某輕型車懸置元寶梁與前橋空間校核方法的研究

楊宗寶

摘 要：隨著整車排放標準升級，發動機結構及其附件布置亦越發復雜。而在輕型載貨車的設計中，受限于發艙空間限制，發動機懸置元寶梁的布置合理與否尤為重要。合理的布置懸置元寶梁走向，確保懸置元寶梁與前橋不會因為間隙不當而產生動態干涉是滿足元寶梁布置的基本需求。文章主要對某輕型車懸置元寶梁與前橋空間校核方法進行研究，以便合理布置發動機懸置元寶梁走向，從而避免其與前橋產生運動干涉。

關鍵詞：輕型車;空間校核;運動干涉;懸置元寶梁

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）19-161-03

Research on The Space Checking Method of a Light Truck's Suspended Ingot

Beam and Front Axle

Yang Zongbao

（Anhui Jianghuai Automobile Group Co.， Ltd.， Anhui Hefei 230601）

Abstract： With the upgrading of vehicle emission standard， the engine structure and its accessories layout are more and more complex. In the design of light truck， the layout of engine mount beam is very important because of the limitation of engine cabin space. The basic requirement of Suspended ingot beam layout is to arrange the direction of the Suspended ingot beam reasonably and ensure that the dynamic interference between the Suspended ingot beam and the front axle will not occur due to improper clearance. This paper mainly studies the space checking method of the front axle and the suspended ingot beam of a light vehicle， in order to arrange the direction of the engine suspended ingot beam reasonably， so as to avoid its movement interference with the front axle.

Keywords： Light vehicle; Space check; Motion interference; Suspended ingot beam

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）19-161-03

引言

受2019年輕卡行業“輕卡不輕”事件影響，各大主機廠商將更多的精力用于整車輕量化，通過新材料、新結構等一系列措施進而達成輕量化。而對于承載系統來說，采用高強鋼、少片簧似乎成為了大勢所趨，當然少片簧雖然有著諸多優勢（輕量化、舒適化），但由于排放升級后發動機功率、扭矩均大幅提升，動力總成的布置也愈加復雜化，結合元寶梁與前橋始終處于相對運動的狀態，故如何保證懸置元寶梁與前橋動態間隙顯得尤為關鍵。

目前采用的仍為傳統的“鐵碰鐵”校核方式，但隨著整車布置的緊湊化，傳統的“鐵碰鐵”已不能滿足輕型車懸置元寶梁與前橋動態間隙的校核，本文主要對某輕型車懸置元寶梁與前橋空間動態間隙的校核方法進行研究，以便合理布置發動機懸置元寶梁的走向，從而避免發動機懸置元寶梁與前橋產生運動干涉。

1 傳統鐵碰鐵校核方式簡介

所謂“鐵碰鐵”校核方式，就是將前懸架緩沖塊的金屬支架與車架下翼面接觸時，懸置元寶梁與前橋之間的間隙校核。如圖1所示，為某輕型卡車油底殼與橫拉桿空間位置的校核，其間隙為10mm，滿足“鐵碰鐵”的設計要求。

通過上述校核方法得出的數據為懸置元寶梁與前橋Z向間隙為10.5mm，X向最小間隙為24mm。按傳統校核理論，該元寶梁與前橋間隙滿足間隙要求，但基于此方法校核而生產的車輛經過強化道路試驗驗證，該輕型車懸置元寶梁卻與前橋產生了動態干涉的現象（如圖2所示），由此可見“鐵碰鐵”極限工況下校核間隙不低于10mm的方式已不能滿足該輕型車的實際要求。

“鐵碰鐵”校核方式非常簡便，它既簡化了發動機因懸置膠墊變形而產生的運動，還簡化了鋼板彈簧的扭轉變形運動。根據懸架設計經驗，緩沖塊在其壓縮1/2時就會產生破壞，所以常規理解“鐵碰鐵”校核時有緩沖塊1/2的富余量，這富余量可以認為正好彌補懸置膠墊變形而引起發動機的運動，但鋼板彈簧的扭轉變形以及前橋因轉向導致運動卻沒有考慮到（由于前橋轉向帶來的變動相對較小，故本文重點講述由于板簧運動變形導致的相關校核，未考慮前橋轉向運動），因此才會產生上述現象。由此可以得出結論“鐵碰鐵”的校核方式只適用于前鋼板彈簧不會扭轉的車型，而實際上鋼板彈簧會存在一定的扭轉變形，尤其在緊急制動時這種現象更為顯著。

2 鋼板彈簧的變形運動

根據郭孔輝院士的《汽車操縱動力學》中附錄E《板簧變形運動學分析及其應用》對鋼板彈簧的運動分析，鋼板彈簧的運動由垂直跳動和縱扭兩部分組成，而在車輛的運動的過程中，這兩部分運動幾乎是同時進行。

2.1 鋼板彈簧垂直跳動變形

對于對稱半橢圓板簧中點（即車橋與板簧接觸點）的運動軌跡，可以用一根當量桿來描述：

2.1.1 運動圓心

先確定板簧基線（前、后卷耳中心連線），此部分需要注意區分板簧卷耳結構。對于上卷式卷耳，圓心位于基線上方r/2處的平行線上，對于下卷式卷耳，位于基線下方r/2處的平行線上，對于平卷式即位于基線上（即主片中性層），如圖3所示。

備注：r是卷耳中心到主片中性層的距離，不是卷耳半徑，更不是襯套內徑，同時這里不考慮板簧吊耳或板簧工作時引起的基線斜度輕微擺動。

2.1.2 軌跡半徑

當量桿的半徑是板簧有效半長的，即。其中為板簧的有效半長，即板簧長度減去板簧與橋固連部分長度。此外R為半徑，同時也是板簧中點p（任何軌跡點）到圓心的距離。因此要從該中點去確定圓心位置O，而非從板簧的固定端中心沿基線的平行線按去確定圓心，詳見圖4。

即板簧中心點位置的運動軌跡為繞著上圖O點為圓心、半徑R的圓弧運動（上述均基于對稱半橢圓鋼板彈簧）。

2.1.3 平移運動

只有對稱式板簧才是平移運動，可以按平行四邊形的方法找到所求運動點的當量桿圓心及半徑。

2.2 鋼板彈簧縱扭變形

結合郭孔輝院士《板簧變形運動學分析及其應用》相關理論，為分析簡單化，只考慮板簧中部承受純彎矩，兩端承受大小相等、方向相反的垂直力;此外，此次只針對平卷式板簧，且不計吊耳或滑板對基線斜角變化的影響。

對于板簧的縱扭變形，簡化采用等應力梁即板簧整圓弧的假設，此時板簧主片中性層的縱扭變形由前、后兩段反向圓弧所組成，如圖5所示。結合固定端在汽車前進方向的前方，承受力矩M為逆時針方向。

說明：結合該輕型車發艙底部空間的結構特點，且本文側重于校核元寶梁與橫拉桿間隙，故板簧懸架相關理論不再詳細贅述。

3 理論分析與試驗驗證

3.1 理論分析

結合上述板簧運動軌跡及元寶梁與橫拉桿間隙特點，此次不考慮板簧縱扭變形的影像，僅考慮板簧垂直跳到變形的影響，然后在三維數模下創建板簧運動軌跡，并基于板簧跳到軌跡進行DMU空間校核。如圖6所示：

基于上述校核方法，針對該輕型車路試反饋的問題進行元寶梁方案調整，即將懸置元寶梁走向進行調整（調整方案見圖7），確保基于板簧垂直跳動軌跡方法校核下懸置元寶梁與前橋間隙大于10mm。

3.2 道路驗證

經該方案設計的元寶梁，經過10萬公里道路試驗驗證，未收到該故障反饋，即調整后的元寶梁結構滿足整車要求，這也充分證明該校核方式的準確性與實用性。

4 結論

通過上述對某輕型車發動機懸置元寶梁與前橋的空間位置校核方法研究，再結合整車道路試驗結果，初步得出結論，通過分析板簧垂向運動軌跡來對發動機懸置元寶梁與前橋的空間位置進行校核是滿足設計要求的。該方法從理論上是完全可行的，該校核方法亦符合板簧中心點實際運動軌跡，此亦可以作為理論設計依據。

通過對該方法的研究，總布置可以更好的布置發動機的位置，進而布置好發動機懸置元寶梁的走向，從而避免運動干涉的發生。

參考文獻

[1] 郭孔輝.板簧變形運動學分析及其應用[J].汽車工程，1990（2）.

[2] 陳耀明.汽車懸架論文集[M].蘇州大學出版社， 2012.

[3] 余志生.汽車理論.第5版[M].機械工業出版社， 2009.