楊宗寶

摘 要：隨著整車排放標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及其附件布置亦越發(fā)復(fù)雜。而在輕型載貨車的設(shè)計(jì)中，受限于發(fā)艙空間限制，發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)因?yàn)殚g隙不當(dāng)而產(chǎn)生動(dòng)態(tài)干涉是滿足元寶梁布置的基本需求。文章主要對(duì)某輕型車懸置元寶梁與前橋空間校核方法進(jìn)行研究，以便合理布置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元寶梁走向，從而避免其與前橋產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。

關(guān)鍵詞：輕型車;空間校核;運(yùn)動(dòng)干涉;懸置元寶梁

中圖分類號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：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(yè)“輕卡不輕”事件影響，各大主機(jī)廠商將更多的精力用于整車輕量化，通過新材料、新結(jié)構(gòu)等一系列措施進(jìn)而達(dá)成輕量化。而對(duì)于承載系統(tǒng)來說，采用高強(qiáng)鋼、少片簧似乎成為了大勢所趨，當(dāng)然少片簧雖然有著諸多優(yōu)勢（輕量化、舒適化），但由于排放升級(jí)后發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩均大幅提升，動(dòng)力總成的布置也愈加復(fù)雜化，結(jié)合元寶梁與前橋始終處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，故如何保證懸置元寶梁與前橋動(dòng)態(tài)間隙顯得尤為關(guān)鍵。

目前采用的仍為傳統(tǒng)的“鐵碰鐵”校核方式，但隨著整車布置的緊湊化，傳統(tǒng)的“鐵碰鐵”已不能滿足輕型車懸置元寶梁與前橋動(dòng)態(tài)間隙的校核，本文主要對(duì)某輕型車懸置元寶梁與前橋空間動(dòng)態(tài)間隙的校核方法進(jìn)行研究，以便合理布置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元寶梁的走向，從而避免發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元寶梁與前橋產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。

1 傳統(tǒng)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(shí)，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(shè)計(jì)要求。

通過上述校核方法得出的數(shù)據(jù)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(tǒng)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(chǎn)的車輛經(jīng)過強(qiáng)化道路試驗(yàn)驗(yàn)證，該輕型車懸置元寶梁卻與前橋產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)干涉的現(xiàn)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(shí)際要求。

“鐵碰鐵”校核方式非常簡便，它既簡化了發(fā)動(dòng)機(jī)因懸置膠墊變形而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)，還簡化了鋼板彈簧的扭轉(zhuǎn)變形運(yùn)動(dòng)。根據(jù)懸架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，緩沖塊在其壓縮1/2時(shí)就會(huì)產(chǎn)生破壞，所以常規(guī)理解“鐵碰鐵”校核時(shí)有緩沖塊1/2的富余量，這富余量可以認(rèn)為正好彌補(bǔ)懸置膠墊變形而引起發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，但鋼板彈簧的扭轉(zhuǎn)變形以及前橋因轉(zhuǎn)向?qū)е逻\(yùn)動(dòng)卻沒有考慮到（由于前橋轉(zhuǎn)向帶來的變動(dòng)相對(duì)較小，故本文重點(diǎn)講述由于板簧運(yùn)動(dòng)變形導(dǎo)致的相關(guān)校核，未考慮前橋轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)），因此才會(huì)產(chǎn)生上述現(xiàn)象。由此可以得出結(jié)論“鐵碰鐵”的校核方式只適用于前鋼板彈簧不會(huì)扭轉(zhuǎn)的車型，而實(shí)際上鋼板彈簧會(huì)存在一定的扭轉(zhuǎn)變形，尤其在緊急制動(dòng)時(shí)這種現(xiàn)象更為顯著。

2 鋼板彈簧的變形運(yùn)動(dòng)

根據(jù)郭孔輝院士的《汽車操縱動(dòng)力學(xué)》中附錄E《板簧變形運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其應(yīng)用》對(duì)鋼板彈簧的運(yùn)動(dòng)分析，鋼板彈簧的運(yùn)動(dòng)由垂直跳動(dòng)和縱扭兩部分組成，而在車輛的運(yùn)動(dòng)的過程中，這兩部分運(yùn)動(dòng)幾乎是同時(shí)進(jìn)行。

2.1 鋼板彈簧垂直跳動(dòng)變形

對(duì)于對(duì)稱半橢圓板簧中點(diǎn)（即車橋與板簧接觸點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以用一根當(dāng)量桿來描述：

2.1.1 運(yùn)動(dòng)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(qū)分板簧卷耳結(jié)構(gòu)。對(duì)于上卷式卷耳，圓心位于基線上方r/2處的平行線上，對(duì)于下卷式卷耳，位于基線下方r/2處的平行線上，對(duì)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(nèi)徑，同時(shí)這里不考慮板簧吊耳或板簧工作時(shí)引起的基線斜度輕微擺動(dòng)。

2.1.2 軌跡半徑

當(dāng)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(shí)也是板簧中點(diǎn)p（任何軌跡點(diǎn)）到圓心的距離。因此要從該中點(diǎn)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(diǎn)位置的運(yùn)動(dòng)軌跡為繞著上圖O點(diǎn)為圓心、半徑R的圓弧運(yùn)動(dòng)（上述均基于對(duì)稱半橢圓鋼板彈簧）。

2.1.3 平移運(yùn)動(dòng)

只有對(duì)稱式板簧才是平移運(yùn)動(dòng)，可以按平行四邊形的方法找到所求運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的當(dāng)量桿圓心及半徑。

2.2 鋼板彈簧縱扭變形

結(jié)合郭孔輝院士《板簧變形運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其應(yīng)用》相關(guān)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(duì)平卷式板簧，且不計(jì)吊耳或滑板對(duì)基線斜角變化的影響。

對(duì)于板簧的縱扭變形，簡化采用等應(yīng)力梁即板簧整圓弧的假設(shè)，此時(shí)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(jié)合固定端在汽車前進(jìn)方向的前方，承受力矩M為逆時(shí)針方向。

說明：結(jié)合該輕型車發(fā)艙底部空間的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，且本文側(cè)重于校核元寶梁與橫拉桿間隙，故板簧懸架相關(guān)理論不再詳細(xì)贅述。

3 理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 理論分析

結(jié)合上述板簧運(yùn)動(dòng)軌跡及元寶梁與橫拉桿間隙特點(diǎn)，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(shù)模下創(chuàng)建板簧運(yùn)動(dòng)軌跡，并基于板簧跳到軌跡進(jìn)行DMU空間校核。如圖6所示：

基于上述校核方法，針對(duì)該輕型車路試反饋的問題進(jìn)行元寶梁方案調(diào)整，即將懸置元寶梁走向進(jìn)行調(diào)整（調(diào)整方案見圖7），確?；诎寤纱怪碧鴦?dòng)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(yàn)證

經(jīng)該方案設(shè)計(jì)的元寶梁，經(jīng)過10萬公里道路試驗(yàn)驗(yàn)證，未收到該故障反饋，即調(diào)整后的元寶梁結(jié)構(gòu)滿足整車要求，這也充分證明該校核方式的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。

4 結(jié)論

通過上述對(duì)某輕型車發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元寶梁與前橋的空間位置校核方法研究，再結(jié)合整車道路試驗(yàn)結(jié)果，初步得出結(jié)論，通過分析板簧垂向運(yùn)動(dòng)軌跡來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元寶梁與前橋的空間位置進(jìn)行校核是滿足設(shè)計(jì)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(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡，此亦可以作為理論設(shè)計(jì)依據(jù)。

通過對(duì)該方法的研究，總布置可以更好的布置發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，進(jìn)而布置好發(fā)動(dòng)機(jī)懸置元寶梁的走向，從而避免運(yùn)動(dòng)干涉的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭孔輝.板簧變形運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其應(yīng)用[J].汽車工程，1990（2）.

[2] 陳耀明.汽車懸架論文集[M].蘇州大學(xué)出版社， 2012.

[3] 余志生.汽車?yán)碚?第5版[M].機(jī)械工業(yè)出版社， 2009.