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(tǒng)邊界關(guān)聯(lián)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(tái)化設(shè)計(jì)中，車架設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到后期產(chǎn)品的可拓展性及技術(shù)兼容性，影響到變形產(chǎn)品拓展的難易程度。在商用汽車競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的情況下，如何快速響應(yīng)市場(chǎng)，提供市場(chǎng)所需產(chǎn)品，車架設(shè)計(jì)的重要性更是不言而喻。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)和探討了平臺(tái)化設(shè)計(jì)中，車架設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，前部寬度、后部寬度、變截面長(zhǎng)度及拐點(diǎn)位置，孔位布局等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)，以及需要注意事項(xiàng)，旨在對(duì)平臺(tái)化設(shè)計(jì)中車架的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車架 重卡 平臺(tái)化 開(kāi)發(fā)

1 平臺(tái)化設(shè)計(jì)相關(guān)概念

1.1 平臺(tái)

不同資料對(duì)平臺(tái)的定義不盡相同[1-4]，但是核心內(nèi)容相似，即相同架構(gòu)和共享模塊的集合。平臺(tái)的核心是建立規(guī)則、界面和接口，實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)模塊化。

1.2 平臺(tái)化

平臺(tái)化是一種產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方法，其核心是用有限的模塊組合出更多產(chǎn)品，盡可能實(shí)現(xiàn)模塊化，從而提高零部件的通用化率[5]。平臺(tái)化是基于平臺(tái)進(jìn)行的。

1.3 產(chǎn)品平臺(tái)

產(chǎn)品平臺(tái)通常是由一個(gè)或幾個(gè)架構(gòu)和共享模塊構(gòu)建組成。產(chǎn)品平臺(tái)應(yīng)既有良好的技術(shù)兼容性和擴(kuò)展性，又有市場(chǎng)和技術(shù)的前瞻性[6]。

2 平臺(tái)化的車架設(shè)計(jì)

平臺(tái)化的車架設(shè)計(jì)，其主要目的是，減少車架品系，提高不同產(chǎn)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(chǎn)品的拓展。

平臺(tái)化車架設(shè)計(jì)，主要涉及到車架的前部寬度設(shè)計(jì)、后部寬度設(shè)計(jì)、變截面長(zhǎng)度（拐點(diǎn)位置）設(shè)計(jì)、幅高設(shè)計(jì)、孔位設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

2.1 車架前部寬度

2.1.1 車架前寬設(shè)計(jì)原則

（1）滿足規(guī)劃的動(dòng)力總成落裝。

（2）滿足產(chǎn)品的轉(zhuǎn)彎半徑競(jìng)爭(zhēng)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(nèi)容。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)劃及布置落裝。

前部車架寬度必須保證規(guī)劃范圍內(nèi)最大邊界發(fā)動(dòng)機(jī)順利落裝。一般情況下，車架翼面切割后寬度應(yīng)不小于50mm（風(fēng)扇區(qū)域不受此限制），發(fā)動(dòng)機(jī)落裝空間為單邊預(yù)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(fā)動(dòng)機(jī)的干涉情況。有干涉情況說(shuō)明不滿足要求，需要調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)附件位置或者是車架寬度，如果無(wú)干涉則為滿足要求。另外，兼顧未來(lái)市場(chǎng)的變化，考慮到產(chǎn)品的兼容性和動(dòng)力性的升級(jí)，還應(yīng)考慮未來(lái)動(dòng)力鏈升級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的落裝可行性。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇尺寸規(guī)劃。

發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇X向一般落在車架的前部延伸拓展區(qū)域，即前接梁部位，此部分工藝落裝間隙要求同發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)左右前接梁空間寬度來(lái)保證。

（3）冷卻模塊規(guī)劃。

結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)劃，以及現(xiàn)平臺(tái)產(chǎn)品的散熱面積情況，進(jìn)行冷卻模塊散熱能力計(jì)算，評(píng)估計(jì)算冷卻模塊不同的放置形式（縱向長(zhǎng)還是橫向長(zhǎng)）的差異，以及冷卻模塊的進(jìn)出氣口位置（頂置還是側(cè)置），對(duì)冷卻模塊規(guī)格進(jìn)行規(guī)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(yù)留。

（4）變速器、緩速器規(guī)劃。

受生產(chǎn)節(jié)拍限制，一般主機(jī)廠都是動(dòng)力總成總體落裝，即發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器及緩速器管路裝配好后一起落裝。車架寬度設(shè)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(guān)注是獨(dú)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否便利。

（6）前軸輪輞安裝端面距、車輪厚度及輪胎規(guī)格。

為滿足國(guó)家法規(guī)限寬要求，一般中寬?cǎi){駛室車型控制寬度不超過(guò)2500mm，寬體駕駛室車型控制寬度不超過(guò)2550mm。需要注意的是，前輪是否帶螺母護(hù)罩。不帶螺母護(hù)罩，前部最寬處為前軸螺母，如果帶螺母護(hù)罩，應(yīng)計(jì)算螺母護(hù)罩長(zhǎng)度，計(jì)算公式為：前橋輪輞安裝端面距+車輪厚度*2+車輪螺母護(hù)罩長(zhǎng)度*2，此值不應(yīng)超過(guò)法規(guī)寬度限值。

（7）前輪轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)。

最基本的要求是滿足通道圓法規(guī)及最小轉(zhuǎn)彎半徑要求，在此基礎(chǔ)上，參照競(jìng)品，提升產(chǎn)品的機(jī)動(dòng)性能，盡可能增大車輪轉(zhuǎn)角。需要注意的是，需要校核轉(zhuǎn)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(shí)物驗(yàn)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(jié)構(gòu)難易程度。

（8）不同產(chǎn)品線車架寬度。

一般情況下，牽引車使用發(fā)動(dòng)機(jī)排量較大，其他車輛，如載貨車、自卸車、攪拌車等，發(fā)動(dòng)機(jī)排量較牽引車小。所以，牽引車車架設(shè)計(jì)前部寬度會(huì)較其他車輛寬一些，滿足動(dòng)力需求；其他車輛前部寬度窄一些，用于增大車輪內(nèi)外轉(zhuǎn)角，提升機(jī)動(dòng)性，或者是給轉(zhuǎn)向機(jī)支架、腳踏支架、上駕駛室管線束預(yù)留較大空間，方便進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)。另外，還應(yīng)對(duì)不同產(chǎn)品線之間、或者是同一產(chǎn)品線不同平臺(tái)產(chǎn)品之間，是否使用相同前部寬度進(jìn)行評(píng)估，建議分析時(shí)使用WHTO法，對(duì)前部模塊的通用性，如前接梁、發(fā)動(dòng)機(jī)前懸置軟墊及發(fā)動(dòng)機(jī)支架、一橋減振器支架、前橋橫向穩(wěn)定桿支架、轉(zhuǎn)向拉桿和轉(zhuǎn)向搖臂支座、車架的成型工藝及模具等，進(jìn)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(shè)計(jì)原則

（1）匹配規(guī)劃輪胎、車輪及驅(qū)動(dòng)橋?qū)挾葷M足法規(guī)限制。

（2）其余附件，如油箱、EGP、蓄電池箱體、尿素罐、空濾器、側(cè)裙板或側(cè)防護(hù)裝配后滿足法規(guī)限制。

（3）滿足法規(guī)限制時(shí)，盡量增大車架后部寬度，保證車架內(nèi)側(cè)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(guī)限制。

國(guó)內(nèi)重卡產(chǎn)品一般都按照GB 1589外寬尺寸限制2550mm進(jìn)行控制，但部分區(qū)域產(chǎn)品，為了降低成本重量，會(huì)按照2500mm控制。另外，對(duì)于銷往越南、澳大利亞、馬來(lái)西亞、菲律賓、印尼等國(guó)家車輛，一般有外寬限制，外寬也按照2500mm控制。

（2）輪胎型號(hào)及車輪規(guī)格。

雙胎車型后部外寬計(jì)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(qū)動(dòng)橋（輪輞安裝距）。輪輞安裝距一般按照最厚的輪輻厚度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在進(jìn)行外寬計(jì)算時(shí)，除了滿足限寬要求，還需結(jié)合實(shí)際使用工況情況，例如自卸車在超載時(shí)的輪胎并胎問(wèn)題也應(yīng)同步考慮。

（5）動(dòng)力懸置形式及落裝。

一般牽引車的車架第二折彎點(diǎn)在動(dòng)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(diǎn)設(shè)置在車身后懸置之前。這時(shí)，應(yīng)結(jié)合動(dòng)力總成懸置的形式，是否有輔助懸置，是否匹配緩速器等，進(jìn)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(zhǎng)度及位置設(shè)計(jì)

一般主機(jī)廠車架設(shè)計(jì)，都是盡量在一個(gè)方向上進(jìn)行變截面設(shè)計(jì)，常用的是Y向和Z向，也有的主機(jī)廠在Y向和Z向上都進(jìn)行變截面設(shè)計(jì)。在兩個(gè)方向上都進(jìn)行變截面設(shè)計(jì)的車架，由于車架模具較復(fù)雜，無(wú)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(xiàn)在市場(chǎng)上常見(jiàn)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(shí)，不需要沖壓成型的定位孔，減少了定位孔對(duì)車架零部件安裝及車架強(qiáng)度的影響，另外產(chǎn)品變化時(shí)如果車架幅高變化不會(huì)受到限制，推薦使用。

車架變截面長(zhǎng)度，一般控制車架折彎角度不大于7°，最小長(zhǎng)度不應(yīng)小于300mm。牽引車變截面長(zhǎng)度較長(zhǎng)，其他帶上裝類的車輛車架變截面長(zhǎng)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(zhǎng)度建議不超過(guò)車身后懸置位置，否則會(huì)影響到副車架的連接貼合，會(huì)導(dǎo)致副車架工藝復(fù)雜，成本增加，目前市場(chǎng)上能見(jiàn)到的副車架基本都是通直梁結(jié)構(gòu)形式。

車架變截面長(zhǎng)度，除了考慮工藝成型，副車架安裝，還應(yīng)考慮對(duì)車架左右側(cè)安裝零部件的影響，是否要加斜墊塊，是否會(huì)影響生產(chǎn)節(jié)拍等，都應(yīng)進(jìn)行影響評(píng)估。

2.4 車架孔位布局

為了提升產(chǎn)品拓展的難易程度，在產(chǎn)品配置變化時(shí)，不引起車架的變化，近幾年來(lái)，各主機(jī)廠紛紛推出標(biāo)準(zhǔn)孔位的車架，但是標(biāo)準(zhǔn)化的程度不同，有的是局部標(biāo)準(zhǔn)孔位設(shè)計(jì)，有的是從前至后的完全標(biāo)準(zhǔn)孔位設(shè)計(jì)。局部標(biāo)準(zhǔn)孔和完全標(biāo)準(zhǔn)孔設(shè)計(jì)，各有利弊，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)自身企業(yè)的實(shí)際工藝情況進(jìn)行，不能一概而論。標(biāo)準(zhǔn)孔的車架設(shè)計(jì)，應(yīng)注意各零部件的安裝防錯(cuò)。

車架標(biāo)準(zhǔn)孔位設(shè)計(jì)時(shí)，很關(guān)鍵的一項(xiàng)工作是，車架孔位的起始位置和Z向排布。

2.4.1 車架標(biāo)準(zhǔn)孔孔位起始位置

大部分主機(jī)廠，車架的標(biāo)準(zhǔn)孔起始位置是，滿載時(shí)車架前一軸的中心軸線，即與整車坐標(biāo)原點(diǎn)位置重合。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)此方案并非最優(yōu)。起始位置應(yīng)結(jié)合懸架硬點(diǎn)來(lái)設(shè)定。前部標(biāo)準(zhǔn)孔的位置確定，應(yīng)結(jié)合懸架系統(tǒng)的板簧長(zhǎng)度規(guī)劃，按照銷軸中心的位置來(lái)進(jìn)行確定。具體為：以銷軸中心為對(duì)稱中心，向前后起標(biāo)準(zhǔn)孔。此種做法的優(yōu)勢(shì)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(cuò)誤。后部標(biāo)準(zhǔn)孔，應(yīng)結(jié)合后平衡軸的安裝或者是中后橋軸距進(jìn)行確定，一般以平衡軸中心或中后橋中心為對(duì)稱中心，向前后兩邊起標(biāo)準(zhǔn)孔。有的情況下，會(huì)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)孔“斷開(kāi)”情況，即無(wú)法按照從前至后相同間隔連續(xù)排列。此時(shí)，不必追求形式上的標(biāo)準(zhǔn)化，而去增加或者是減小軸距來(lái)進(jìn)行調(diào)整（一般是增大），或者是新開(kāi)平衡軸。平衡軸是很重要的承載件，如果更改新開(kāi)發(fā)驗(yàn)證周期較長(zhǎng)，需要慎重。

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)孔的Z向排布

由于大多數(shù)件，尤其是懸架支架以車架下翼面為基準(zhǔn)安裝，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，零部件的安裝和互換性。公路車腹高小，厚度??；工程車腹高大，厚度大，大部分為雙層，有的甚至是三層。在進(jìn)行Z向孔位排布時(shí)，考慮大多數(shù)車型，盡量兼顧特殊車型，兼顧不了的，做特殊應(yīng)對(duì)，不強(qiáng)求兼顧。

2.5 車架腹高

隨著輕量化技術(shù)的發(fā)展及國(guó)家治超法規(guī)的日趨嚴(yán)格，車架腹高有變小的趨勢(shì)。在平臺(tái)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)兼顧不同產(chǎn)品線產(chǎn)品，做出腹高區(qū)格，一般為3個(gè)區(qū)格，有的主機(jī)廠為4個(gè)，腹高間隔一般在20mm至30mm，具體應(yīng)結(jié)合本企業(yè)實(shí)際情況制定，不可盲目照搬競(jìng)品。

3 結(jié)束語(yǔ)

車架的設(shè)計(jì)在平臺(tái)化設(shè)計(jì)中至關(guān)重要，對(duì)其他零部件的模塊化程度起著舉足輕重的作用。車架設(shè)計(jì)時(shí)，在前期的分析論證中，應(yīng)多進(jìn)行競(jìng)品車架的對(duì)標(biāo)分析，結(jié)合本企業(yè)的實(shí)際情況，綜合對(duì)比各種方案的優(yōu)劣勢(shì)、風(fēng)險(xiǎn)就潛在機(jī)會(huì)，進(jìn)行車架的前寬、后寬、變截面長(zhǎng)度、孔位起始等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能多方面度多維度去評(píng)估，以達(dá)到車架最優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

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