城市公交客車整體設(shè)計及仿真分析【三維UG】【3張cad圖紙+文檔全套資料】

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直到20世紀(jì)80年代，底盤技術(shù)直接決定了車輛的動態(tài)性能，集成了先進(jìn)的專用機(jī)械工程框架。20世紀(jì)80年代中期，隨著四輪轉(zhuǎn)向（4WS）的發(fā)展和實(shí)施，動力學(xué)性能成為焦點(diǎn)的控制技術(shù)，底盤控制技術(shù)融合機(jī)械工程和控制工程，此后一直是研究和發(fā)展的重要焦點(diǎn)。 在本文中,未來的前景是將研究底盤控制技術(shù)后,其歷史的回顧及其現(xiàn)狀,有特別集中于底盤控制設(shè)計,以4WS為代表的控制車輛橫向動力學(xué)的研究。 圖1??底盤控制系統(tǒng) 2.底盤控制的歷史 開始，底盤控制技術(shù)的歷史回顧。如圖2，在底盤控制技術(shù)上有三個重大變化。第一代是初級階段的底盤控制技術(shù)，從20世紀(jì)80年代中期開始，隨著4WS技術(shù)的發(fā)展，主要是日本汽車制造商的積極性。在第二代中，由線控制技術(shù)，如轉(zhuǎn)向和制動來控制駕駛車輛本身的運(yùn)作。目前正在開發(fā)的第三代協(xié)同控制技術(shù)，控制數(shù)的協(xié)同控制系統(tǒng)，智能車輛控制技術(shù)，采用雷達(dá)，攝像機(jī)和外部傳感器。 圖2??底盤控制系統(tǒng)發(fā)展的歷史 底盤控制技術(shù)，根據(jù)這里列出的后代將審查和系統(tǒng)化以下。 2.1.第一代的底盤控制技術(shù) 4WS系統(tǒng)首次納入控制的概念，在整車動力性能方面。因?yàn)樗陌l(fā)展過程中,應(yīng)該注意對車輛動力學(xué)為目標(biāo)的控制。 第一代4WS（圖3）傳送機(jī)械軸的后輪前輪的角度。該系統(tǒng)采用非線性包含前后輪之間的行星齒輪的齒輪箱。本次裝配調(diào)整前輪的角度，并輪流在同一階段的方向盤時，當(dāng)小角度轉(zhuǎn)向在相反的方向時，前輪后輪是在大角度轉(zhuǎn)向的。這在高速行駛時提供了極好的穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)向角度低，和在低速時有一個非常小的轉(zhuǎn)彎半徑。（佐野古河，及白石，1986年）。 圖3??四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（4WS） 圖4是顯示在兩輪車輛兩自由度動態(tài)性能的信號傳輸框圖。4WS運(yùn)作已覆蓋在這張圖上，可以很容易地掌握車輛動態(tài)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。如圖4清晰地顯示了圖3在車輛系統(tǒng)的前饋的元素的轉(zhuǎn)向角響應(yīng)，4WS作為輔助控制系統(tǒng)在動態(tài)控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，定位為主要控制系統(tǒng)。 圖4??轉(zhuǎn)向角的4WS控制功能塊圖 如上所述，除了轉(zhuǎn)向角響應(yīng)系統(tǒng)，還有各種其他類型的4WS，包括系統(tǒng)引導(dǎo)轉(zhuǎn)向力輸入（Shibahata，入江，伊藤，與村，1986年），并系統(tǒng)引導(dǎo)使用偏航率作為反饋信號（后輪井上，卡瓦依，稻垣，田中，川，1991年）。圖5顯示了這些系統(tǒng)的信號傳輸框圖定位。前輪轉(zhuǎn)向提供了一個輔助控制系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的基本特征是相同的轉(zhuǎn)向角響應(yīng)4WS。 圖5??座四輪轉(zhuǎn)向控制圖 直接偏航控制(DYC)是作為一個底盤控制系統(tǒng)開發(fā)成功的4WS。 4WS雖然在低側(cè)向加速度產(chǎn)生重大影響，在轉(zhuǎn)彎DYC后提供一個恒久的控制效果，在轉(zhuǎn)彎到一個較高的橫向加速度。DYC后是基于一個全新的概念：獨(dú)立的牽引力控制和啟用偏航瞬間被用來控制車輛的行為（左，右車輪制動的力量Shibahata等，1992）。圖6顯示了一個DYC后在FWD車輛牽引控制系統(tǒng)的一個例子。該系統(tǒng)采用了行星齒輪傳動裝置，以增加對轉(zhuǎn)彎時內(nèi)輪的外側(cè)車輪的速度，增加外側(cè)車輪的牽引力，從而提高轉(zhuǎn)彎性能（北村等人，1997年）。圖7顯示了作為整車動力性能指標(biāo)上的信號傳輸框圖DYC后系統(tǒng)的定位。該系統(tǒng)是一個額外的輔助控制系統(tǒng)，在這種情況下直接控制橫擺力矩的新類型。DYC后的概念已經(jīng)被應(yīng)用到制動控制，使當(dāng)前的制動系統(tǒng)控制車輛動力學(xué)的發(fā)展。 圖6??主動扭矩傳輸系統(tǒng)（ATTS） 圖7?ATTS框圖（DYC） 2.2.第二代的底盤控制 雖然第一代的底盤控制系統(tǒng)是額外的輔助控制系統(tǒng)，第二代系統(tǒng)成為主要的控制系統(tǒng)，改變了主要控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。圖8顯示了在安裝這些系統(tǒng)的先行者，例如本田S2000的VGS系統(tǒng)。VGS采用一個特殊的凸輪機(jī)構(gòu)，在位于不同的轉(zhuǎn)向齒輪比轉(zhuǎn)向變速箱的例子。作用是使整個速度范圍速動比率在低速和高速率緩慢的使用，（卡瓦依，Shibahata，清水，河野和佐野，2001年）。圖9顯示了信號傳輸?shù)腣GS為框圖底盤控制系統(tǒng)，改善了可操作性。很清楚，轉(zhuǎn)向控制是主要的控制系統(tǒng)。 圖8??可變齒輪比轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（VGS）提供 圖9??VGS的方框圖 最終的主控制系統(tǒng)是轉(zhuǎn)向線（線控轉(zhuǎn)向）。根據(jù)廠家的主動權(quán)，在歐盟（圖10）（戴姆勒-奔馳公司，1996年）開始對本系統(tǒng)的研究。因?yàn)闆]有在SBW的方向盤和輪胎之間的機(jī)械連接，有沒有必要裝上一個圓形的方向盤，提供了在汽車內(nèi)飾設(shè)計創(chuàng)新的潛力。 圖10??梅賽德斯-奔馳F 200 它正在開發(fā)新技術(shù)，使可靠性保證在SBW,且系統(tǒng)還沒有投放市場。主動前輪轉(zhuǎn)向（AFS），已被定位為橋梁技術(shù)與沉鼓和的VGS（圖11）。該系統(tǒng)采用了行星齒輪總成位于轉(zhuǎn)向柱軸。該系統(tǒng)采用了行星齒輪總成位于轉(zhuǎn)向柱軸。方向盤轉(zhuǎn)動的太陽齒輪，行星齒輪載體連接到輪胎的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和齒圈連接到提供主動轉(zhuǎn)向電機(jī)。在保持1的轉(zhuǎn)向車輪和輪胎之間的機(jī)械連接的同時，該系統(tǒng)是能夠來減少或增加的響應(yīng)駕駛員的輸入主動轉(zhuǎn)向輸入，使1主動轉(zhuǎn)向一定數(shù)額這并沒有妨礙車輪的驅(qū)動程序的操作（寶馬，2000年）。 圖?11??主動前輪轉(zhuǎn)向（AFS）的 最重要的問題是，以確保功能在故障條件下工作。有兩種方法：完全一倍的電力系統(tǒng)，或采用機(jī)械備份系統(tǒng)?？紤]到目前的技術(shù)水平，后者似乎更有前途（Heitzer李氏，2004年）。 2.3.第三代底盤控制 有幾個值得討論的關(guān)于第三代底盤控制技術(shù)的問題。其中之一就是綜合控制技術(shù)，它匯集了協(xié)作系統(tǒng)控制現(xiàn)有機(jī)箱到超越這些傳統(tǒng)系統(tǒng)所提供的水平，以提高性能。圖12（戴姆勒-克萊斯勒公司，2001年）顯示了一個集技術(shù)，從而增加制動和轉(zhuǎn)彎性能的限制：線控轉(zhuǎn)向，主動懸架，傾角控制，特種輪胎。在這個系統(tǒng)中的合作不僅限于轉(zhuǎn)向和懸架系統(tǒng)的控制之間的合作;拱度控制中的應(yīng)用是輪胎設(shè)計的先決條件。這可能被稱為汽車的版本叫什么配置控制車輛（CCV的）航空工程。 圖?12??奔馳F 400雕刻 開展了多項(xiàng)合作控制ECU有兩個配置。一是有一個中央控制的ECU（圖13），而另一個提供在每個系統(tǒng)單獨(dú)控制的ECU，實(shí)現(xiàn)通過協(xié)同控制的ECU（之間的通信圖14）（阿明，西爾維亞，約瑟夫，與Ansgar，2001年）。因?yàn)闊o論配置，都可以得到相同的結(jié)果，包括協(xié)同控制，選擇一個合適的ECU配置將根據(jù)開發(fā)系統(tǒng)，包括誰是負(fù)責(zé)中央ECU的發(fā)展問題。 圖?13??未來一體化底盤控制概念 圖?14??車輛動態(tài)控制（VDM）中的控制結(jié)構(gòu) 底盤控制技術(shù)，超越以往采用的概念，在第三代的另一個重大變化是使用外部傳感器，在碰撞的車輛制動控制的道路和就業(yè)指導(dǎo)。圖15顯示相機(jī)配備車輛檢測的白色車道標(biāo)線，使轉(zhuǎn)向控制，以保持車輛的過程中（石田，田中，近藤Shingyoji，2003年）。圖16顯示了碰撞緩解系統(tǒng)（CMS），檢測前車使用雷達(dá)，并適用于制動控制，以減少碰撞的損害（Kodaka，Otabe，烏來，小池，2003年）。這些系統(tǒng)不利于車輛為一臺機(jī)器的物理動力學(xué)性能的改善，但使車輛通過使用外部傳感器的智能和有療效顯著減少驅(qū)動器的負(fù)載。 圖?15。??本田智能駕駛員支持系統(tǒng)（HIDS）。 圖?（一）?16??碰撞緩解制動系統(tǒng)（CMS）（二）碰撞緩解制動系統(tǒng)（CMS） 3.底盤的未來發(fā)展趨勢 3.1控制技術(shù) 底盤控制的目的，大致可分為兩大類： 1.車輛的物理動力學(xué)作為一臺機(jī)器的性能改善。 2.減少工作負(fù)載。 第1組的前身具有很大的潛力，以提高車輛的物理性能的底盤控制。我們需要開發(fā)一種新的控制方法,成功的4 WS,DYC,以及類似的。在試圖達(dá)到這個目標(biāo)，如上所述，輪胎角度的控制，從而增加了外傾角高20°已經(jīng)提出了一種新形式的底盤控制，以提高轉(zhuǎn)彎性能，這據(jù)報道，以生產(chǎn)提高了30％特種輪胎的組合。為了開發(fā)這一系統(tǒng)，研究人員回顧輪胎上產(chǎn)生摩擦力的原則。拱推力，其中輪胎接觸路面的垂直載荷分布也有類似的分布，從而能夠產(chǎn)生比轉(zhuǎn)向力更高的摩擦力。這可以看作是一個典型例子的基本技術(shù)，旨在提高車輛的歸類在第一個機(jī)器的性能之間的關(guān)系密不可分2，圖1所示的控制方法。 轉(zhuǎn)向線（SBW）和剎車線（BBW），存在控制的概念，分為??3節(jié)。沉鼓沒有的轉(zhuǎn)向車輪和輪胎之間的機(jī)械連接功能，能提供主動控制自由不干擾駕駛操作的方向盤，但超過可靠性的關(guān)注和成本高的意思是，該技術(shù)還沒有被商業(yè)實(shí)施。未來的研發(fā)對其實(shí)施的努力是可取的。 我們可以預(yù)期，在未來的系統(tǒng)分類在第4的進(jìn)一步發(fā)展，其中有改善通過使用傳感器技術(shù)來提高人機(jī)交互性能改善的目標(biāo)。 在結(jié)束發(fā)言時，控制邏輯被認(rèn)為是形成控制技術(shù)的核心。剔除技術(shù)歸類在第4，在使用外部傳感器確定明確的控制目標(biāo)，我們必須要問有關(guān)系統(tǒng)在第1，2，2.1，2.2，2.3和3的底盤控制的基本邏輯是否足夠以確定如何應(yīng)控制車輛。可以考慮參考模型狀態(tài)反饋控制邏輯是目前的主要趨勢。然而，一個問題出現(xiàn)時，這個邏輯應(yīng)用于車輛控制是一個事實(shí)，即在路面μ的變化，使計算模型不切實(shí)際的參考值。此外，在駕駛的情況下使用的狀態(tài)反饋信號修復(fù)車輛的行為中的一種形式，駕駛能手往往要承受那樣不合適的控制。在未來它將需要發(fā)展專用汽車控制邏輯的特點(diǎn)，作為一臺機(jī)器，而不是僅僅采用傳統(tǒng)的控制邏輯車輛的專用汽車的控制邏輯。輪胎模型用于確定控制目標(biāo)，并作為反饋信號（偏航力矩聘請勝山與福島，2000年）已經(jīng)提出一個理想的制度。這是一個提示對消除薄弱環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的反饋量,國家采取實(shí)際的情況（圖17）。 圖?17。??偏航力矩反饋控制。 4.結(jié)論 1.控制的概念和機(jī)械設(shè)計之間的和諧，是高效率的底盤控制至關(guān)重要的。 2.機(jī)械車輛必須進(jìn)行分析，以促使新的輔助控制系統(tǒng)的發(fā)展。 3.汽車底盤控制邏輯仍然是欠發(fā)達(dá)的。在未來，將有必要建立新的控制概念，這是唯一的汽車底盤控制。 4.外部傳感器的使用，使底盤智能控制是非常有效地降低驅(qū)動器的負(fù)載，它將在未來的發(fā)展是至關(guān)重要的底盤控制，改善系統(tǒng)性能，考慮車輛和司機(jī)構(gòu)成一個整體。 附錄B 摘要 本設(shè)計根據(jù)社會消費(fèi)需求，從實(shí)際出發(fā)，充分考慮汽車整體外形來實(shí)現(xiàn)底盤總布置的設(shè)計實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)車身骨架的設(shè)計優(yōu)化，對公交客車的形式和主要參數(shù)進(jìn)行選擇，并對底盤各總成包括發(fā)動機(jī)、變速箱、離合器、前橋、驅(qū)動橋、懸架系統(tǒng)、傳向系統(tǒng)等進(jìn)行選型。同時也做了汽車的動力性，燃油經(jīng)濟(jì)性的分析。設(shè)計車身骨架以及底盤車架并校核其強(qiáng)度和剛度。基于Siemens NX 建立車身骨架和底盤車架的三位模型，并對底盤骨架做靜態(tài)有限元分析以及模態(tài)分析。通過對車架有限元模型進(jìn)行無約束的自由模態(tài)分析，驗(yàn)證了車架本身結(jié)構(gòu)的合理性。 關(guān)鍵詞：公交客車；車架設(shè)計；有限元；模態(tài)分析 Abstract The design is based on the actual needs of the society, starting from the actual conditions, fully considering the overall shape of the car to achieve optimal design and implementation of the chassis layout, optimizing the design of the car body skeleton, selecting the form and main parameters of the bus, and selecting the main parameters of the bus. It includes engines, gearboxes, clutches, front axles, drive axles, suspension systems, transmission systems, and so on. At the same time, it also analyzed the dynamic nature of the car and the fuel economy. Design the body frame and chassis frame and check its strength and stiffness. Based on Siemens NX, a three-dimensional model of the body frame and chassis frame was established, and static finite element analysis and modal analysis were performed on the chassis skeleton. Through the unconstrained free modal analysis of the frame finite element model, the rationality of the frame itself is verified. Key words: bus; frame design; finite element; modal analysis I 目錄 前言 1 1 汽車形式的選擇 2 1.1汽車的軸數(shù) 2 1.2汽車的驅(qū)動形式 2 1.3 汽車布置形式的選擇 3 2 汽車主要參數(shù)的選擇 4 2.1 汽車主要尺寸參數(shù)的選擇 4 2.1.1外廓尺寸 4 2.1.2 軸距L的選擇 4 2.1.3前后輪距B1、B2的選擇 4 2.1.4 前懸、后懸的確定 5 2.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 5 2.2.1 汽車的轉(zhuǎn)載質(zhì)量和載客量 5 2.2.2 汽車的整備質(zhì)量m0的估算 5 2.2.3 汽車的總質(zhì)量ma的確定 5 2.2.4 汽車的軸荷分配 6 2.3 汽車主要性能參數(shù)的選擇 6 2.3.1 動力性參數(shù)的選擇 6 2.3.2 最小轉(zhuǎn)彎直徑 7 2.3.3 汽車通過性幾何參數(shù) 7 2.3.4 汽車操作穩(wěn)定性參數(shù) 7 2.3.5 汽車的制動性參數(shù) 8 3 底盤各總成的選擇 8 3.1 發(fā)動機(jī)的選擇 8 3.1.1 發(fā)動機(jī)的計算 8 3.1.2 發(fā)動機(jī)的選型 9 3.2 離合器 11 3.2.1 離合器的功用 11 3.2.2 離合器的分類 11 3.2.3 離合器的選擇 11 3.3 變速器 12 3.3.1 變速器的計算 12 3.3.2 變速器的選型 14 3.4 發(fā)動機(jī)與離合器及變速器的布置 16 3.5 前橋 16 3.6 驅(qū)動橋 17 3.7 萬向節(jié)傳動裝置 18 3.8 車架 18 3.9 懸架系統(tǒng) 19 3.10 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 20 3.10.1 設(shè)計轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿足的要求 20 3.10.2 轉(zhuǎn)向器 20 3.11 制動系 21 3.11.1 制動防抱死系統(tǒng)（ABS） 22 3.11.2 制動器的選擇 22 3.12 車輪及輪胎 22 3.12.1 車輪與輪胎的功用 22 3.12.2 車輪與輪胎的選擇 22 4 性能分析 24 4.1 汽車的動力性 24 4.1.1 最高車速的計算 24 4.1.2 最大爬坡度的計算 27 4.1.3 動力特性的計算 27 4.2 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性 29 5 車身骨架結(jié)構(gòu)尺寸的確定 31 5.1 骨架設(shè)計依據(jù) 31 5.1.1 設(shè)計原則 31 5.1.2 主要技術(shù)參數(shù) 31 5.1.3 車身骨架材料 32 5.2 骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 32 5.2.1 左右側(cè)圍骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計分析 32 5.2.2 頂蓋骨架結(jié)構(gòu)分析 34 5.2.3 前圍骨架結(jié)構(gòu)分析 35 5.2.4 后圍骨架結(jié)構(gòu)分析 36 6 車身骨架強(qiáng)度計算分析 37 6.1 車身結(jié)構(gòu)受載分析 37 6.2 車身骨架強(qiáng)度計算 37 7 車身骨架三維建模 46 8 底盤靜力學(xué)分析 46 8.1 底盤幾何模型的建立 46 8.2 底盤有限元模型的建立 47 8.2.1 模型單位制 47 8.2.2 網(wǎng)格的劃分 47 8.2.3 載荷 48 8.3 底盤靜力分析 49 8.3.1 滿載彎曲工況 49 8.3.2 滿載扭轉(zhuǎn)工況 51 9 底盤自由模態(tài)分析 52 10 經(jīng)濟(jì)性分析 59 11 結(jié)論 60 致謝 62 前言 1 城市公交車市場的需求與發(fā)展 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和能源的消耗，我國早已經(jīng)開始布局綠色出行的計劃。電動車，新能源車現(xiàn)在已經(jīng)開始要遍布大街小巷。這其中城市公交車在城市已經(jīng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)起著相當(dāng)重的作用，極大的緩解了交通擁擠的情況，也大大減緩能源的消耗速度。與此同時，公交車的設(shè)計制造技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，向著高效、節(jié)能、快節(jié)奏、舒適、甚至豪華的方向發(fā)展。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源的消耗也是間接的促進(jìn)了公交車的發(fā)展，反過來公交車的大量運(yùn)用也大大的減緩的能源的消耗。而且公交車也在向著中大型，尺寸更大的方向發(fā)展，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。 2 國內(nèi)城市公交客車的發(fā)展及現(xiàn)狀 近些年來，公交車核心市場是純電動客車已經(jīng)是無法動搖的地位了，我國新能源汽車的發(fā)展起點(diǎn)就在公交車，經(jīng)過多年的努力，我國在混合動力的公交車的研發(fā)制造做出了不少的花銷。公交測發(fā)展離不開中央政府的大力支持；公交車整車質(zhì)量的輕量化設(shè)計以及各種相關(guān)的設(shè)施的跟進(jìn)。以前中國在汽車的技術(shù)上是落后者，而現(xiàn)在中國在技術(shù)上后來者，在傳統(tǒng)汽車技術(shù)上與汽車強(qiáng)國差距還是太大。中國實(shí)施了對外開放的國策，世界上的所有汽車廠的涌入，與中國的客車廠合資辦廠，于是中國出現(xiàn)了高檔的客車。但是最終由于中國客車企業(yè)與外方合資廠商在文化上的差異，最后都是不歡而散。但是中國客車學(xué)到了外國客車的先進(jìn)的技術(shù)，出現(xiàn)了全承載式客車。然后，我國就發(fā)展了新能源客車，就再也沒有外國客車合資過來了。因?yàn)楝F(xiàn)如今我國的傳統(tǒng)客車已經(jīng)是世界上最先進(jìn)的了，并且向著“電動化、全球化、高端化”轉(zhuǎn)型。 1 汽車形式的選擇 形式不同的汽車，大部分體現(xiàn)在軸數(shù)，布置形式和驅(qū)動形式上的差別。由于汽車形式對整車的各種性能（包括操控性能和穩(wěn)定性能等）、軸荷分配、外廓尺寸和整車設(shè)計制造成本的影響很大，因此在設(shè)計汽車時應(yīng)綜合考慮以上所有因素。 1.1汽車的軸數(shù) 汽車的軸數(shù)分為很多種，有兩軸式、三軸式、四軸式等等。其中，汽車總質(zhì)量、道路法律、汽車結(jié)構(gòu)、軸荷縣制以及輪胎的負(fù)合能力都會影響汽車軸數(shù)的選取。 隨著設(shè)計汽車裝載能力的提升，汽車的總質(zhì)量和整車整備質(zhì)量也越來越大。在汽車軸數(shù)不改變的前提下，使得汽車對道路的負(fù)荷增大。為了延長道路的使用壽命，保證道路的行駛安全，相關(guān)部門做出有關(guān)規(guī)定，公路所允許車輛的單后軸最大承載質(zhì)量為130kN，雙后軸最大承載質(zhì)量為240kN。兩軸汽車最大總質(zhì)量一般不大于190kN。倘若汽車的總體質(zhì)量不超過19t時，一般就多采用兩軸式；倘若汽車的總體質(zhì)量超過19t未超過26t時，一般就常采用三軸式；但是汽車的總質(zhì)量已經(jīng)大于26t時，一般就多采用四軸式。這一次的設(shè)計估算汽車總質(zhì)量不超過18t，因此本次設(shè)計選擇兩軸式。 1.2汽車的驅(qū)動形式 汽車驅(qū)動形式根據(jù)汽車行駛路況以及汽車總體載荷的不同分成很多種，包括4×2、4×4、6×2、6×4、6×6、8×4、8×8等等，前邊一位數(shù)字表示汽車的總輪數(shù)，后邊的一位數(shù)字表示汽車的驅(qū)動車輪總數(shù)。例如：6×2就表示該汽車總共有6個車輪，其中有兩個車輪作為驅(qū)動輪。影響汽車驅(qū)動形式的選擇主要有汽車的主要用途、總體質(zhì)量和對車輛通過性能的要求等。驅(qū)動輪越多，車輛的通過能力就越大，但也同時會使得汽車底盤結(jié)構(gòu)更繁雜，隨之就是使得汽車成本以及質(zhì)量增加。乘用車和總質(zhì)量較小的商用車，大多是采取制造成本便宜、結(jié)構(gòu)形式簡單的4×2驅(qū)動形式。總質(zhì)量在20~27t的公路運(yùn)輸車，常采用6×2或者6×4驅(qū)動形式。而對于用于越野的汽車，為提高其通能力性，則可采用4×4、6×6、8×8的全輪驅(qū)動形式。 本車主要行駛在城市中，對通過性要求不是很高，但是要求承載能力要強(qiáng)。因此該車的設(shè)計選取 6×2驅(qū)動形式，這種形式結(jié)構(gòu)單一，汽車承載能力強(qiáng)，制造成本低。適合本車的設(shè)計。 1.3 汽車布置形式的選擇 汽車的布置形式是指動力裝置（發(fā)動機(jī)和電動機(jī)等）、驅(qū)動橋、底盤和車身的相互位置關(guān)系。汽車的性能（包括操控性和燃料經(jīng)濟(jì)性等）既有整車的相關(guān)參數(shù)決定也有各總成參數(shù)有關(guān)系，還有就是它的布置形式對使用性能也是有著相當(dāng)大的影響。根據(jù)客車驅(qū)動橋、變速箱和發(fā)動機(jī)三者的不同布置關(guān)系，客車布置形式主要分成三種：1、發(fā)動機(jī)前置后橋驅(qū)動（Front-engine,Rear-drive）。2、發(fā)動機(jī)后置后橋驅(qū)動（Rear-engine,Rear-drive）。3、發(fā)動機(jī)中置后橋驅(qū)動（Middle-engine,Rear-drive）。三種布置形式均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 作為城市大型公交客車，乘客流動性大，所以要求地板高度盡量降低，并且在城市行駛的各種路況中，對駕駛員的駕駛技術(shù)是一個非常嚴(yán)格的考驗(yàn)，因此，在客車的設(shè)計中，要提高駕駛員的駕駛舒適性與可靠的操作性。 本次設(shè)計的公交客車采用發(fā)動機(jī)后置后橋驅(qū)動，其優(yōu)點(diǎn)是：能最大可能產(chǎn)生的減少運(yùn)行時發(fā)動機(jī)的熱量還有發(fā)動機(jī)的氣味傳入車箱內(nèi)，進(jìn)而減少影響乘客的舒適性，并減少發(fā)動機(jī)工作時發(fā)出振動和噪聲對駕駛員以及乘客的影響；發(fā)動機(jī)后置方便故障的檢查和維修；整車的軸荷分配也相當(dāng)合理，很大幅度地改善車廂后部乘客的乘坐舒適性；車廂內(nèi)部面積利用率高，大幅度減少車廂內(nèi)部的布置（包括座椅以及扶手的布置）的影響；作為城市公交車需要最大化的車廂空間，因此后橋前方的地板下面也沒有傳動軸，則就是可以很是有效地降低地臺高度，增大車廂面積，方便乘員上車、下車。 2 汽車主要參數(shù)的選擇 汽車的主要參數(shù)主要有尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)以及汽車性能參數(shù)。 2.1 汽車主要尺寸參數(shù)的選擇 汽車的主要尺寸參數(shù)有外輪廓尺寸、輪距、軸距、前懸、后懸和車廂尺寸等。 2.1.1外廓尺寸 汽車的外廓尺寸包括長、寬、高。外廓尺寸是由汽車的各種類型、主要用途、設(shè)計承載量、路況、車輛的結(jié)構(gòu)選型與布置形式以及有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)法規(guī)限制等等因素來確定。在能夠滿足正常使用要求的前提之下應(yīng)該盡可能的縮減汽車的外廓尺寸，進(jìn)而可以大大減小汽車總體質(zhì)量，降低生產(chǎn)制造研發(fā)。GB1595-1995對汽車外的廓尺寸界限作出了規(guī)定，限制尺寸：總高超過4米，總寬（除去后視鏡）不超過2.5米，總體長：整體式客車總體長度不應(yīng)超過12米。參考這種相同類型的車型，初步選擇是：車體總長度=12500mm，車體總寬度=2550mm，車體總高度=3250mm。 2.1.2 軸距L的選擇 軸距L是會對汽車的整車整備質(zhì)量、汽車總體長都、汽車最小轉(zhuǎn)彎半徑和縱向通過性等等參數(shù)有影響。汽車剎車或猛加速時前后軸的軸荷量就會大幅度重新分配，使汽車制動性能變差；車身縱向角激躍會增大，有害車輛行駛的平順性；同時造成萬向節(jié)傳動軸的傳動角加大。 本設(shè)計中為城市大型公交客車，在5000~6500范圍內(nèi)選擇。軸距贏盡量選的長些，以提高載質(zhì)量，參考同類型車輛，初選軸距L=6200。 2.1.3前后輪距B1、B2的選擇 輪距為相同車橋兩側(cè)輪胎胎截面中心面間的距離。輪距B對汽車的總寬、總體質(zhì)量、橫擺角速度增益、動力性能和燃油的經(jīng)濟(jì)性都有影響。。根據(jù)客車輪距選擇參考數(shù)據(jù)表城市客車和長途客車輪距范圍為1470~2050mm，參考同類型車輛，初選輪距為：B1=2020mm，B2=1880mm。 2.1.4 前懸、后懸的確定 前懸尺寸對車輛通過能力、防碰撞安全能力、駕駛員可觀看面積、前彈性元件長短、上車的便利性還有汽車內(nèi)外部的造型等都會有影響。大一些的前懸尺寸能夠很大程度上減少在車輛發(fā)生前部碰撞是對車內(nèi)乘員的撞擊傷害，也有便于選用規(guī)格更大的彈性元件。對平頭汽車而言，前懸的大小還會影響到乘員在前門進(jìn)出車內(nèi)的舒適性和便利性。因此這一次的設(shè)計大致初選前懸尺寸，應(yīng)該可以在保證能全部布置好以上提及各個總成、部件的同時盡最大的可能縮減前懸架的尺寸和規(guī)格。 汽車的后懸是汽車后側(cè)車輪軸線所在的垂面與依靠在汽車的末端并且垂直于車輛縱向?qū)ΨQ平面的垂面二者之間距離。倘若后懸太長，在爬坡或者下陡坡時極易刮蹭到地面，同時導(dǎo)致轉(zhuǎn)向角變大，轉(zhuǎn)向性能受到很大影響，轉(zhuǎn)向不靈便。所以呢選定前懸2545mm，后懸3235mm。 2.2 質(zhì)量參數(shù)的確定 2.2.1 汽車的轉(zhuǎn)載質(zhì)量和載客量 城市公交車所允許的載客量包括站立乘客數(shù)（約每平方米站立面積為8~10人）和座位數(shù)兩部分。各種車型的裝載量應(yīng)符合行業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃對各類車裝載量系列的規(guī)定。參考同類車型，本車最大座位數(shù)為19座，載客人數(shù)93人（包括站立人數(shù)和駕駛員）。 2.2.2 汽車的整備質(zhì)量m0的估算 汽車的整備質(zhì)量說的是汽車要正常工作所要的燃料、潤滑油、工作液（例如冷卻液等）及發(fā)動機(jī)冷卻水和設(shè)備（維修工具及備胎等）后但并沒有載人和貨物時的總質(zhì)量。這個指標(biāo)呢是一個很關(guān)鍵的設(shè)計指標(biāo)。 經(jīng)計算，這一次設(shè)計中汽車的整備質(zhì)量約為11300kg。 2.2.3 汽車的總質(zhì)量ma的確定 汽車的總質(zhì)量是指汽車正常工作所需要的燃油、工作有野以及各種設(shè)備統(tǒng)統(tǒng)裝備齊全并按規(guī)定乘載滿乘客（包括駕駛員）、貨時的總體質(zhì)量。汽車的總質(zhì)量不僅僅包含有汽車的整備質(zhì)量和裝載量。 (2.1) 為包括車輛駕駛員載客總?cè)藬?shù)量；為行李系數(shù)，取最大值15。 每人按65kg計，行李質(zhì)量：長途客車按每人10~15kg計。 本車總質(zhì)量為17800kg。 2.2.4 汽車的軸荷分配 汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對支承平面的垂直負(fù)荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。 所以在布置汽車底盤各總成時就要合理的選擇軸荷分配系數(shù)，以保證汽車的在各種使用條件下所要求的使用性能。 本設(shè)計為發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動的乘用車，應(yīng)滿足的軸荷分配要求為：當(dāng)汽車在滿載的情況下前軸所要承載的載荷占到整車質(zhì)量的40%~46%，后軸所要承載的載荷要占到整車質(zhì)量的54%~60%；而在空載的情況下，前軸承載的載荷占到整車質(zhì)量的38%~50%。初選：前軸6500kg，后軸11300kg。 2.3 汽車主要性能參數(shù)的選擇 汽車主要性能參數(shù)包括汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性和操縱穩(wěn)定性參數(shù)等。選擇這些參數(shù)時應(yīng)考慮汽車的類型、等級以及相應(yīng)的技術(shù)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值。 2.3.1 動力性參數(shù)的選擇 汽車動力性參數(shù)包括最高行駛車速vamax、加速時間t、最大爬坡度imax、比功率Pb和比轉(zhuǎn)矩Tb等。 1)選擇直接擋和I擋的最大動力因數(shù) 直接檔的最大動力因數(shù)D0max是標(biāo)志著汽車在使用直接檔高速行駛時所能夠克服道路各種阻力的能力，車輛的加速性的要求高，則D0max就大，可是D0max越大的話，汽車的燃油消耗就會增加，因此為了提高汽車的燃油的經(jīng)濟(jì)性，那么則D0max值較小。大客車的D0max也隨其總長度的增加而下降，在0.04～0.12之間變化。參考同類型同級客車，初步選定D0max=0.08； 2)I檔最大動力因數(shù)D1max的選擇 I擋最大動力因數(shù)D1max表征了汽車的爬坡能力，通過能力和加速能力。它和汽車總體質(zhì)量的線性或者非線性的關(guān)系不明顯，而主要根據(jù)汽車設(shè)計及使用時所要求的最大爬坡能力和道路的附著條件決定。對于大型客車，D1max多在0.3～0.38之間。參考同類同級客車，初選定D1max=0.38。 3)最高車速vamax的確定 選擇時應(yīng)考慮汽車的設(shè)計的類型、主要的用途、路面形式路況條件、相關(guān)的安全條件和發(fā)動機(jī)額定功率等，并根據(jù)汽車行駛的發(fā)動機(jī)的功率平衡為來定奪。車輛的最高行駛車速不要設(shè)計的太高，否則的話既會大量的消耗燃油燃料還會極大的影響車輛行駛的安全性。 對于城市大型公交客車的用途和使用條件，初步選定vamax=80km/h。 4)加速時間t 城市公交車或者長途旅游大客車從原地起步加速時速度從0到70km/h所要的時間業(yè)內(nèi)大多數(shù)設(shè)定在33～65s。 2.3.2 最小轉(zhuǎn)彎直徑 汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑是評價汽車轉(zhuǎn)向的能力和汽車轉(zhuǎn)向安全性的能力的相當(dāng)重要的指標(biāo)。是有汽車的主要用途，行駛時道路的路況、車輛的設(shè)計類型等等因素來共同決定汽車的最小轉(zhuǎn)彎直徑。對于城市公交客車Dmin在17～22m之間。本設(shè)計中最小轉(zhuǎn)彎半徑選取18m。 2.3.3 汽車通過性幾何參數(shù) 參考同級客車，最小離地間隙的在選定前后橋后確定為：前橋hmin= 0.27 m，后橋hmin= 0.24m，縱向通過半徑ρ1= 9m。 2.3.4 汽車操作穩(wěn)定性參數(shù) 汽車的操縱穩(wěn)定性的評測指標(biāo)有很多很多，與汽車設(shè)計關(guān)系很大的并且還能作為設(shè)計指標(biāo)的有以下各參數(shù)： (1) 轉(zhuǎn)向特性參數(shù) 汽車轉(zhuǎn)向行駛時產(chǎn)生的側(cè)偏就會使前軸和后軸出現(xiàn)相應(yīng)的側(cè)向偏離角，簡稱側(cè)偏角。 (2)車身側(cè)傾角 車身側(cè)傾角應(yīng)小于3°，最大不超過7°。 2.3.5 汽車的制動性參數(shù) 評測汽車的制動性的指標(biāo)有一定車速下緊急完全制動所達(dá)到的最短制動距離st、完全踩下制動踏板的制動腳踏板力、整個制動過程的 平均制動減速度還有在緊急情況下完全踩下制動踏板的制動操縱力。最短制動距離是指在路面狀況良好的道路上和并且在規(guī)定好的車速下，松開油門，緊急完全踩下制動踏板直到到完全停車的距離。我們國家通常以行駛車速為30km/h和50km/h時的最小制動距離來考量不同車型車輛的制動能力。這個設(shè)計呢是以30km/h車速時的最小制動距離st來設(shè)計制動性能的指標(biāo)。 由于對制動性能的分析要通過汽車的路面試驗(yàn)才能進(jìn)行，因此對制動性的計算分析在這里不做具體說明。與同車型類似，暫時取st≤10m。 3 底盤各總成的選擇 3.1 發(fā)動機(jī)的選擇 汽車的全部動力都是來自于發(fā)動機(jī)，所以發(fā)動機(jī)的氣缸的排列形式和發(fā)動機(jī)的參數(shù)怎么選擇就成為決定汽車設(shè)計的重中之重的內(nèi)容。汽車所有的性能參數(shù)，包括令人興奮的發(fā)動機(jī)馬力，發(fā)動機(jī)能到發(fā)出的最大扭矩、全力加速時汽車的最短加速時間、在低速爬坡時汽車所能達(dá)到的最大爬坡度、以最高功率輸出，汽車所能達(dá)到的最高行駛車速等等，這些都是有汽車的發(fā)動機(jī)來決定的。而發(fā)動機(jī)是汽車故障來源之一，且占了整車故障的很大比例，燃油消耗量，車輛的使用保養(yǎng)費(fèi)用都特別大的程度上取決于發(fā)動機(jī)。 現(xiàn)如今，往復(fù)活塞式內(nèi)熱機(jī)成為各大車企及零部件成產(chǎn)公司的主要選擇，客車多數(shù)都是配置安裝柴油發(fā)動機(jī)。 3.1.1 發(fā)動機(jī)的計算 Pemax=1ηTmagft3600vamax+CDA76140vamax3 (3-1) 式中：Pemax——發(fā)動機(jī)最大額定功率； ηT——傳動系統(tǒng)傳動效率； ma——汽車總體質(zhì)量； g——重力加速度； ft——滾動阻力系數(shù)，對乘用車f=0.0165[1+0.01va-50]。 CD——空氣阻力系數(shù)，客車取0.60~0.70； A——汽車正側(cè)投影面積，m2。 初選最高車速Vamax=80km/h；總質(zhì)量ma=17800kg；重力加速度g=9.8m/s2； 滾動阻力系數(shù)f： 當(dāng)Va<50km/h時,f=0.0165; Va>50km/h時, f=0.0165[1+0.01va-50] (3-2) 代入已知數(shù)據(jù)，得 f=0.0165×1+0.0180-50=0.02145 迎風(fēng)面積： A=1.0HB1 (3-3) 式中：H——汽車總體高度 B1——前輪輪距 A=1.02×3.20×2.020=6.59328m2 將各數(shù)值代入式(3.1)，得 Pemax=10.9×17800×9.8×0.021453600×80+0.6×6.5932876140×803=121.95kW 本車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速初選為2400r/min。 3.1.2 發(fā)動機(jī)的選型 能決定發(fā)動機(jī)該如何選型的原因有很多，比如說汽車的主要設(shè)計用途，汽車的種類，汽車的道路使用情況，氣候情況，底盤個總成的布置情況，汽車總體質(zhì)量等等；還要考慮汽車的動力儲備能力，燃料的經(jīng)濟(jì)性，考慮環(huán)境污染資源浪費(fèi)，保護(hù)環(huán)境，減少排放的問問題；更要考慮發(fā)動機(jī)生產(chǎn)設(shè)計制造條件，技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，市場需求情況以及后期維修保養(yǎng)等等。 通過計算，選定發(fā)動機(jī)型號為東風(fēng)康明斯ISB5.9型發(fā)動機(jī)，其主要參數(shù)如表3.1所示: 表3-1 東風(fēng)康明斯ISB5.9型發(fā)動機(jī)參數(shù) Table 3-1 Engine parameters of Dongfeng KangMingSi ISB 5.9 型號 型式 質(zhì)量（kg） 最大功率(kW) 最大扭矩（N?m) 額定轉(zhuǎn)數(shù) 排量（L） 進(jìn)氣方式 排放標(biāo)準(zhǔn) 適配車型 東風(fēng)康明斯ISB5.9 直列六缸 250 200 800 2500 5.9 增壓中冷 國V 9.3-12米客車 圖3-1 東風(fēng)康明斯ISB5.9型發(fā)動機(jī) Fig.3-1 Dongfeng KangMingSi ISB 5.9 3.2 離合器 3.2.1 離合器的功用 離合器在發(fā)動機(jī)的輸出端，來保證動力可以平順的傳輸至變速箱，而且能快速的切斷動力的傳輸。 3.2.2 離合器的分類 離合器有摩擦式離合器、液力耦合器和電磁式離合器。摩擦式離合器是借助接觸面之間的摩擦作用來傳遞轉(zhuǎn)矩的。液力耦合器是利用液體作為傳動的介質(zhì)；而電磁式離合器則是用電磁力來傳遞轉(zhuǎn)矩。目前，汽車上廣泛采用的是以彈簧壓緊的摩擦式離合器。 3.2.3 離合器的選擇 這次設(shè)計選用單片干式、膜片彈簧離合器，它的摩擦片尺寸規(guī)格為?3500mm。 拉式膜片彈簧離合器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡潔明了，總成尺寸很小的，而且整體的零件也少，質(zhì)量輕； （2）尺寸相同的壓盤，拉式膜片彈簧離合器還能夠采用膜片直徑更加大的彈簧，具有更高的轉(zhuǎn)矩容量比； （3）擁有尺寸更大個的分離杠桿，能夠縮減近三分之一的腳踏板的踩踏力； （4）這種離合器的默片彈簧會一直沒有任何縫隙的挨著接觸著支撐環(huán)，并沒有那種推式默片嗎彈簧的缺憾； （5）這種離合器的壓盤可以為了增大熱量的散失，就可以將它的壓盤設(shè)計的很厚，從而就可以容納更多的熱量，也就更容易散熱，所以有著更長的壽命； （6）汽車裝有不帶同步器的變速器時，這種離合器有著特殊的制動裝置，能夠使換擋便利，所以更加適用。 本次設(shè)計選用的離合器是：380DB型 適配車型：客牽引車等，最大傳遞扭矩在600—1500N/m 該離合器是湖北三環(huán)離合器有限公司與武漢理工大學(xué)合作研制出的，可以傳遞大馬力、高扭矩、低轉(zhuǎn)數(shù)發(fā)動機(jī)的默片彈簧離合器。極大地降低了該總成的重量，既避免離合器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)爆裂的風(fēng)險，同時該離合器還有一個優(yōu)點(diǎn)，就是他的螺旋彈簧在離合器壓緊的時候，壓緊的力大，再分離的時候，分離力又小又，結(jié)構(gòu)簡化、緊湊，扭矩容量大，操縱輕便，分離效率高，使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。380DB離合器見下圖3-2： 圖3-2 380DB離合器 Fig.3-2 380DB Clutch 3.3 變速器 變速器作用：(1)改變傳動比，變速器可以實(shí)現(xiàn)減速增距，也可以實(shí)現(xiàn)增速減距，將發(fā)動機(jī)的力矩傳改變傳遞到車輪，以適應(yīng)車輛在行駛途中又遇到的各種路況，同時改善發(fā)動機(jī)的工作條件，保護(hù)發(fā)動機(jī)以及傳動系；(2)發(fā)動機(jī)一直演一個方向轉(zhuǎn)動，倘若沒有變速箱，很難實(shí)現(xiàn)車輛的前進(jìn)和倒退的轉(zhuǎn)換，所以變速箱可以在發(fā)動機(jī)保持旋轉(zhuǎn)方向一致的前提下，實(shí)現(xiàn)車輛前進(jìn)和倒退的變換。 3.3.1 變速器的計算 1) 主減速比i0的確定 對于城市大型公交客車來說，在給合發(fā)動機(jī)最大功率及其轉(zhuǎn)速的情況下，所選擇的i0 應(yīng)按式3.2來計算： i0=0.377rrnpvamaxig (3-4) 式中：rr ——輪胎的滾動半徑； ig——變速箱各個檔位的傳動比； np——發(fā)動機(jī)發(fā)出最大功率時的轉(zhuǎn)速。 簡化計算取最高檔為直接檔，即ig=1，但是照多數(shù)實(shí)際的情況的話，汽車是有有超速檔的，所以ig的實(shí)際所取得的值應(yīng)當(dāng)是理論計算結(jié)果的110%~120%。 車輪的工作半徑估算： rr=0.0254[d2+b(1-λ)] 選定輪胎規(guī)格：11R20 式中：d—輪輞直徑,20in； b—輪胎寬度，11in。 注：（1in=25.4mm） λ---輪胎變形系數(shù)； 代入以上數(shù)據(jù)即有： rr=0.0254×20÷2+11×1-0.3=0.44958m np=2400r/min； 將已知數(shù)據(jù)代入計算： i0=0.377×0.44958×240080×1=5.085 2）變速器傳動比的確定 在綜合考慮公交客車的所要的最大爬坡度，路面狀況，傳動系的傳動比，車輪的狀況等等因素之后，就可選擇變速器的最低傳動比。 發(fā)動機(jī)最低轉(zhuǎn)速n=800 r/min 1） 由最大爬坡度要求的變速器一檔傳動比為： ig1≥(mgφmaxrr)（Temaxi0ηT） (3-6) 式中： ma——汽車總質(zhì)量，17800kg； g——重力加速度，g=9.8m/s2； 初定最大爬坡度tanα=28% ； φmax——最大道路阻力系數(shù)，φmax=fcosαmax+sinαmax，其中，f為滾動阻力系數(shù)，αmax為最大爬坡度。 φmax=0.02145×0.9634+0.2697=0.2904 rr——驅(qū)動車輪的滾動半徑，0.44958m； Temax——發(fā)動機(jī)所能發(fā)出的最大轉(zhuǎn)矩800N?m； i0——主減速比為5.085； ηT——傳動系統(tǒng)傳動效率 ； 將已知數(shù)據(jù)代入計算得： ig1≥17800×9.8×0.2904×0.44958820×5.085×0.9=6.0688 2)根據(jù)驅(qū)動車輪與接觸路面附著條件來確定變速器一檔傳動比為： ig1≤G2φrrTemaxi0ηT (3-7) 式中： G2——汽車滿載靜止水平路面時驅(qū)動橋作用在車輪接觸路面的垂在和。 G2=11300kg×9.8m/s2 φ——道路附著系數(shù) ； 將已知數(shù)據(jù)代入計算得： ig1≤11300×9.8×0.44958×0.5820×5.085×0.9=6.633 即：6.0688≤ig1≤6.633 3.3.2 變速器的選型 根據(jù)上述，選定綦江宏洋齒輪傳動有限公司的ZF S6-160型變速器。 圖3-3 ZF S6-160變速器 Fig.3-3 ZF S6-160 transmission 綦江宏洋齒輪傳動有限公司的ZF S6-160型變速器的詳細(xì)參數(shù)見表3-2 表3-2 ZF S6-160變速器參數(shù) Table 3-2 parameters of ZF S6-160 transmission 總重量 最大輸入扭矩(N?m) 機(jī)油容量 檔位 標(biāo)準(zhǔn)傳動比 超速檔 直接檔 225kg 680~830 水平安置13.0L,垂直安置10.0L Ⅰ 6.548 7.624 Ⅱ 3.824 4.385 Ⅲ 2.613 3.160 Ⅳ 1.434 1.984 Ⅴ 1.000 1.370 Ⅵ 0.850 1.000 R 6.057 6.946 3.4 發(fā)動機(jī)與離合器及變速器的布置 在布置底盤動力傳動系統(tǒng)（發(fā)動機(jī)、離合器、變速器、萬象傳動裝置和驅(qū)動橋）時，最主要的問題是布置好發(fā)動機(jī)后的隔板，車廂的地板的位置。發(fā)動機(jī)曲軸軸線相對于車架上平面線向下偏斜1°~4°。所選擇的這一傾斜度數(shù)應(yīng)使當(dāng)汽車爬最大坡度時，發(fā)動機(jī)油底可殼中機(jī)油的油面高于集濾器的濾網(wǎng)。 3.5 前橋 本車選用的車橋型號為漢德客車橋的8.0t低地板式前橋。漢德低地板的前轉(zhuǎn)向橋就是基于入口極低的城市客車來研發(fā)的，該車橋的最鮮明的特征就是以工字梁型的整體鍛壓成型，從而從而就形成了很大的咯都差別，進(jìn)而使得前橋的承載能力大大提升。而且整個車橋距離地面的距離是很小很小的，大大的縮減了車輛整體的離地距離，使得汽車的整體重心高度變小，汽車的平順性也變好了，并且轉(zhuǎn)向輕便靈活、極限轉(zhuǎn)角大；還可以選擇性地裝配ABS防抱死系統(tǒng)。 表3-3 漢德前橋性能指標(biāo) Table 3-3 parameters of Hande Bridge front axle 項(xiàng)目 額定載荷(Kg) 適用車輪距(mm) 前束（mm） 主銷內(nèi)傾角（°） 主銷后傾角（°） 制動器規(guī)格（mm） 適用輪輞 制動力矩(N?m) 參數(shù) 8000 2020 -1~0 8.5 3.5 盤式?430×45 8.25×22.5 29600 圖3-4 漢德低地板轉(zhuǎn)向橋 Fig.3-4 Hande Bridge front axle 3.6 驅(qū)動橋 驅(qū)動橋是傳動系最末尾的部分，承載著車輛在路面上行駛時由車輪傳遞給車橋的各個方向的力。并且實(shí)現(xiàn)增大扭矩的作用，使車輪獲得更大的扭矩。 由此前算得的主減速比及分配的后軸軸荷，選定采用漢德車橋生產(chǎn)的漢德13噸驅(qū)動橋。這款驅(qū)動橋的主減速器總成采用雙曲線齒輪傳動，整體的速度傳動比要小，但是扭矩確實(shí)很大，非常符合本次設(shè)計的預(yù)期，并且在各個齒輪經(jīng)過磨床的精磨，使得齒輪便面粗糙度變得很小很小，因此傳動平穩(wěn)安靜，大大的見笑了噪音，也大幅度提高了傳動精度，保證了齒輪在工作時的平穩(wěn)性，延長了減速器的使用時間。采用?410x220制動器總成，制動盤材料制動敏熱性好，能夠快速的降低制動盤的溫度，而且制動的能力也很強(qiáng)，可靠性很高。見圖3-5： 圖3-5 漢德13t驅(qū)動橋 Fig.3-5 Hande 13t drive axle 表3-4 漢德13噸驅(qū)動橋技術(shù)參數(shù) Table3-4 Parameters of Hande 13t drive axle 項(xiàng)目 額定軸荷(Kg) 輪距(mm) 最大輸出扭矩(N?m) 制動器規(guī)格(mm) 制動力矩(N?m) 自重(Kg) 參數(shù) 13000 1860 43000 盤式?430×45 37000 820 3.7 萬向節(jié)傳動裝置 萬向傳動裝置的組成是主要有傳動軸和萬向節(jié)兩部分。用了在兩軸之間傳遞動力，改變動力傳遞的方向，性的鏈接兩軸。 此車設(shè)計采用汽車上常用的蓋板式十字軸剛性萬向節(jié)。因?yàn)樵O(shè)計的客車底盤為發(fā)動機(jī)后置后輪驅(qū)動，所以此萬向傳動裝置連接變速器和后橋。 3.8 車架 車架本次設(shè)計的車架采用三段式?jīng)_壓鉚接結(jié)構(gòu)，縱梁為槽形斷面，斷面長11490，對應(yīng)軸距6200。 圖3-6 三段式車架結(jié)構(gòu)圖 Fig. 3-6 Three-section frame structure 3.9 懸架系統(tǒng) 本次懸架系統(tǒng)的設(shè)計選用采埃孚主動懸架系統(tǒng)，簡單講就是懸浮技術(shù)，不妨理解為駕駛室的減震技術(shù)，采埃孚的CDC技術(shù)同樣可以應(yīng)用在客車懸架系統(tǒng)中，這樣很好的保證了舒適性和穩(wěn)定性要求。正常行駛的時候，懸掛是柔軟舒適的，在車輛急加速減速，轉(zhuǎn)向的時候保持很好的穩(wěn)定性。CDC減震器的一個重要組成部分是電子控制比例閥，系統(tǒng)通過持續(xù)不斷的計算和對該電磁閥進(jìn)行動作調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對減震器的阻尼進(jìn)行快速調(diào)整，使得幾毫秒的時間內(nèi)使懸架在最佳水平。人們習(xí)慣用眨眼間來形容很快，而人眨一次眼的時間為十分之一秒，可見其調(diào)整速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)的要比眨眼要塊。 空氣懸掛系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 1.提高乘坐舒適性、貨物運(yùn)輸安全性； 2.改善車輛的行駛平順性； 3.使得車輛上各個部件以及零件減少由顛簸造成的損傷，得以延長使用時間，降低后期維修保養(yǎng)的消費(fèi)； 4.顯著降低車輛對燃油的消耗； 5.可以改變彈性元件的剛度，升高降低車身高度，保證車輛行駛的穩(wěn)定性； 6.減少車輛顛簸時車輪對路面的傷害，以增加路面的使用時間，減少養(yǎng)護(hù)成本。 3.10 轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 在行駛過程中，車輛必須根據(jù)駕駛員的意愿，即汽車的轉(zhuǎn)向來改變其方向。就輪式車輛而言，實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向的方法是駕駛員通過一組專門的機(jī)構(gòu)使橋（前軸）上的車輪（方向盤）相對于汽車的縱軸偏離一定的角度。當(dāng)車輛直線行駛時，方向盤也會受到道路的橫向干擾力的影響，并自動偏轉(zhuǎn)和改變車輛的方向。此時，駕駛員也可以利用該機(jī)構(gòu)在相反方向上偏轉(zhuǎn)方向盤，從而使車輛能夠返回到其原來的方向。這套專用車輛改變或恢復(fù)車輛的方向已成為汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。因此，汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的功能是確保汽車能夠根據(jù)駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向駕駛員。 3.10.1 設(shè)計轉(zhuǎn)向系應(yīng)滿足的要求 1）當(dāng)汽車需要轉(zhuǎn)向時，汽車的轉(zhuǎn)向輪就必須要沿著車輪的瞬間轉(zhuǎn)向軸線轉(zhuǎn)動，所有的車輪呢不可以出現(xiàn)側(cè)滑的現(xiàn)象； 2）汽車完成轉(zhuǎn)向后，在駕駛員手臂放松的情況下，即駕駛員不對方向盤加作用力，汽車的轉(zhuǎn)向輪應(yīng)該有回正力矩的作用下，可以自己恢復(fù)的原位，汽車直線行駛； 3）行駛過程中，車輪盡可能小的自振，減小擺動幅度； 4）車輪轉(zhuǎn)向，要指向精準(zhǔn)，操控靈敏； 5）轉(zhuǎn)向盤的力要小，轉(zhuǎn)向輕快； 6）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠吸收車輪受顛簸時作用給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的作用力，不得將力傳遞給駕駛員，造成“打手”現(xiàn)象； 3.10.2 轉(zhuǎn)向器 為滿足上面的要求，本次設(shè)計采用循環(huán)球式轉(zhuǎn)向器。型號：ZJ120,見圖3-10： 圖3-7 ZJ120 轉(zhuǎn)向器 Figure 3-7 ZJ120 steering gear 表3-5 ZJ120 轉(zhuǎn)向器技術(shù)參數(shù) Table3-5 Parameters of ZJ120 steering gear 型號 適用前軸負(fù)荷(Kg) 角傳動比 臂軸擺角（°） 轉(zhuǎn)向器圈數(shù) 輸入扭矩(N?m) 理論最大輸出扭矩(N?m) ZJ120 9000 120 94 6 6.5~8.5 6845 3.11 制動系 汽車制動就是汽車在以一定車速行駛時，車輛可以根據(jù)駕駛員的意愿，能夠迅速的制動，減小汽車的行駛速度，甚至停車。并且在制動的過程中保持一定的穩(wěn)定性，使車輛穩(wěn)定減速。 現(xiàn)如今生活的節(jié)奏越來越快，技術(shù)也越來越發(fā)達(dá)，車速在不斷的增快，這就是使得汽車的制動性能也要提高性能。增加工作的可靠性。此次設(shè)計要用前后獨(dú)立雙管路式氣壓制動系統(tǒng)。并且裝備ABS剎車防抱死系統(tǒng)等。 此制動系可以滿足如下要求： 1）能符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定； 2）具有足夠的制動效能； 3）工作可靠，有獨(dú)立的兩套系統(tǒng)（行車制動和駐車制動）； 4）制動效能的穩(wěn)定性好； 5）制動的操縱機(jī)構(gòu)符合人機(jī)工程學(xué)，易于操作，減少駕駛員的疲勞操作； 3.11.1 制動防抱死系統(tǒng)（ABS） 制動防抱死系統(tǒng)（ABS），就是防止汽車制動時車輪抱死，并把車輪的滑移率保持在平均滑移率左右的一定范圍內(nèi)，以保證車輪與地面有良好的縱向、橫向附著力，有效防止制動時汽車側(cè)滑、甩尾、失去轉(zhuǎn)向等現(xiàn)象發(fā)生，提高了制動穩(wěn)定性；同時，將制動力保持在最佳的范圍內(nèi)，縮短了制動距離。這樣也減弱了輪胎與地面的劇烈摩擦，減少了對輪胎的磨損。 3.11.2 制動器的選擇 前軸已選制動器結(jié)構(gòu)形式／規(guī)格：S凸輪滾輪式／φ400×150mm。 后橋已選制動器結(jié)構(gòu)形式／規(guī)格：S凸輪滾輪式／φ400×185mm。 綜上所述，充分考慮到汽車的安全性能，本設(shè)計選用前后雙管路氣動制動系統(tǒng)。 3.12 車輪及輪胎 3.12.1 車輪與輪胎的功用 現(xiàn)代汽車幾乎都采用充氣輪胎。輪胎安裝在輪輞上，直接與路面接觸，它的作用是： 1）與汽車懸架一起用來緩和汽車行駛時所受到的沖擊，并衰減由此而產(chǎn)生的振動，以保證汽車有良好的乘坐舒適性和行駛平順性。 2）保證車輪和路面有良好的附著性，以提高汽車的牽引性、制動性和通過性。 3）承受汽車的重力，并傳遞其他方向的力和力矩。 因此，輪胎必須有適宜的彈性和承受載荷的能力。同時，在其與路面直接接觸的胎面部分，應(yīng)具有用以增強(qiáng)附著作用的花紋。 3.12.2 車輪與輪胎的選擇 根據(jù)所選的前后軸，選米其林 XZE2+ 輪胎，規(guī)格為11R-20,16層的子午胎。充氣壓力為800Kpa，斷面寬為259mm，外直徑為1018mm，最大負(fù)荷3650kg。 子午線輪胎優(yōu)點(diǎn)： （1）子午線輪胎滾動阻力比普通輪胎小25%，因而能有效地降低油耗，使燃油消耗量降低8％左右； （2）輪胎胎面耐磨性能好，提高了抗穿刺性減少了輪胎在在行駛中切向變形及與道路之間的相對滑移，使用壽命延長； （3）胎體生熱低。試驗(yàn)證明單胎負(fù)荷208kg,速度50kg/h條件下，鋼絲子午線輪胎體溫度僅為83℃，而棉線斜交輪胎體溫度則為130℃； （4）緩沖性能好，彈性較好，垂直剛度小，振動小，乘坐舒適，提高了平順性。 4 性能分析 4.1 汽車的動力性 汽車的動力性是指汽車動力性能，具體評價指標(biāo)有汽車的最高車速uamax；2、汽車的加速時間t；3、汽車能爬山的最大坡度imax。汽車的最高車速越高，加速時間越短，所能爬上的坡度越高，則表示汽車的動力越強(qiáng)。汽車是一種高效的工具，而動力性的大小很大程度上決定著汽車的效率。所以說動力性是汽車很重要的指標(biāo)。 4.1.1 最高車速的計算 東風(fēng)康明斯ISB5.9型發(fā)動機(jī)外特性數(shù)據(jù)見表4-1： 表 4-1 東風(fēng)康明斯ISB5.9型發(fā)動機(jī)外特性數(shù)據(jù) Table 4-1 Dongfeng KangMingSi ISB 5.9 engine external characteristics data ne(rmin) Pe(kw) Me(N?m) ge(gkw?h) 800 47 556 232 1000 69 661 211 1200 93 742 207 1400 117 793 205 1500 125 796 203 1600 132 788 204 1800 146 773 205 2000 158 754 216 2200 167 725 227 2400 173 685 242 車速： va=0.377rrnei0ig （4-1） 式中：va——汽車的行駛速度，kmh ne——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，rmin rr——車輪滾動半徑，rr=0.44958m ig——變速器傳動比，i1=6.624，i2=4.385，i3=3.160，i4=1.984，i5=1.370，i6=1.00，id=6.946 i0——主減速器傳動比，i0=5.085 驅(qū)動力： Ft=MeigioηTrr （4-2） 式中：Me——發(fā)動機(jī)的扭矩(N?m) ηT——傳動系的機(jī)械效率，ηT=0.9 滾動阻力： Ff=Gaf(N) (4-3) 式中：Ga——汽車滿載質(zhì)量，Ga=17800×9.8=174440N f——滾動阻力系數(shù)。 風(fēng)阻力： Fw=CDAva221.15 (4-4) 式中：CD——空氣阻力系數(shù)，CD=0.5 A——汽車迎風(fēng)面積（m2）, A=6.59328m2 va——車速(kmh) 驅(qū)動力計算表見表4-2： 表4-2 驅(qū)動力計算表 Table 4-2 Driving force calculation ne(rmin) Me(N?m) Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 Ft5 Ft6 Ftd 800 556 37490 24818 17885 11229 7754 5660 39313 1200 742 50032 33120 23868 14985 10348 7553 52464 1400 793 53471 35397 25508 16015 11059 8072 56070 1600 788 53673 36174 25348 15914 10989 8021 55861 1800 773 52123 34504 24865 15612 10780 7869 54656 2000 754 50841 33656 24254 15228 10515 9675 53313 2200 725 48886 32362 23321 14642 10111 7380 51262 2400 685 46189 30576 22034 13834 9553 6973 48434 行駛阻力計算表見表4-3： 表4-3 行駛阻力計算表 Table 4-3 Calculation of running resistance va(kmh) f Ff(N) va2 Fw(N) 10 0.0165 2878.2 100 15.58 20 0.0165 2878.2 400 62.35 30 0.0165 2878.2 900 140.28 40 0.0165 2878.2 1600 249.39 50 0.0165 2878.2 2500 389.67 60 0.0182 3174.8 3600 561.63 70 0.0198 3453.9 4900 763.76 80 0.0215 3750.4 6400 997.56 驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖見圖4-2： 圖4-2 驅(qū)動力—行駛阻力平衡圖 Fig.4-2 Driving force - running resistance balance diagram 4.1.2 最大爬坡度的計算 汽車的上坡能力是用滿載時汽車在良好路面上的最大爬坡度表示的。顯然，最大爬坡度是指一擋最大爬坡度。 αmax=α1max=sin-1D1max-f1-D1max+f21+f2 (4-5) 式中：D1max——一擋最大動力因素，D1max=0.38 ? f——滾動阻力系數(shù)，f=0.0165 代入求得：αmax=21.7° ∴ 最大爬坡度為i1max=tan21.7°=0.39 4.1.3 動力特性的計算 各擋動力因數(shù)的確定： D=(Ft-Fw)Ga (4-6) 式中：D——汽車的動力因數(shù) Ft——驅(qū)動力 Fw——空氣阻力 Ga——汽車總重，Ga=174440N 動力因數(shù)計算表見表4-4： 表4-4 動力因數(shù)計算表 Table 4-4 Power Factor Calculation Table va1 D1 va2 D2 va3 D3 va4 D4 va5 D5 va6 D6 vad Dd 4.0 0.21 6.1 0.14 8.4 0.10 13.4 0.06 19.5 0.04 26.7 0.03 3.83 0.23 5.0 0.26 7.6 0.17 10.5 0.12 16.8 0.07 24.3 0.05 33.3 0.04 4.80 0.27 7.0 0.31 10.6 0.20 14.8 0.15 23.6 0.09 34.1 0.06 46.7 0.04 6.72 0.32 7.5 0.31 11.4 0.20 15.8 0.15 25.2 0.09 36.5 0.06 50.0 0.04 7.20 0.32 8.1 0.30 12.2 0.20 16.9 0.15 16.9 0.09 38.9 0.06 53.3 0.04 7.68 0.32 9.1 0.30 13.7 0.19 19.0 0.14 30.2 0.08 43.8 0.06 60.0 0.04 8.64 0.31 10.1 0.29 15.2 0.19 21.1 0.14 33.6 0.08 48.7 0.05 66.7 0.04 9.60 0.30 11.1 0.28 16.7 0.18 23.2 0.13 37.0 0.08 53.5 0.05 73.3 0.03 10.56 0.29 12.1 0.26 18.2 0.17 25.3 0.12 40.3 0.07 58.4 0.05 80.0 0.03 11.52 0.28 動力因數(shù)圖見圖4-3： 圖4-3 動力因數(shù)圖 Fig. 4-3 Power Factor Calculation 在汽車三位行駛過程中，汽車的驅(qū)動力等于行駛阻力兩者就是平衡的，而且同時汽車發(fā)動機(jī)輸出功率和汽車行駛的阻力功率也是相等的。 發(fā)動機(jī)的有效功率： Pe=1ηT(Pf+Pw) (4-7) 汽車行駛時要克服滾動阻力所需要的發(fā)動機(jī)功率： (4-8) 克服空氣阻力所需功率： (4.9) 功率平衡計算表見表4-5： 表4-5 功率平衡表 Table 4-5 Power Balance Table 參數(shù) va1(kmh) Pf(kw) Pφ(kw) Pf+PφηT 數(shù)據(jù) 10 10.3 0.04 11.5 20 20.7 0.34 23.4 30