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[底盘系统轻量化] 汽车底盘结构及其发展研究

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发表于 2020-5-15 14:24:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车轻量化在线】汽车底盘结构及其发展研究①
赵肖斌(上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州 545007)
摘 要:在汽车基本结构中,底盘需要发挥重要作用。基于此,本文对汽车底盘结构展开了分析,对传动系、行驶系、制动系和转向系的结构组成情况进行了研究,然后对汽车底盘结构的轻量化、稳固化和动力化发展趋势进行了探讨,为关注这一话题的人们提供参考。
关键词:汽车 底盘结构 轻量化 动力化

近年来,汽车底盘结构取得了不断发展,以满足汽车的安全、稳定运行要求。作为装载汽车各种系统和零件的部位,汽车底盘结构复杂,将对汽车整体性能产生影响。因此,还应加强汽车底盘结构研究,以便在进一步掌握汽车构造的同时,了解汽车技术的未来发展方向。

1 汽车底盘结构分析

汽车底盘是汽车基体,需要为其他部件提供支撑力,从结构上来看可以划分为四个部分,即传动系、转向系、行驶系和制动系,不同部分拥有不同结构和功能,需要实现结构合理化设计,以便使汽车行驶的稳定性、安全性和动力性得到保证。

1.1 传动系

按照动力传输方式,传动系可以划分为液压传动、液力传动、机械传动和电传动等类型。从结构上来看,包含离合器、差速器、万向传动装置、变速器等构件。离合器分为液力式、摩擦式等多种,广泛应用的为片式摩擦离合器,拥有较大摩擦系数,在外界操纵力作用下可以实现发动机输出动力和车轮动力转换。摩擦片数需要结合实际情况确定,通常为一片。按照换挡方式,变速器可以划分为机械式、动力式等多种,前者由人力通过操纵机构拨动齿轮或结合套实现换挡操作,后者采用换挡离合器,通过将不同档位齿轮与轴连接实现换挡操作[1]。针对相交轴,需要利用万向传动装置实现动力传递。而减速器等构件采用齿轮传动,结合整车构造和发动机位置进行安装固定,可以使行驶中的车辆减速运行。传动系可以与汽车发动机联合,负责将到发动机动力传输给驱动车轮,确保汽车在不同工况下均能正常行驶。

1.2 转向系

转向系由转向轴、转向盘等构件组成,能够对汽车行驶方向进行转变。转向器将在车架上固定,实现转向操纵力传输时会改变传动力方向。在工作过程中,转动盘发生转动后,会向转向器施加力,促使内部齿条轴重复循环运动,促使转向操纵力得到放大,因此能够实现汽车行驶方向调整。按照国家规定,转向盘多位于左侧,因为能够使两车交会时保持视线开阔。在转向系设计中,需要加强角传动比控制,即转向盘转角增量与同侧转向节增量比。在汽车设计提出不同的转向灵敏度要求时,需要采取不同的转向角传动比。如果灵敏度较高,还要利用助力转向装置和变速转向器保证转向轻便和灵敏。

1.3 行驶系

行驶系可以对发动机动力进行接收,实现汽车驱动轮的驱动。与转向系联合,能够使汽车行驶期间得到稳定操纵。从构件组成上来看,包含车架、车轿车轮和悬架等,能够对汽车总重量进行承载,同时对车轮提供的地面反力进行承载,使汽车行驶振动、路面冲击力等得到削弱。在车架上,汽车的多数零件和系统都将得到固定,因此要求车架达到一定刚度和强度要求,可以划分整体式和铰链式两类,前者车架为一整块,后者包含前后车架,采用铰链连接。车轿车轮与车轮操控密切相关,需要对制动力、垂直反力等力引起的力矩进行承受,包含转向桥、驱动桥等多种。悬架与车架车桥直接连接,能够利用减振器等部件提高车辆的稳定性。

1.4 制动系

制动系由驻车制动系和行车制动系这两套制动系统构成,彼此之间相互独立且相互关联,拥有各自独立的制动传动机构和制动器,国内汽车多配备配套制动防抱死系统。在制动系的作用下,行驶状态中的汽车能够可靠停驻和安全减速。在行车制动系统中,通常车轮制动器的旋转元件处于齿轮或半轴上。在驻车制动系统中,中央制动器通常在传动系的传动轴上进行旋转元件安装。

2 汽车底盘结构的发展探讨2.1 轻量化发展

减轻底盘结构重量,不仅能够实现油耗节约,还能满足汽车安全运行需求,同时减少汽车尾气的排放,使汽车设计向着节能环保方向发展。现阶段,宝马、奔驰等汽车品牌都开始运用铝合金材料进行底盘车架生产,该种材料不仅具有较强的耐腐蚀性,同时密度较小、便于成型,能够实现底盘结构的轻量化。与此同时,镁合金等轻质化材料也经过了实验室研究,逐步进入到量化生产阶段,能够在汽车底盘架构生产中得到运用。在轻量化技术运用上,则提出了W形冲压梁,通过高强冲压加工成型,能够在提升底盘结构强度的同时,实现结构轻量化设计[2]。采用W梁,也能减少应力集中、横截面跨度大等问题的产生,促使底盘梁结构的刚度得到提升,因此在底盘结构设计与制造中逐步得到了应用。从结构发展方向上来看,未来汽车底盘结构将取得轻量化发展。

2.2 稳固化发展

悬架结构设计,就是为了提高汽车底盘稳定性。汽车底盘结构是否稳固,直接关系到汽车行驶是否具有安全性。因此在底盘结构发展中,将向着稳固化的方向发展。在行驶速度较高的汽车中,通常需要完成由弹性元件、减振器、导向装置构成的悬架设计,借助钢板弹簧对地面颠簸带来的振动进行缓冲,利用减振器使通过弹性元件传递的振动能量得到衰减。在现代汽车中,多采用液压式减振器,可以凭借工作油在狭小缝隙中流动产生的热量对振动动能进行消耗。此外在底盘结构研制上,目前重点进行热成型高强度钢材的研发,运用在底盘防撞结构上能够使车辆整体刚度和强度得到提高,保证结构的稳固性。在底盘构件设计上,也可开始采用圆形孔的手段,以便使构件应力能够得到均匀分布,保证构件安全。

2.3 动力化发展

为满足社会发展节能环保要求,新能源汽车得到了研发。不同于传统汽车,新能源汽车侧重采用铝制滑板式底盘,尽管核心部件组成无明显差别,但是由于需要采用电子控制方式进行转向、制动等系统的调控,使得底盘结构形式发生了一定变化。在底盘结构设计上,离合器、变速器等部件被取消,转向系统等利用电气连接,使得底盘空间有所增大。在前后轴位置,需要完成动力电机的布置,因此在底盘结构设计上需要提高动力传递效率,以便使汽车更具实用性。底盘上装载的油箱被动力电池组取代,需要实现分散摆放,以便减少摩擦和碰撞。结合这一特点进行底盘结构改装,需要保证电池组位于底盘质心,应靠近主减速器,以便使动力传递过程中产生的能量损耗得到减少,同时也能使动力分配更加均匀,在实现底盘空间结构充分利用的同时,促使汽车制动、转向和行驶等能力得到提高[3]。

3 结论

综上所述,汽车底盘各部分结构需要发挥不同功能,结合汽车整体性能要求实现合理设计,才能保证汽车运行质量。而伴随着汽车性能设计要求的不断提高,底盘结构将向轻量化、稳固化和动力化的方向发展,促使汽车工业技术水平达到新高度。



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