基于平臺化的重卡車架設計開發

王婉瑩

摘 要：車架不僅是整車的主要承載件之一，而且是與其他系統邊界關聯最多的共享模塊，整車的很多零部件都直接或間接的安裝在車架上。在商用車平臺化設計中，車架設計的好壞，直接影響到后期產品的可拓展性及技術兼容性，影響到變形產品拓展的難易程度。在商用汽車競爭日趨激烈的情況下，如何快速響應市場，提供市場所需產品，車架設計的重要性更是不言而喻。本文結合實際項目經驗，總結和探討了平臺化設計中，車架設計的主要內容，前部寬度、后部寬度、變截面長度及拐點位置，孔位布局等關鍵參數的設計，以及需要注意事項，旨在對平臺化設計中車架的設計開發提供參考依據。

關鍵詞：車架 重卡 平臺化 開發

1 平臺化設計相關概念

1.1 平臺

不同資料對平臺的定義不盡相同[1-4]，但是核心內容相似，即相同架構和共享模塊的集合。平臺的核心是建立規則、界面和接口，實現開發模塊化。

1.2 平臺化

平臺化是一種產品的開發方法，其核心是用有限的模塊組合出更多產品，盡可能實現模塊化，從而提高零部件的通用化率[5]。平臺化是基于平臺進行的。

1.3 產品平臺

產品平臺通常是由一個或幾個架構和共享模塊構建組成。產品平臺應既有良好的技術兼容性和擴展性，又有市場和技術的前瞻性[6]。

2 平臺化的車架設計

平臺化的車架設計，其主要目的是，減少車架品系，提高不同產品類型之間車架接口的一致性和兼容性，從而提高安裝在車架上的零部件的通用性和互換性，以期降低成本，并且利于變形產品的拓展。

平臺化車架設計，主要涉及到車架的前部寬度設計、后部寬度設計、變截面長度（拐點位置）設計、幅高設計、孔位設計等內容。

2.1 車架前部寬度

2.1.1 車架前寬設計原則

（1）滿足規劃的動力總成落裝。

（2）滿足產品的轉彎半徑競爭力需求。

2.1.2 影響車架前部寬度的主要因素

影響車架前部寬度的主要因素有以下內容。

（1）發動機規劃及布置落裝。

前部車架寬度必須保證規劃范圍內最大邊界發動機順利落裝。一般情況下，車架翼面切割后寬度應不小于50mm（風扇區域不受此限制），發動機落裝空間為單邊預留30mm。校核方法為：按照落裝間隙要求，在catia軟件中做出落裝平面，檢查落裝平面與發動機的干涉情況。有干涉情況說明不滿足要求，需要調整發動機附件位置或者是車架寬度，如果無干涉則為滿足要求。另外，兼顧未來市場的變化，考慮到產品的兼容性和動力性的升級，還應考慮未來動力鏈升級發動機的落裝可行性。

（2）發動機風扇尺寸規劃。

發動機風扇X向一般落在車架的前部延伸拓展區域，即前接梁部位，此部分工藝落裝間隙要求同發動機，通過左右前接梁空間寬度來保證。

（3）冷卻模塊規劃。

結合發動機規劃，以及現平臺產品的散熱面積情況，進行冷卻模塊散熱能力計算，評估計算冷卻模塊不同的放置形式（縱向長還是橫向長）的差異，以及冷卻模塊的進出氣口位置（頂置還是側置），對冷卻模塊規格進行規劃。冷卻模塊與左右前接梁或車架縱梁的間隙一般按照單邊15mm以上預留。

（4）變速器、緩速器規劃。

受生產節拍限制，一般主機廠都是動力總成總體落裝，即發動機和變速器及緩速器管路裝配好后一起落裝。車架寬度設定必須考慮總體落裝的便利性，尤其是緩速管路。

（5）前板簧中心距及第一前橋板簧支座安裝形式。

主要關注是獨立板簧支座還是與前接梁集成，板簧支座與車架下翼面是否連接，結構設計是否便利。

（6）前軸輪輞安裝端面距、車輪厚度及輪胎規格。

為滿足國家法規限寬要求，一般中寬駕駛室車型控制寬度不超過2500mm，寬體駕駛室車型控制寬度不超過2550mm。需要注意的是，前輪是否帶螺母護罩。不帶螺母護罩，前部最寬處為前軸螺母，如果帶螺母護罩，應計算螺母護罩長度，計算公式為：前橋輪輞安裝端面距+車輪厚度*2+車輪螺母護罩長度*2，此值不應超過法規寬度限值。

（7）前輪轉角設計。

最基本的要求是滿足通道圓法規及最小轉彎半徑要求，在此基礎上，參照競品，提升產品的機動性能，盡可能增大車輪轉角。需要注意的是，需要校核轉向拉桿與車架、懸架、減振器的間隙，尤其是與第一前橋板簧銷軸的距離。除了模擬分析外，在有條件的情況下，盡可能實物驗證此處的間隙情況。另外，還需考慮前接梁的方案可行性及結構難易程度。

（8）不同產品線車架寬度。

一般情況下，牽引車使用發動機排量較大，其他車輛，如載貨車、自卸車、攪拌車等，發動機排量較牽引車小。所以，牽引車車架設計前部寬度會較其他車輛寬一些，滿足動力需求；其他車輛前部寬度窄一些，用于增大車輪內外轉角，提升機動性，或者是給轉向機支架、腳踏支架、上駕駛室管線束預留較大空間，方便進行結構布置設計。另外，還應對不同產品線之間、或者是同一產品線不同平臺產品之間，是否使用相同前部寬度進行評估，建議分析時使用WHTO法，對前部模塊的通用性，如前接梁、發動機前懸置軟墊及發動機支架、一橋減振器支架、前橋橫向穩定桿支架、轉向拉桿和轉向搖臂支座、車架的成型工藝及模具等，進行通用化分析，盡可能減少種類。

2.2 車架后部寬度

2.2.1 車架后寬設計原則

（1）匹配規劃輪胎、車輪及驅動橋寬度滿足法規限制。

（2）其余附件，如油箱、EGP、蓄電池箱體、尿素罐、空濾器、側裙板或側防護裝配后滿足法規限制。

（3）滿足法規限制時，盡量增大車架后部寬度，保證車架內側部件的裝配空間。

（4）盡量減少車架種類。

2.2.2 影響車架后部寬度的主要因素

（1）法規限制。

國內重卡產品一般都按照GB 1589外寬尺寸限制2550mm進行控制，但部分區域產品，為了降低成本重量，會按照2500mm控制。另外，對于銷往越南、澳大利亞、馬來西亞、菲律賓、印尼等國家車輛，一般有外寬限制，外寬也按照2500mm控制。

（2）輪胎型號及車輪規格。

雙胎車型后部外寬計算按照：整車寬度=輪輞安裝端面距+輪輻厚度*2+輪胎端面寬度+車輪偏置距*2（雙胎中心距）

（3）后懸架形式。

主要是平衡軸的安裝連接方式、板簧的寬度及板簧中心距，需注意板簧壓板的安裝連接，平衡軸端蓋與輪胎的間隙。

（4）驅動橋（輪輞安裝距）。輪輞安裝距一般按照最厚的輪輻厚度來進行設計，在進行外寬計算時，除了滿足限寬要求，還需結合實際使用工況情況，例如自卸車在超載時的輪胎并胎問題也應同步考慮。

（5）動力懸置形式及落裝。

一般牽引車的車架第二折彎點在動力總成之后，但是像平板車、自卸車、攪拌車等帶有上裝的車輛，車架第二折彎點設置在車身后懸置之前。這時，應結合動力總成懸置的形式，是否有輔助懸置，是否匹配緩速器等，進行間隙及安裝工具空間的校核。懸置軟墊與變速箱本體間隙一般按照20mm控制。

2.3 車架變截面長度及位置設計

一般主機廠車架設計，都是盡量在一個方向上進行變截面設計，常用的是Y向和Z向，也有的主機廠在Y向和Z向上都進行變截面設計。在兩個方向上都進行變截面設計的車架，由于車架模具較復雜，無法輥壓成型，而且工藝加工精度較難保證，所以逐步在減少。現在市場上常見的車架通常是Y向即寬度方向單方向變截的車架，此種類型車架，既可以沖壓成型也可以輥壓成型。輥壓成型時，不需要沖壓成型的定位孔，減少了定位孔對車架零部件安裝及車架強度的影響，另外產品變化時如果車架幅高變化不會受到限制，推薦使用。

車架變截面長度，一般控制車架折彎角度不大于7°，最小長度不應小于300mm。牽引車變截面長度較長，其他帶上裝類的車輛車架變截面長度較短，主要是受限于上裝副車架的安裝，此類車輛，變截面長度建議不超過車身后懸置位置，否則會影響到副車架的連接貼合，會導致副車架工藝復雜，成本增加，目前市場上能見到的副車架基本都是通直梁結構形式。

車架變截面長度，除了考慮工藝成型，副車架安裝，還應考慮對車架左右側安裝零部件的影響，是否要加斜墊塊，是否會影響生產節拍等，都應進行影響評估。

2.4 車架孔位布局

為了提升產品拓展的難易程度，在產品配置變化時，不引起車架的變化，近幾年來，各主機廠紛紛推出標準孔位的車架，但是標準化的程度不同，有的是局部標準孔位設計，有的是從前至后的完全標準孔位設計。局部標準孔和完全標準孔設計，各有利弊，在進行設計時，應依據自身企業的實際工藝情況進行，不能一概而論。標準孔的車架設計，應注意各零部件的安裝防錯。

車架標準孔位設計時，很關鍵的一項工作是，車架孔位的起始位置和Z向排布。

2.4.1 車架標準孔孔位起始位置

大部分主機廠，車架的標準孔起始位置是，滿載時車架前一軸的中心軸線，即與整車坐標原點位置重合。在實際設計中，發現此方案并非最優。起始位置應結合懸架硬點來設定。前部標準孔的位置確定，應結合懸架系統的板簧長度規劃，按照銷軸中心的位置來進行確定。具體為：以銷軸中心為對稱中心，向前后起標準孔。此種做法的優勢在于，可以減小板簧支架的種類，提高板簧支架互換性，降低板簧支架的管理成本，以及避免后期拓展車型板簧支架種類多造成的錯誤。后部標準孔，應結合后平衡軸的安裝或者是中后橋軸距進行確定，一般以平衡軸中心或中后橋中心為對稱中心，向前后兩邊起標準孔。有的情況下，會出現標準孔“斷開”情況，即無法按照從前至后相同間隔連續排列。此時，不必追求形式上的標準化，而去增加或者是減小軸距來進行調整（一般是增大），或者是新開平衡軸。平衡軸是很重要的承載件，如果更改新開發驗證周期較長，需要慎重。

2.4.2 標準孔的Z向排布

由于大多數件，尤其是懸架支架以車架下翼面為基準安裝，標準孔的Z向一般以車架下翼面為起始位置，起始的Z向值，需考慮不同車架幅高、不同車架厚度時，零部件的安裝和互換性。公路車腹高小，厚度薄；工程車腹高大，厚度大，大部分為雙層，有的甚至是三層。在進行Z向孔位排布時，考慮大多數車型，盡量兼顧特殊車型，兼顧不了的，做特殊應對，不強求兼顧。

2.5 車架腹高

隨著輕量化技術的發展及國家治超法規的日趨嚴格，車架腹高有變小的趨勢。在平臺化設計中，應兼顧不同產品線產品，做出腹高區格，一般為3個區格，有的主機廠為4個，腹高間隔一般在20mm至30mm，具體應結合本企業實際情況制定，不可盲目照搬競品。

3 結束語

車架的設計在平臺化設計中至關重要，對其他零部件的模塊化程度起著舉足輕重的作用。車架設計時，在前期的分析論證中，應多進行競品車架的對標分析，結合本企業的實際情況，綜合對比各種方案的優劣勢、風險就潛在機會，進行車架的前寬、后寬、變截面長度、孔位起始等關鍵參數設計的設計。在設計過程中，盡可能多方面度多維度去評估，以達到車架最優化設計的目的。

參考文獻：

[1]陳福全.汽車產品平臺化設計[J].汽車與駕駛維修（維修版）.2017（11）：121.

[2]郭娟.某商用車平臺化架構的研究及應用[J].輕型汽車技術.2016（6/7）：13-16.

[3]朱忠華，李光明.淺談汽車平臺化設計[J].汽車實用技術.2022（4）：180-183.

[4]楊茂華.淺談整車平臺與平臺化開發[J].企業技術開發.2015（34/30）：9-14.

[5]陳平，余傳海，王琪棟， 王明.汽車模塊化平臺戰略分析[J].汽車工程師.2017（9）：15-17+24.

[6]趙福全，劉宗巍，李贊.汽車產品平臺化模塊化開發模式與實施策略[J].汽車技術.2017（06）：1-6.