汽車底盤結(jié)構(gòu)及其發(fā)展研究

趙肖斌

摘? ?要：在汽車基本結(jié)構(gòu)中，底盤需要發(fā)揮重要作用?；诖?，本文對(duì)汽車底盤結(jié)構(gòu)展開了分析，對(duì)傳動(dòng)系、行駛系、制動(dòng)系和轉(zhuǎn)向系的結(jié)構(gòu)組成情況進(jìn)行了研究，然后對(duì)汽車底盤結(jié)構(gòu)的輕量化、穩(wěn)固化和動(dòng)力化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：汽車? 底盤結(jié)構(gòu)? 輕量化? 動(dòng)力化

中圖分類號(hào)：U463.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）12（a）-0071-02

近年來，汽車底盤結(jié)構(gòu)取得了不斷發(fā)展，以滿足汽車的安全、穩(wěn)定運(yùn)行要求。作為裝載汽車各種系統(tǒng)和零件的部位，汽車底盤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將對(duì)汽車整體性能產(chǎn)生影響。因此，還應(yīng)加強(qiáng)汽車底盤結(jié)構(gòu)研究，以便在進(jìn)一步掌握汽車構(gòu)造的同時(shí)，了解汽車技術(shù)的未來發(fā)展方向。

1? 汽車底盤結(jié)構(gòu)分析

汽車底盤是汽車基體，需要為其他部件提供支撐力，從結(jié)構(gòu)上來看可以劃分為四個(gè)部分，即傳動(dòng)系、轉(zhuǎn)向系、行駛系和制動(dòng)系，不同部分擁有不同結(jié)構(gòu)和功能，需要實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)，以便使汽車行駛的穩(wěn)定性、安全性和動(dòng)力性得到保證。

1.1 傳動(dòng)系

按照動(dòng)力傳輸方式，傳動(dòng)系可以劃分為液壓傳動(dòng)、液力傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)和電傳動(dòng)等類型。從結(jié)構(gòu)上來看，包含離合器、差速器、萬向傳動(dòng)裝置、變速器等構(gòu)件。離合器分為液力式、摩擦式等多種，廣泛應(yīng)用的為片式摩擦離合器，擁有較大摩擦系數(shù)，在外界操縱力作用下可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力和車輪動(dòng)力轉(zhuǎn)換。摩擦片數(shù)需要結(jié)合實(shí)際情況確定，通常為一片。按照換擋方式，變速器可以劃分為機(jī)械式、動(dòng)力式等多種，前者由人力通過操縱機(jī)構(gòu)撥動(dòng)齒輪或結(jié)合套實(shí)現(xiàn)換擋操作，后者采用換擋離合器，通過將不同檔位齒輪與軸連接實(shí)現(xiàn)換擋操作[1]。針對(duì)相交軸，需要利用萬向傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。而減速器等構(gòu)件采用齒輪傳動(dòng)，結(jié)合整車構(gòu)造和發(fā)動(dòng)機(jī)位置進(jìn)行安裝固定，可以使行駛中的車輛減速運(yùn)行。傳動(dòng)系可以與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)合，負(fù)責(zé)將到發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳輸給驅(qū)動(dòng)車輪，確保汽車在不同工況下均能正常行駛。

1.2 轉(zhuǎn)向系

轉(zhuǎn)向系由轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向盤等構(gòu)件組成，能夠?qū)ζ囆旭偡较蜻M(jìn)行轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)向器將在車架上固定，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向操縱力傳輸時(shí)會(huì)改變傳動(dòng)力方向。在工作過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)盤發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，會(huì)向轉(zhuǎn)向器施加力，促使內(nèi)部齒條軸重復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，促使轉(zhuǎn)向操縱力得到放大，因此能夠?qū)崿F(xiàn)汽車行駛方向調(diào)整。按照國(guó)家規(guī)定，轉(zhuǎn)向盤多位于左側(cè)，因?yàn)槟軌蚴箖绍嚱粫?huì)時(shí)保持視線開闊。在轉(zhuǎn)向系設(shè)計(jì)中，需要加強(qiáng)角傳動(dòng)比控制，即轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角增量與同側(cè)轉(zhuǎn)向節(jié)增量比。在汽車設(shè)計(jì)提出不同的轉(zhuǎn)向靈敏度要求時(shí)，需要采取不同的轉(zhuǎn)向角傳動(dòng)比。如果靈敏度較高，還要利用助力轉(zhuǎn)向裝置和變速轉(zhuǎn)向器保證轉(zhuǎn)向輕便和靈敏。

1.3 行駛系

行駛系可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行接收，實(shí)現(xiàn)汽車驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)。與轉(zhuǎn)向系聯(lián)合，能夠使汽車行駛期間得到穩(wěn)定操縱。從構(gòu)件組成上來看，包含車架、車轎車輪和懸架等，能夠?qū)ζ嚳傊亓窟M(jìn)行承載，同時(shí)對(duì)車輪提供的地面反力進(jìn)行承載，使汽車行駛振動(dòng)、路面沖擊力等得到削弱。在車架上，汽車的多數(shù)零件和系統(tǒng)都將得到固定，因此要求車架達(dá)到一定剛度和強(qiáng)度要求，可以劃分整體式和鉸鏈?zhǔn)絻深?，前者車架為一整塊，后者包含前后車架，采用鉸鏈連接。車轎車輪與車輪操控密切相關(guān)，需要對(duì)制動(dòng)力、垂直反力等力引起的力矩進(jìn)行承受，包含轉(zhuǎn)向橋、驅(qū)動(dòng)橋等多種。懸架與車架車橋直接連接，能夠利用減振器等部件提高車輛的穩(wěn)定性。

1.4 制動(dòng)系

制動(dòng)系由駐車制動(dòng)系和行車制動(dòng)系這兩套制動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成，彼此之間相互獨(dú)立且相互關(guān)聯(lián)，擁有各自獨(dú)立的制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器，國(guó)內(nèi)汽車多配備配套制動(dòng)防抱死系統(tǒng)。在制動(dòng)系的作用下，行駛狀態(tài)中的汽車能夠可靠停駐和安全減速。在行車制動(dòng)系統(tǒng)中，通常車輪制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件處于齒輪或半軸上。在駐車制動(dòng)系統(tǒng)中，中央制動(dòng)器通常在傳動(dòng)系的傳動(dòng)軸上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)元件安裝。

2? 汽車底盤結(jié)構(gòu)的發(fā)展探討

2.1 輕量化發(fā)展

減輕底盤結(jié)構(gòu)重量，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)油耗節(jié)約，還能滿足汽車安全運(yùn)行需求，同時(shí)減少汽車尾氣的排放，使汽車設(shè)計(jì)向著節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展?，F(xiàn)階段，寶馬、奔馳等汽車品牌都開始運(yùn)用鋁合金材料進(jìn)行底盤車架生產(chǎn)，該種材料不僅具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，同時(shí)密度較小、便于成型，能夠?qū)崿F(xiàn)底盤結(jié)構(gòu)的輕量化。與此同時(shí)，鎂合金等輕質(zhì)化材料也經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)室研究，逐步進(jìn)入到量化生產(chǎn)階段，能夠在汽車底盤架構(gòu)生產(chǎn)中得到運(yùn)用。在輕量化技術(shù)運(yùn)用上，則提出了W形沖壓梁，通過高強(qiáng)沖壓加工成型，能夠在提升底盤結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)[2]。采用W梁，也能減少應(yīng)力集中、橫截面跨度大等問題的產(chǎn)生，促使底盤梁結(jié)構(gòu)的剛度得到提升，因此在底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造中逐步得到了應(yīng)用。從結(jié)構(gòu)發(fā)展方向上來看，未來汽車底盤結(jié)構(gòu)將取得輕量化發(fā)展。

2.2 穩(wěn)固化發(fā)展

懸架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就是為了提高汽車底盤穩(wěn)定性。汽車底盤結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)固，直接關(guān)系到汽車行駛是否具有安全性。因此在底盤結(jié)構(gòu)發(fā)展中，將向著穩(wěn)固化的方向發(fā)展。在行駛速度較高的汽車中，通常需要完成由彈性元件、減振器、導(dǎo)向裝置構(gòu)成的懸架設(shè)計(jì)，借助鋼板彈簧對(duì)地面顛簸帶來的振動(dòng)進(jìn)行緩沖，利用減振器使通過彈性元件傳遞的振動(dòng)能量得到衰減。在現(xiàn)代汽車中，多采用液壓式減振器，可以憑借工作油在狹小縫隙中流動(dòng)產(chǎn)生的熱量對(duì)振動(dòng)動(dòng)能進(jìn)行消耗。此外在底盤結(jié)構(gòu)研制上，目前重點(diǎn)進(jìn)行熱成型高強(qiáng)度鋼材的研發(fā)，運(yùn)用在底盤防撞結(jié)構(gòu)上能夠使車輛整體剛度和強(qiáng)度得到提高，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在底盤構(gòu)件設(shè)計(jì)上，也可開始采用圓形孔的手段，以便使構(gòu)件應(yīng)力能夠得到均勻分布，保證構(gòu)件安全。

2.3 動(dòng)力化發(fā)展

為滿足社會(huì)發(fā)展節(jié)能環(huán)保要求，新能源汽車得到了研發(fā)。不同于傳統(tǒng)汽車，新能源汽車側(cè)重采用鋁制滑板式底盤，盡管核心部件組成無明顯差別，但是由于需要采用電子控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等系統(tǒng)的調(diào)控，使得底盤結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了一定變化。在底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，離合器、變速器等部件被取消，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等利用電氣連接，使得底盤空間有所增大。在前后軸位置，需要完成動(dòng)力電機(jī)的布置，因此在底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上需要提高動(dòng)力傳遞效率，以便使汽車更具實(shí)用性。底盤上裝載的油箱被動(dòng)力電池組取代，需要實(shí)現(xiàn)分散擺放，以便減少摩擦和碰撞。結(jié)合這一特點(diǎn)進(jìn)行底盤結(jié)構(gòu)改裝，需要保證電池組位于底盤質(zhì)心，應(yīng)靠近主減速器，以便使動(dòng)力傳遞過程中產(chǎn)生的能量損耗得到減少，同時(shí)也能使動(dòng)力分配更加均勻，在實(shí)現(xiàn)底盤空間結(jié)構(gòu)充分利用的同時(shí)，促使汽車制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和行駛等能力得到提高[3]。

3? 結(jié)語

綜上所述，汽車底盤各部分結(jié)構(gòu)需要發(fā)揮不同功能，結(jié)合汽車整體性能要求實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)，才能保證汽車運(yùn)行質(zhì)量。而伴隨著汽車性能設(shè)計(jì)要求的不斷提高，底盤結(jié)構(gòu)將向輕量化、穩(wěn)固化和動(dòng)力化的方向發(fā)展，促使汽車工業(yè)技術(shù)水平達(dá)到新高度。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂天星.新能源汽車底盤設(shè)計(jì)方向探析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（10）：4-6.

[2] 王道勝，史振萍.微型新能源汽車底盤結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017（1）：21-22，43.

[3] 陳旭，蘭孟飛，劉慶，等.汽車底盤模塊劃分及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型的建立[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)，2015，29（10）：19-23.