一款商用車動力總成的布置設計

郭森懷，譚喜峰

一款商用車動力總成的布置設計

郭森懷，譚喜峰

（陜西汽車集團有限責任公司技術中心，陜西 西安 710200）

動力總成在底盤上的布置是汽車整車布置工作的一項重要內容，關系到駕駛室、懸架、貨廂等周邊零部件的安裝位置，也影響傳動系統的工作效率，合理地進行動力總成布置設計，決定車輛的最終使用效果。文章通過對某車型動力總成的布置進行分析和設計，提出該類設計的方法步驟和應注意事項，確保達到理想的技術狀態，同時，也幫助設計人員有效規避設計過程中可能出現的考慮不全面或參數選取不合理等問題。

動力總成布置；布置設計；傳動效率

前言

動力總成是車輛的動力來源，在汽車的安裝位置非常重要，動力總成布置是整車布置工作中很重要的一項內容。它與駕駛室、懸架、前軸、貨廂等周邊零部件的安裝位置相互關聯，相互制約。同時又決定了發動機外圍附件如進氣系統、排氣系統、冷卻系統等的設計，影響傳動軸、后橋的安裝和正常運轉。

1 動力總成定位的基本原則

（1）動力總成占據整車整備質量的13%~20%，設計時要盡量降低其位置，以降低整車重心，提高車輛的穩定性。

（2）要保證在前軸上跳至極限位置時，發動機與前軸及附件的垂直距離≮15mm，發動機與車身的靜態距離≮30-60mm（視不同駕駛室跳動量而定），水平距離≮30mm。

（3）在前軸上跳至極限位置時，發動機的油底殼不能低于前軸，避免道路上的石塊、鼓包等對油底殼造成損壞。

（4）動力總成的前后位置要考慮整車的軸荷，《汽車設計》推薦4X2車型空載前軸軸荷占比48%~54%，滿載前軸軸荷占比35%~45%[1]。

（5）要兼顧動力總成懸置支架的結構設計以及噴油泵、濾清器、起動機、發電機等發動機附件維修的便利性。

（6）要考慮進氣系統、排氣系統、冷卻系統的布置，管路的走向和連接，風扇與散熱器間隙≮50mm。

（7）要保證動力總成與車架間隙≮20mm，從而避免行駛過程中動力總成的不規則運動與車架發生干涉。

（8）為了保證傳動軸角度的合理，一般會將動力總成向下傾斜一定角度，以1-4°為宜。該角度不宜太大，否則會出現上坡時發動機一缸潤滑不良或者驅動橋上翹而引起潤滑不良。在設計完成后要進行傳動系統的校核。

（9）要考慮不同車型、不同軸距、不同駕駛室的變化，盡量做到零部件的通用化。

2 動力總成的定位設計

2.1 動力總成定位的表述形式

動力總成定位包括上下位置、左右位置、前后位置以及與車架上平面的夾角。我們一般習慣于用以下基準作為定位參數，具體如圖1所示：

X向：發動機飛輪殼后端面與曲軸交點到前軸中心線的距離（沿傾角）；

Y向：發動機曲軸中心線到汽車中心面的距離，一般取0；

Z向：發動機曲軸中心線在前軸平面的交點到車架下翼面的距離；

傾角α：發動機曲軸中心線與車架下翼面的夾角。

圖1 動力總成定位示意圖

2.2 車輛主要配置和初始安裝位置

本次分析是以4×2柴油載貨車為例，初步選用2.8升發動機、5檔手動箱、2.5噸級工字型前軸、3.5噸級單級驅動橋、排半駕駛室，軸距3350mm。

動力總成傾角暫按3°設定；前軸滿載輪心高為103mm，后橋滿載輪心高為133mm，傾角先定為3°，可以根據需要對這個角度進行調整；駕駛室定位坐標為（-784,0,347），邊地板距離整車坐標系0點Z向尺寸為360mm；車架寬度800mm，縱梁截面190×65mm ；水箱后端面距前軸中心線330mm，水箱中心點距車架上平面100 mm；貨箱前端面與駕駛室后圍間距50mm，副梁高度100mm。

2.3 動力總成定位分析

2.3.1 X向

即前后方向，改尺寸主要是由駕駛室、冷卻系統、前軸、貨箱的位置所決定，尤其是駕駛室和冷卻系統。由于輕卡駕駛室地板不像重卡那樣有中間凸起的發動機罩，在駕駛室高度不能太高、冷卻模塊不能太低的前提下，直接決定了發動機位置無法靠前布置。輕卡的發動機油底殼一般大頭在后，剛好避開前軸級橫拉桿。

輕卡發動機外形尺寸比較小，基本可以落在駕駛室下方而不超出駕駛室后圍，所以對上裝不會造成影響，如圖2所示。按照發動機風扇與水箱前后距離≮50mm，油底殼與前軸級橫拉桿前后間隙≮30mm，發動機與車身的上下距離≮40mm，可以初步確定發動機的前后位置，即X=-605mm。

圖2 輕卡發動機與駕駛室位置示意圖

最后對車輛的前后軸荷進行計算，確保前軸空載軸荷占比59%，滿載前軸軸荷占比45%，基本滿足要求。

2.3.2 Y向

即左右方向，由于無特殊需求，將動力總成中心置于整車中心面，取值為Y=0。此時，發動機兩側最邊緣（包括將要連接的管子）在車架以下部分與車架翼面內緣最小距離為46mm，大于規定的20mm，可以滿足發動機安裝和左右跳動的間隙要求。

2.3.3 Z向

即上下方向，前軸滿載輪心高為103mm，上跳65mm到達極限位置時為38mm，考慮到發動機上下跳動量最大為15mm，加上20mm安全余量，發動機油底殼距離前軸跳動極限的上下距離至少≮35mm；

駕駛室下跳量為30mm，所以靜態時發動機與駕駛室上下間隙≮65mm。

考慮到通過性，輕卡發動機油底殼、變速器殼體需比前軸最低點高出至少20-30mm，以避免行駛過程中路面不平時損壞發動機和變速器。還要考慮發動機風扇與水箱的上下位置關系，通常推薦風扇位于水箱中部或中上部，以保證冷卻效果最優化。

整個動力總成超出駕駛室后圍的主要是變速器的離合器殼，考慮到上裝的布置，將變速器在上裝下面高出車架的部分控制在100mm以內，就不會影響上裝。

綜合以上多個因素，初步確定發動機上下定位尺寸Z= 20mm。

2.3.4傾角α

傾角α初定是3°，通過調整該角度，可以改變發動機風扇、油底殼、變速器輸出法蘭的高低位置，在一定程度上可以權衡發動機與周邊零部件的間隙。

在X、Y、Z尺寸初步確定后，要校核傳動軸的夾角是否合理。根據《汽車設計》要求，傳動軸與其連接的變速器輸出軸或中間傳動軸之間的夾角要求小于1°，伸縮傳動軸兩端的夾角要求3°~5°。確定傳動軸萬向節夾角后，需計算當量夾角，一般應使滿載情況下的當量夾角不大于3°。

按后橋輸入法蘭在空載狀態、滿載狀態、上跳極限狀態、下跳極限狀態時的坐標，連接傳動軸，對夾角和當量夾角進行校核，均滿足相關要求。

所以，確定傾角α=3°。

2.4 總結

通過以上分析，基本可以確定動力總成的定位參數如下圖3：

X=-605mm，Y=0，Z=20mm，α=3°。

圖3 動力總成定位參數示意圖

3 結束語

在動力總成布置設計過程中，應該了解設計要遵循的原則和邊界條件，充分考慮周邊零部件在靜態和動態的位置變化，考慮相關系統的安裝、維修的便利性，合理調整參數設置，權衡各相關系統的安裝空間，最大限度的減小對周邊的影響。同時兼顧不同軸距、車型的系列化設計需求，實現零部件的通用化。最后通過實際裝車驗證，并不斷完善，最終完成動力總成定位設計的固化。

[1] 王望予.汽車設計[M].吉林:機械工業出版社,2000年.

Layout Design of a Commercial Vehicle Powertrain

Guo Senhuai, Tan Xifeng

( Technology Center of Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710200 )

The layout of the powertrain on the chassis is an important part of the layout of the entire vehicle. It is related to the installation position of the cab, suspension, cargo compartment and other peripheral components, and also affects the efficiency of the transmission system. Assembly layout design determines the final use effect of the vehicle. This paper analyzes and designs the layout of the powertrain of a certain vehicle model, puts forward the method steps and precautions of this type of design, to ensure that the ideal technical state is achieved, and at the same time, it also helps designers to effectively avoid possible considerations in the design process. Comprehensive or unreasonable selection of parameters.

Powertrain layout; Layout design; Transmission efficiency

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.015

U463

A

1671-7988(2021)03-51-03

U463

A

1671-7988(2021)03-51-03

郭森懷，男，工程師，就職于陜西汽車集團有限責任公司技術中心，從事新能源汽車開發研究。