一种低地板集成式独立悬架前桥总成的研究

黄详　董泽伟　胡小生

摘 要：相对于传统的独立悬架车桥总成，本文应用三维软件设计一种低地板集成模块式独立悬架前桥总成，更适合匹配全承载式车身，下A型臂总成和左、右摇臂总成安装在副车架总成上，进行集成模块化，减少整个系统和车身连接点数，提高系统安装精度，又能保证悬架系统和转向系统的相对位置尺寸，进一步提高前轮定位参数的准确性。达到汽车能够在路面上良好行驶，不易出现转向不回正、轮胎磨损和跑偏等问题。

关键词：纯电动客车;独立悬架;转向系统;集成式

1 引言

随着社会发展，城市公交车低地板化已经普及，且随着客车汽车技术的发展，全承载车身已经也已经普及到整个客车领域，甚至部分全承载车身已经采用铝合金结构。但在匹配传统的独立悬架车桥总成时，虽然能够实现低地板化，但该车桥总成和全承载式车身的联接点数较多，且转向系统和独立悬架系统分为两个模块单独和车身进行联接，使得整个前桥总成的安装精度和转向系统与悬架系统相对位置尺寸都难于保证，导致整个车辆的四轮定位参数不能满足设计要求，使得车辆在运行过程中极易出现转向不回正、轮胎磨损和跑偏等诸多问题。

应用三维软件设计一种低地板集成模块式独立悬架前桥总成，包含独立悬架系统和转向系统，独立悬架系统的下A型臂总成内侧两铰接点和转向系统中的左、右摇臂总成分别安装在副车架总成上，副车架总成前后端再和车身联接，即独立悬架系统和转向系统集成在一起，减少整个系统和车身联接点数，提高系统安装精度，又能保证两系统的相对位置尺寸，进一步提高前轮定位参数的准确性。达到汽车能够在路面上良好行驶，不易出现转向不回正、轮胎磨损和跑偏等问题。

2 独立悬架系统结构设计

独立悬架的特点是同一个车桥上由两个相互对立且左、右对称的独立悬架系统组成，每边单独和车身或副车架联接。独立悬架具有簧下质量小，受到并传递给车身的冲击载荷小，能够使车轮与地面更好地保持接触;由于车桥的左、右车轮单独跳动，相互影响较小，可减小车身的倾斜和振动;具有更好的抗侧倾性能等优点。

目前市场前桥采用最多的是不等长双横臂独立悬架结构，这种 悬架结构为获得良好的综合性能提高了广泛的可能性。

如图1所示，本文同样采用不等长双横臂独立悬架结构，显示的结构示意图为相互独立且左、右对称独立悬架装置，包含转向节总成1，承载座总成2，下A型臂总成3，上A型臂总成4，减振器总成5，转向节臂6，轮毂制动盘总成7，制动器总成8，主销9，空气弹簧总成10。

侧倾中心的高度对操纵稳定性和轮胎磨损都有一定的影响。侧倾中心较高，趋近车身质心，可以减小转向时的侧倾力臂，从而减小侧倾力矩，使车身侧倾角减小，有利于操纵稳定性。但是，较高的侧倾中心必然使车身侧倾时轮距变化较大，趋于加剧轮胎磨损。

如图2所示，本文设计的独立悬架系统，上、下A型臂总成采用不等长结构设计，且平面和Y轴具有一定的夹角，既能满足整车低地板宽通道的布置要求，又能使侧倾中心离地具有一定的高度，提高整车抗侧倾性，又不因过高的侧倾中心导致车身侧倾时轮距变化较大，导致轮胎磨损。

3 转向系统结构设计

转向系统是用来保持或改变汽车行驶方向的机构，在汽车转向行驶时，保证各转向轮之间有协调的转角关系。篇幅有限，本文只讨论转向系统中的转向梯形结构设计。汽车的转向梯形有整体式和断开式两种，由于匹配独立悬架结构，要保证左、右车轮的跳动没有互相影响，所以采用断开式梯形结构，该梯形结构就是把普通梯形结构的横拉杆由整体式改为三段式的梯形结构。

如图3所示，本文所设计的转向梯形结构包含转向节臂6，左横拉杆总成11，中间拉杆总成12，右横拉杆总成13，右摇臂总成14，左摇臂总成15，转向直拉杆总成16。

如图4所示，既要满足Ackerman转向几何关系，又要保证整车能够布置低地板和集成模块式的实现，还要有一定离地间隙，满足整车的通过性，给转向梯形结构设计带来非常大的困难。因选定常用轮胎后，在低地板高度360mm的要求下，还要满足至少大于140mm的离地间隙，导致可设计空间较小。经过多种方案设计，并在Adams软件仿真分析对比后，最终设计成左、右摇臂总成的旋转轴和Z向具有一定的角度，满足Ackerman转向几何关系，也能够实现低地板和集成模块化等优点。

4 副车架总成结构设计

如图5所示，副车架总成17设计成焊接结构件，主要是因不同车宽，导致副车架总成宽度（Y向尺寸）不一致，副车架总成的难于实现一致性，铸件结构无法满足。该总成包含前后两端平板17a，可用螺栓或焊接方式连接车身;左、右两侧设有4个支座17b用于连接左、右下A型臂总成，还在两侧设有2个摇臂座17c用于连接左、右摇臂总成。

5 集成模块式结构设计

图6所示独立悬架前桥总成为传统结构，转向系统布置车桥前方，左、右摇臂总成连接车身的两点A1离悬架系统下A型臂总成的4点A3较远，不利于两系统相对位置尺寸的控制。转向系统中连接左、右横拉杆的2点A2离下A型臂总成比较近，因左、右摇臂总成在汽车转向过程中需要旋转，导致车身连接下A型臂总成的纵梁设计比较困难，刚度也不易保证。下A型臂总成和转向系统连接车身总共需要6个位置，集成度不高，不利于尺寸保证。

图7所示独立悬架前桥总成结构为本文设计方案，转向系统布置在车桥中部，左摇臂总成15、右摇臂总成14和下A型臂总成3全部安装在副车架总成17上，副车架总成17再和车身连接，由原来的6个位置连接集成为2个位置17a连接，再加上副车架总成17采用工装一次性焊接成型，系统尺寸比较容易保证。两系统同时装配在副车架总成上，整体集成度比较高，有利于提高前轮定位参数的准确性。达到汽車能够在路面上良好行驶性能，不易出现转向不回正，轮胎磨损和跑偏等问题。

6 独立悬架前桥总成的工作过程

如图8所示，悬架系统中的承载座总成2通过主销9与转向节总成1连接，轮毂制动盘总成7和制动器总成8通过内腔的轮毂轴承单元安装在转向节总成1上，车轮连接在轮毂制动盘总成7上，可实现汽车的行驶及制动功能;空气弹簧总成10下端固定在承载座总成2的顶端，另一端连接在车身上，可实现汽车的承载功能;减振器总成5下端安装在承载座总成2上，另一端连接在车身上，可实现汽车的减振功能;上A型臂总成4和下A型臂总成3一端分别通过销轴连接在承载座总成2上， 承载座总成2就可以绕销轴灵活转动，可实现汽车车轮的上、下跳动功能。上A型臂总成4和下A型臂总成3另一端分别连接在车身和副车架总成17上，承担车轮和车身之间传递所有的力和力矩功能。在转向系统中，左摇臂总成15和右摇臂总成14的一端分别通过销轴联接在副车架总成17上，另一端还分别通过左转向横拉杆11和右转向横拉杆13与转向节臂6联接，两摇臂总成中间部分还通过中间横拉杆总成12相互联接，转向直拉杆总成16一端连接左摇臂总成15，另一端和方向机连接，从而实现汽车的转向功能。

7 结论

通过以上方案设计，本文设计的低地板集成模块式独立悬架前桥总成，相对于传统独立悬架前桥总成，在满足低地板为前提，下A型臂总成和摇臂总成同时装配在副车架总成上，进行高度集成化，减少装配点数，有利于系统尺寸控制，保证安装精度，提高前轮定位参数的准确性。达到汽车能够在路面上良好行驶，不易出现转向不回正，轮胎磨损和跑偏等问题的目的，并为后续独立悬架系统和转向系统集成化方案提供一定的参考价值。如图9所示，为参考本文设计产品的一种应用案例。

参考文献：

[1]王霄锋.汽车底盘设计[J].北京：清华大学出版社，2010.

[2][德]约森·赖姆佩尔（著）.悬架元件及底盘力学. 王瑄（译），朱德照（校）.长春：吉林科学技术出版社，1992.

[3]余志生.汽车理论.5版.北京：机械工业出版社，2009.3.

[4]彭莫.刁增详.党潇正 汽车悬架构件的设计计算 2版.北京：机械工业出版社，2016.1.

[5]刘涛 汽车设计 北京：北京大学出版社，2008.1.

[6]成大先.机械设计手册.第1卷.五版.北京：化學工业出版社，2007.11.