某型号电动观光车底盘系统设计研究

吕建龙，李公举，宋建埙



某型号电动观光车底盘系统设计研究

吕建龙，李公举，宋建埙

（青岛澳柯玛电动车有限公司，山东 青岛 266510）

电动观光车底盘是由车架、前悬架、驱动后桥、转向制动操作部分、驱动电机、传动轴及变速机构部件等组成的。通过对其进行受力分析，确定使用材料规格，通过实际验证，保证整车性能指标，在此基础上需对底盘进行系统规划，使零部件匹配达到最佳状态。

电动观光车；车架；悬架；车桥传动

前言

电动观光车是近几年发展起来的用于旅游景区、公安巡逻、房地产等领域的场地用车，它具有燃油车的基本性能，而且采用了燃油汽车上许多总成。但EV又具有其本身的特点，在总体结构、动力系统、传动系统、控制系统等方面又与传统的内燃机汽车有所区别。近几年国家对新能源汽车政策的扶持，促进了本行业的发展，但全国真正投入研发的力度不够，从业人员不多，对本行业的研究机构、企业也比较少，产品同质化严重，研究设计资料很难找到。所以本文将从关键部件观光车底盘入手进行系统的分析。

本文将对底盘的组成部件设计入手进行论述，重点对车架、悬架、车桥传动在设计过程中需要解决的问题[1]，怎样设计才能达到最优状态进行详细的分析。保证底盘的设计质量，达到国家标准，满足客户需求。

1 车架

车架是观光车的重要组成部分，它连接前后桥以及车身，它的好坏直接影响整车的使用性能，所以，车架总成的刚性、强度及振动特性等几乎完全决定了车辆整体的强度、刚性和振动特性。因此我们在设计时，在确保车架总成性能的同时，对车辆性能和匹配性进行认真的研究。车架结构很多都是用电弧焊焊接而成，容易产生焊接变形。在设计方面对精度有要求的部位不得出现集中焊接，或从部件结构方面下工夫，尽量保证各总成的精度。另外，与其他焊接方法相比，采用电弧焊后端部容易出现比较大的缺口，出现应力集中现象，所以应对接头位置和焊接端部进行处理，采用二氧化碳保护焊焊接，重要的部位用氩弧焊焊接，强度达到使用要求。同时所有的车架都需在工装上完成，保证其精度要求。

观光车车架结构形式相当于梯形车架，所用材料为矩形钢管和角钢，而客货车所用的材料为槽钢。下面以14座观光车为例对车架进行分析论述：

1.1 车架大梁的计算[2]

说明：根据材料力学分析，可以把车架进行简化，设前轮中心为左支点A，A点的支反力RA，后轮中心为右支点B，B点的支反力RB。对车架进行受力分析如图1所示。

图1 车架受力分析图

根据分析图求解：

由静矩平衡方程

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

作车架剪力图如图2所示。

AA(aa)，AA表示剪力值，正值表示在上方，负值表示其在下方，aa要参考受力分析图来确定：

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

图2 车架剪力图

作车架弯矩图如图3所示。

BB(bb)，BB表示弯矩图，正值表示其在上方，负值表示其在下方，bb要参考受力分析图来确定。

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

由已有数据可得知：

W= bh2/6=80*602*10-9/6=48*10-6(m3)（W为截面抵抗矩，矩形截面抵抗矩：W=bh^2/6其中b为垂直于弯矩作用方向的长度）

σmax=Mmax/W=5280/48*10-6=110MPa<[σ]

Q235A的许用应力值[σ]=160MPa

图3 车架弯矩图

通过以上计算分析可知，14座电动观光车选用Q235A优质碳素结构钢60×80×6的方管作为大梁能达到强度要求。作为低速场地用车车，通过以上理论计算结合近几年的使用情况跟踪，能够满足实际需要。我公司自己使用的多款产品，连续使用已达到8年以上，并且还在继续使用，得到了可靠的一手数据及确认资料。

2 悬架

汽车悬架按导向机构型式可分为独立悬架和非独立悬架两大类。独立悬架的的车轮通过各自的悬架和车架相连，非独立悬架的左右车轮装在一根整体轴上，再通过其悬架与车架相连。

2.1 观光车悬架设计[3]

蓄电池观光车采用非独立悬架设计，因为整车整备质量在1吨左右，考虑其舒适性选用麦弗逊式前桥悬挂系统。此悬挂系统对设计制作要求很高，必须保证尺寸及制作精度，稍有不慎就会出现前轮吃胎、跑偏、方向盘不回位等现象。前悬挂系统中有几个重要的参数需要保证如下表1所示。

表1 前悬挂技术参数

Tab.1 Technical parameters for front suspension

以上项目最难控制的为车轮外倾角，需要对前减震、元宝梁、稳定拉杆固定位置进行控制，保证以上参数在合理范围内，具体尺寸车架前悬简图如图4所示。

图中减震器固定尺寸是整个尺寸链中最重要的，它的精度决定轮胎的外倾角尺寸，决定轮胎是否跑偏、吃胎。在车架制作中必须通过工装模具进行保证，焊接后再进行校核。元宝梁固定座是保证主销后倾角的尺寸，此尺寸决定转向舒适度及转向轻重的重要因素，元宝梁结构是方向机与断开式横拉杆进行连接的过渡件，车轮转角的调整需要通过他来完成。在整个观光车底盘设计中，前悬设计是重中之重，是车辆的核心部件，目前国内的电动观光车公司在这方面比较薄弱。我公司通过近十几年的发展，在前悬设计方面取得了显著经验及理论数据，在行业内具有一定的优势。

图4 车架前悬简图

3 车桥传动

车桥的作用传递车轮与车身、车架之间的各种负荷，以及调节整车运动学、动力学特性。因此车桥对整车的驱动性能、操纵稳定性及承载能力都有重要的影响。

车桥在很多情况下不是一个独立的部件，他通常与悬架、转向系统、驱动装置及传动轴联系在一起。车桥的结构形式可以根据与之相连的悬架系统结构进行划分，并按照是否与转向系相连；是否带驱动装置进行分类。

电动观光车采用后轮驱动，电机与后桥一体结构，电机通过变速箱、差速器、半轴驱动后轮前进，结构比前驱燃油车简单。观光车后桥有全浮式和半浮式，根据观光车的载重量进行选择[4]。整备质量在1.5吨以下的选用半浮式，1.5吨以上的选用全浮式。14座及以下的选用半浮式后桥，其主要技术参数如图5后桥总成图所示：

图5 后桥总成图

在研究电动观光车后桥过程中，通过借用美国德纳桥的先进技术，将轮距、减速比、制动器等参数进行了验证并确认。通过理论计算及实际测试，保证了后桥的强度，目前整个行业的端面接口基本是按照上图的尺寸进行设计生产。

4 电动观光车底盘系统设计总结

根据电动观光车底盘系统的特点，研究的重点是车架的设计，它是整个系统承载的基础。其可靠性严重影响整个产品的性能，根据多年的设计经验，对电动观光车底盘系统进行如下总结：

（1）车架设计材料选定需进行理论计算，保证选用型材强度、刚度符合要求；

（2）影响性能的前悬参数、关键尺寸通过工装保证，同时进行校核、验证；

（3）根据整备质量进行前、后桥设计；

（4）电气系统匹配很关键，需要结合使用环境、整备质量、客户需求等进行研究分析；

（5）底盘系统需进行可靠性试验及验证确认；

（6）对理论数据、使用情况跟踪对底盘系统进行优化设计。

综上所述，要设计出性价比优良的底盘系统，需对以上几点进行分析，同时结合底盘系统项目分类，设计出满足需要的观光车底盘。

5 展望

观光车底盘系统的设计，在实际操作过程中需要认真分析总结。对以前的数据及使用情况进行积累，形成第一手资料，在以后的设计中进行借鉴。本文的设计数据主要是按照14座观光车进行展开分析，在实际设计过程中还要根据客户要求、使用环境等因素进行适当调整，但是不管怎样发展，理论计算、基础性的数据采集分析、实际应用分析是底盘设计中的重中之重。底盘设计路线图如下：

电动观光车经过近十几年的发展，目前还没有一个规范的底盘生产公司，所有整车厂家都是自行设计制作，没有相关的基础理论数据，整个行业的产品质量不稳定。随着行业发展日益成熟，基础数据的积累，国家政策的支持，电动观光车底盘系统必将向标准化、通用化、系列化发展。

[1] 于志生.汽车理论.北京:机械工业出版社,2001.

[2] 邵超城,刘强,龙飞永.纯电动汽车车架设计及有限元分析[J].机械设计与制造.2011,08:44-46.

[3] 李军,孟红,张洪康,谷中丽.汽车悬架参数对操纵稳定性影响的仿真分析研究[J].车辆与动力技术.2001,04:28-32.

[4] 雷晓卫,张正杰,邹旭峰,等.非公路用旅游观光车通用技术条件 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

吕建龙，(1973.12-)男，工程师，总经理助理兼技术部经理，就职于青岛澳柯玛电动车有限公司。主要从事电动观光车等特种车辆的设计研发工作及公司的产品发展方向策划。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.08.004