使
L2Ca1－L1Ca2<0
汽车动态方向稳定性的条件是

式中，K —稳定性因素；
V —汽车车速，m/s；
L —轴距，m。
4.2.2.3 主要性能参数的确定
(1) 动力性参数
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。
1）最高车速
汽车在平直的良好路面上行驶时所能达到的最高瞬间车速，称为最高车速。应根据客车本身用途确定，如公交客车需限速69km/h，公路客车或商务车最高车速一般超过100km。
2）加速时间
汽车在平直的良好路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。
3）爬坡能力
用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车的爬坡能力。通常要求客车能克服坡度，即。

如图示，最大爬坡度

4）比功率和比转矩
比功率是评价汽车动力性能如速度性能和加速性能的综合指标，比转矩则反映了汽车的比牵引力或牵引能力。为了保证汽车在高速公路上的速度适应性，有些国家对汽车的比功率值有所规定。
比功率是汽车所装电机的标定最大功率与汽车最大总质量之比，即。比功率大的汽车加速性能、速度性能要较比功率小的汽车好。
比转矩是汽车所装电机的最大转矩与汽车总质量之比，即。它能反映汽车的牵引能力。
（2）汽车最小转弯直径
转向盘转至极限位置时，汽车外转向轮轮辙中心在支承平面上的轨迹的直径，称为汽车最小转弯直径。
大型客车的车辆总长时，最小转弯直径。
（3）通过性几何参数
底盘设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙、接近角、离去角等。
（4）制动性参数
汽车制动性是指汽车在制动时，能在尽可能短的距离内停车且保持方向稳定，下长坡时能维持较低的安全车速并有在一定坡道上长期驻车制动的能力。
故在选择制动器时应满足表4－1的制动性能要求。

表－1 路试检验行车制动和应急制动性能要求

车辆类型
行车制动
应机制动
制
动
初
车
速
制 动 距 离

FMDD
试 车 道 路 宽 度
踏
板
力

制
动
初
车
速
制 动 距 离
FMDD
操
纵
力

轻型客车
满载
50
≤22
≥5.4
2.5
≤700
30
≤18
≥2.6
手
脚

4.3设计输入、输出要求
4.3.1总体布置
在初步确定汽车的载客量、驱动形式、车身形式、电动机形式等以后，要深入做更具体的工作，包括绘制总布置图，并校核初步选定的各部件结构和尺寸是否符合整尺寸和参数的要求，以寻求合理的布置方案。
4.3.2整车布置的基准线
确定整车的零线、正负方向及标注方式，均在汽车满载时进行，并且绘图时应将汽车前部绘在左侧。
（1）车架上平线：纵梁上翼面较长的一段平面或者承载式车身中部地板或边梁的上翼面在侧视图上的投影线。它作为标注垂直尺寸的基准线，向上为“+”、向下为“-”，该线标记为z/0。
（2）前轮中心线：通过左、右前轮中心，并垂直车架平面线的平面，在侧视图和俯视图上的投影线。它作为标注纵向尺寸的基准线，向前为“-”，向后为“+”，该线标记为x/0。
（3）汽车中心线：汽车纵向垂直对称面在俯视图和前视图上的投影先。用它作为标注横向尺寸的基准线，向左为“+”，向右为“-”，该线标记为y/0。
（4）地面线：地面线在侧视图和前视图上的投影线。此线是标注汽车高度、接近角、离去角、离地间隙和货台高度等尺寸的基准线。
（5）前轮垂直线：通过左右前轮中心，并垂直于地面的的平面，在侧视图和俯视图上的投影线。此线用来作为标注汽车轴距和前悬的基准线。当车架和地面平行时，前轮垂直线和前轮中心线重合。

图4-1 整车总布置图坐标系
上述的、、三条线，统称为三个方向的零线。
在绘制总布置图时，先确定零线的位置。一般是从侧视图上开始，根据整车的前悬及车架上表面至地面的高度，确定X和Z坐标线的交点，然后通过该点画一水平线和一垂直线，需要时可画出网格线，间距为200mm或400mm，便于绘图时坐标点的换算或量取。
俯视图和前视图坐标线的画法可照此法处理，但须保证X、Y、Z三个坐标线互相垂直。
4.3.3 电机的布置
（1）电机的上下位置
由于是电机后置，所以电机的上下位置对离地间隙和后排座椅高度有影响。电机高度位置初步确定之后，风扇和散热器的高度也随之而定，要求风扇中心与散热器几何中心相重合。为了保证空气的畅通，散热器中心与风扇中心之间应有不小于间隙。电机罩与电机机零件之间的间隙不得小于。
（2）电机的前后位置
电机的前后位置会影响汽车的轴荷分配及乘客的面积利用率。电机与后围之间必须留有足够的间隙，以防热量传入客厢和保证零部件的安装。
（3）电机的左右位置
电机曲轴中线在一般情况下与汽车中心线一致。这对底盘承载系统的受力和对电机悬置支架的统一有利。
4.3.4 传动系的布置
根据总布置草图中所确定的电机、后轴以及后轮的相互位置关系、电机总成、散热器位置、一起在总布置图中进行细化、准确定位，最后确定其坐标位置。
布置时要注意以下几点：
（1）油底壳与后轴的最小跳动距离；
（2）油底壳与横拉杆的间隙，除前轴垂直跳动量外，还要考虑制动时由于后簧的S变形而造成后轴向前有一转角(约3～4)所要求的额外间隙。特别是驱动桥的传动轴与油底壳或附近的横梁等零件的间隙也应如此。
（3）散热器与风扇的位置关系。一般风扇至散热器芯部表面至少留40mm以上的间隙。风扇中心与散热器芯部中心可以对齐，或者高于芯部中心，但风扇不要超过上水室下边，这样的布置冷却效果差；
（4）曲轴中心线与车架上表面——零线，有一前高后低的夹角(约2°～5°)一般取3°左右。目的是能使汽车在满载状态时，传动系的轴线互相之间夹角最小，甚至从前至后成为一条直线，以提高万向节的传动效率和减少磨损；
（5）满载时传动轴的正常夹角在4°以下最好，希望不超过8°。有条件时，驱动桥自身可以倾斜一个角度，以便满足传动轴的等角速运转，或减小传动轴的夹角；
（6）单根传动轴不易过长，必要时可加中间支承，变成两根或多根传动轴传动。
4.3.5 转向装置的布置
（1）转向盘的位置
转向盘位于驾驶员座椅的前方，为保证驾驶员能舒适地转向操作，应注意转向盘平面与水平面之间地夹角，并以取得转向盘前部盲区距离最小为佳，同时转向盘不能影响驾驶员观察仪表，转向盘周围还应有足够地空间。由于转向盘的位置还影响到驾驶员操纵的方便性，所转向盘与驾驶员座椅的位置如图4－2所示。

图4-2 转向盘与座椅位置关系
根据上图，作为大型客车，各部位尺寸如下：
①在之间，②在之间，
③在之间，④在之间，α在之间。
（2）转向器的位置
由于前悬架采用钢板弹簧，为了避免悬架运动与转向机构运动出现不协调现象，应将转向器布置在钢板弹簧跳动中心附近。因转向器固定在车架上，其轴线常与转向盘中心线不在一条直线上，为此用万向节和转向轴将它们连接起来。如果转向盘与转向器之间通过一根刚性轴直接连接起来时转向盘相对驾驶员在纵向平面内偏斜一个角度，这导致操纵不方便，又会因转向传动轴在附视图上向前斜插而影响踏板的布置和驾驶员腿部的操纵动作。因此，平头客车采用一个万向节。转向轴在水平面内与汽车中心线之间地夹角不得大于。转向摇臂与纵拉杆和转向节臂与纵拉杆之间地夹角，在中间位置时应尽可能布置成接近直角，以保证有较高地传动效率。
（3）转向器的布置的要求
转向系统的布置，主要是保证驾驶员操纵轻便、舒适，并使汽车具有较高的机动性和灵敏度，转弯时减少车轮的侧滑，减轻转向盘上的反冲力和有自动回正
作用。
转向机及转向柱的固定要牢靠，角度及转向盘的高度位置应保证驾驶员操作灵便，手臂没有被架高的感觉，抬腿蹬踏板时不碰转向盘。
拉杆必须有足够的刚度，特别是弯拉杆，要保证没有弹性变形。在前轮左右最大转角区间内，各节点不能出现发卡、磨擦现象，拉杆之间不能出现死角，在转向过程当中传动比的变化应尽量小。
在系列车型设计当中，由于轴距的变化会影响梯形底角的变化，在实际生产中，这种细小的变动很难处理，管理上容易出现误装或错装，生产也不好安排，为此就应在设计时回避这一误区。转向梯形的确定，以系列车型中，产量最大的、或轴距居中的车型、亦可两者兼顾后决定以某一车型为基础设计其转向梯形，其它车型直接乘用，这样便于组织生产和发展变型车；对使用影响也不大。
转向盘的高度、转向柱的角度固定方式等可与车身总布置共同商定，亦可在1：1的内模型内确定，并与脚踏板和坐椅一同考虑。
4.3.6 悬架的布置
由于客车采用了纵置半椭圆钢板弹簧。为了满足转向轮偏转所需要的空间，常将前钢板弹簧布置在纵梁下面。为了满足主销后倾角的要求，前钢板弹簧应布置成前高后低的形状。后钢板弹簧布置在车架与车轮之间。减震器应尽可能布置成直立状，以充分利用其有效行程。
4.3.7 制动系的布置
踩下制动器踏板所需的力量比踩下油门踏板要大的多，因此，制动踏板应更靠近驾驶员，并要做到操纵轻便。应检查杆件运动时有无干涉和死角，更不应该在车轮制动时自行制动。布置制动管时要注意安全可靠，整齐美观，在一条管路上，当两个固定点之间的距离应小于20mm，同时注意不要将管子布置在车架纵梁内侧的下翼上，防止管子腐败。汽车上应配有行车制动系统、驻车制动系统、应急制动功能，三者可以独立、亦可互相联系，当某二者失灵(踏板或制动阀除外)，另一系统仍具有应急的制动功能。
整车设计人员要与总成设计人员共同商定，选择行车和驻车制动器的方案、制动操纵方式及驱动机构的型式、结构和布置。
为了提高制动工作的可靠性，应采用分路系统，这里采用双回路、气压式行车制动系统，当部分管路失效后，其余部分仍有至少30％的制动效能。但是气压行车制动的起优点是操纵轻便，工作可靠，不易出故障，维修保养方便。承载质量在6t以上的客车采用的是真空伺服制动，其采用的是一轴对一轴型，前轴制动器与后桥制动器各用一个回路。这种形式比较简单，可与单轮缸鼓式制动器配合使用，成本较低，在商用车用的比较广泛。其布置形式见图4-3

图4-3 分路系统
4.3.8 踏板的布置
离合器踏板、制动踏板和油门踏板，布置在地板凸包与车身内壁之间。油门踏板一般比制动踏板稍低，要求油门踏板与制动踏板之间留有大于一只完整鞋底宽度的距离。因汽车行驶时要不停踩油门踏板，所以踩下时要轻便。为了操纵方便，油门要布置成朝外转的样子，踏板的布置如图4－4所示。
－离合器踏板所占空间－制动踏板所占空间－油门踏板所占空间
图4-4 踏板布置图
为了使避免驾驶员踩踏板时出现误操作，踏板间尺寸如下：

4.3.9 车架总成的布置
对车架总成的外宽，其前、中、后部不等，主要取决于布置上的需要。前部车架的外宽取决于前悬的结构、尺寸、布置及前轮胎(特别是双胎)的型号、布置尺寸、整车外宽，但是不允许超过2.5m。后部外宽取决于电机的外宽及悬置结构的布置、散热器的尺寸及悬置、后轮距、后轮胎的型号及车轮最大转角、转向纵拉杆和减振器的布置、后悬的结构型式和布置位置等因素。车架中部的外宽主要考虑国家标准的规定，及前、后部宽度的差值的大小和过渡区的工艺性等，尽量采用前、中、后部等外宽的车架，这样工艺性比较好，质量容易保证。
4.3.10蓄电池的布置
蓄电池与低压电器件应位于同侧，并且它们的距离越近越好，以缩短线路，同时还要考虑拆装方便和良好的接近性。
4.4布置要求
性能参数匹配，包括动力性、经济性匹配等；
对各系统提出设计要求，包括结构型式、特性参数、尺寸限制等；
绘制底盘总布置图；
运动校核，包括转向轮跳动图、传动轴跳动图、转向转动装置与悬架的运动校核图等。
协调各系统及总成间的布置关系，校核各系统间的尺寸链。
总布置设计的计算验算，包括轴荷分配及质心位置计算、动力性经济性验算、总成及零部件可靠性分析等。