第一章　商用车底盘概述

第一节　商用车底盘的基础知识

按照由中国商用车技术研究中心负责修订，于2002年3月1日实施的国家标准规定，商用车可以按用途分为乘用车和商用车辆两大类，还可以进一步按照车辆的结构不同将车辆分为包括9种主要车型在内的乘用车辆和包括客车、半挂牵引车和货车等型式的商用车辆。

商用车辆（commercial vehicle）： 在设计和技术特性上用于运送人员和货物的商用车，并且可以牵引挂车，乘用车不包括在内。

（1） 客车（bus）　在设计和技术特性上用于载运乘客及其随身行李的商用车辆，包括驾驶员座位在内座位数超过9座。客车有单层的或双层的，也可牵引一挂车。

（2）半挂牵引车（semi-trailer towing vehicle）　装备有特殊装置用于牵引半挂车的商用车辆，此类车辆常可以通过改变其后部的挂车装载各种集装箱和大型设备。

（3）载货商用车（goods vehicle）　一种主要为载运货物而设计和装备的商用车辆，可按实际用途决定是否牵引挂车。

①普通载货商用车（general purpose goods vehicle）　一种在敞开（平板式）或封闭（厢式）载货空间内载运货物的货车。普通载货商用车的基本结构如图1-1-1所示。

②多用途载货商用车（multi purpose goods vehicle）　在其设计和结构上主要用于载运货物，但在驾驶员座椅后带有固定或折叠式座椅，可载运3个以上的乘客的载货商用车。小型多用途的载货商用车又称“皮卡”（pick up），大多由轿车或吉普车变型而来。

③全挂牵引车（trailer towing vehicle）　一种牵引杆式挂车的载货商用车。它本身可在附属的载运平台上运载货物。

④越野载货商用车（off-road goods vehicle）　在其设计上所有车轮同时进行驱动（包括一个驱动轴可以脱开的车辆）或其几何特性（接近角、离去角、纵向通过角，最小离地间隙）、技术特性（驱动轴数、差速锁止机构或其他形式机构）及其性能（爬坡度）允许在非道路上行驶的一种车辆。

⑤专用作业车（special goods vehicle）　在其设计和技术特性上用于特殊工作的货车。例如：消防车、救险车、垃圾车、应急车、街道清洗车、扫雪车、清洁车等。

⑥专用载货商用车（specialized goods vehicle）　在其设计和技术特性上用于运输特殊物品的货车。例如：罐式车、乘用车运输车、集装箱运输车等。

一、商用车底盘的组成和功用

商用车底盘是支承、安装商用车发动机及其各部件、总成，形成商用车的整体造型，并接受发动机的动力，使商用车产生运动并按驾驶员的操控而正常行驶的部件的总称。

1.商用车底盘的组成

商用车底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。

（1）传动系　主要由离合器、变速器、万向传动装置、主减速器、差速器和半轴等机件组成，如图1-1-2所示。根据需要，有些车上还装有分动器和轮边减速器。

（2）行驶系　主要由车架、车桥、车轮和悬架等组成，为提高载重量和缩短商用车长度，商用车多采用平头驾驶室设计。

（3）转向系　均采用动力转向助力装置，由转向助力系统、转向操纵机构和转向传动机构组成。

（4）制动系　主要由主制动（行车制动）、应急制动、驻车制动和辅助制动四种制动装置组成。

2.商用车底盘的功用

（1）传动系　传动系的功用是将发动机的动力传递给驱动轮。

（2）行驶系　行驶系的功用是安装商用车部件、支承商用车、缓和冲击、吸收振动、传递和承受发动机与地面传来的各种力和力矩，并保证商用车正常行驶。

（3）转向系　转向系的功用是控制商用车的行驶方向，使车辆按照驾驶员给定的方向行驶。

（4）制动系　制动系的功用是使商用车减速、停车或驻车。

二、商用车底盘的布置形式

机械式传动系常见布置形式主要与发动机的安装位置及商用车的驱动形式有关。例如，越野车多采用四轮驱动，则在它的传动系中就增加了分动器等总成。而对于前置前驱的车辆，它的传动系中就没有传动轴等装置。在重型货车、越野商用车或大型货车上，当要求有较大的主传动比和较大的离地间隙时，往往将双级主减速器中的第二级减速器齿轮机构制成同样的两套，分别装在两侧驱动轮的近旁称为轮边减速器。

发动机的位置在国际上有很多种标准，通常以日本和德国的标准为主。发动机的位置分为前置、中置和后置，即发动机分布在车辆的前轴之前，前轴与后轴之间以及后轴之后的布置方式。所谓驱动形式，是指发动机的布置方式以及驱动轮的数量、位置的形式。一般的车辆都有前、后两排轮子，其中直接由发动机驱动转动，从而推动或拉动商用车前进的轮子就是驱动轮。

商用车的传动系统布置可以分为五类：发动机前置后轮驱动（Front-engine Rear-drive，简称 FR）、发动机前置前轮驱动（Front-engine Front-drive，简称FF）、发动机中置后轮驱动（Middle-engine Rear-drive，简称MR）、发动机后置后轮驱动（Rear-engine Rear-drive，简称RR）和四轮驱动（4Wheel Drive，简称4WD）。

1.前置后驱（FR）

前置后驱（FR）布置形式如图1-1-3所示。

其中前排车轮负责转向，由后排车轮来承担整个车辆的驱动工作。在这种驱动形式中，发动机输出的动力全部输送到后驱动桥上，驱动后轮使商用车前进。也就是说，实际的行进中是后轮“推动”前轮，带动车辆前进。现在则主要应用在中、高级轿车及载货商用车中。FR的优点是轴荷分配均匀，即整车的前后重量比较平衡，操控稳定性较好。缺点是传动部件多、传动系统质量大，传动轴占据较大空间。

2.前置前驱（FF）

前置前驱（FF）布置形式如图1-1-4和图1-1-5所示。

FF是现代小、中型轿车普遍采用的布置方案。这种布置形式使得操纵机构简单，发动机散热条件好。但上坡时商用车质量后移，使前驱动轮的附着质量减小，驱动轮易打滑；下坡制动时则由于商用车质量前移，前轮负荷过重，高速时易发生翻车现象。另外，FF布置形式降低了车厢地板高度，提高行驶稳定性，抗侧滑的能力也比FR强。

3.中置后驱（MR）

中置后驱（MR）布置形式如图1-1-6所示。

发动机放置在前、后轴之间，同时采用后轮驱动，类似F1赛车的布置形式。还有一种“前中置发动机”，即发动机置于前轴之后、乘员之前，类似于FR，但能达到与MR一样的理想轴荷分配，从而提高操控性。MR的优点是：轴荷分配均匀，具有很中性的操控特性。缺点是：发动机占去了座舱的空间，降低了空间利用率和实用性，因此MR大都应用在追求操控表现的跑车上。

4.后置后驱（RR）

后置后驱（RR）布置形式如图1-1-7和图1-1-8所示。

在大型客车上多采用这种布置形式，少量微型、轻型轿车也采用这种形式。发动机后置，使前轴不易过载，并能更充分地利用车箱面积，还可有效地降低车身地板的高度或充分利用商用车中部地板下的空间安置行李，也有利于减轻发动机的高温和噪声对驾驶员的影响。缺点是发动机散热条件差，行驶中的某些故障不易被驾驶员察觉。远距离操纵也使操纵机构变得复杂、维修调整不便。但由于优点较为突出，在大型客车上应用越来越多。

5.四轮驱动（4WD）

四轮驱动（4WD）布置形式如图1-1-9所示。

所谓四轮驱动，是指商用车前后轮都有动力，可按行驶路面状态不同而将发动机输出扭矩按不同比例分配到前后桥的轮子上，以提高商用车的行驶能力。四轮驱动一般用4×4或4WD来表示，如果你看见一辆车上标有上述字样，那就表示该车辆拥有四轮驱动的功能。在过去，四轮驱动是越野车独有的，近年来，一些高档轿车和豪华跑车才逐渐添置了这项配置。4WD的优点是：四个车轮均有动力，地面附着率最大，通过性和动力性好。

思考：图1-1-10所示底盘结构为8×4，如何理解呢？

三、商用车行驶基本原理

（一）驱动力的产生

当商用车行驶时，发动机的输出扭矩，通过传动系传给驱动车轮，使驱动车轮得到一个扭矩；由于商用车轮胎与地面接触，形成一个接触面，在扭矩作用下，接触面上的轮胎边缘对地面产生一个圆周力F0，它的方向与商用车行驶方向相反。根据作用力与反作用力的关系，路面必然对轮胎边缘施加一个反作用力Ft，其大小与F0相等，方向相反。即为外界对商用车施加的一个推动力，即驱动力，也叫牵引力，如图1-1-11所示。 当牵引力增大到能克服商用车静止状态的最大阻力时，商用车便开始起步。

（二）行驶阻力

商用车行驶阻力包括滚动阻力、加速阻力、坡度阻力、空气阻力。商用车在水平道路上直线等速行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自空气的空气阻力。滚动阻力以符号Ff表示，空气阻力以符号Fw表示。当商用车在坡道上，直线上坡行驶时，还必须克服重力沿坡道的分力，称为坡度阻力，以符号Fi表示。商用车直线加速行驶时，还需要克服加速阻力，以符号Fj表示。因比，商用车行驶的总阻力为：

∑F=Ff+Fw+Fi+Fj

上述各阻力中，滚动阻力和空气阻力始终作用于行驶的商用车上，坡度阻力和加速阻力仅在相应行驶条件下存在。在水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。商用车下坡时，Fi为负值，这时商用车重力沿路面方向的分力已不是商用车的行驶阻力，而是动力。商用车减速行驶时，惯性作用力是使商用车前进的力，此时Fj也为负值。

1.滚动阻力

车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形，轮胎和支承面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面（混凝土路、沥青路）上滚动时，轮胎的变形是主要的，此时由于轮胎有内部摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部回收。正是轮胎的这种弹性迟滞损失造成了滚动阻力。

在实际中，不会直接应用滚动阻力，而是用滚动阻力系数f来表征滚动阻力的大小，在轮胎所受的法向力等条件相等的情况下，滚动阻力系数f越大，则滚动阻力就越大。影响滚动阻力系数f的因素较多，比如：路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等。商用车用同一轮胎在不同路上以中低速行驶试验所得到的滚动阻力系数，如表1-1-1所示。

2.空气阻力

商用车行驶时所受的空气作用力在行驶方向上的分力称为空气阻力。商用车在空气介质中运动，空气介质本身也有运动，空气阻力的方向并不一定与商用车行驶方向相反。

空气阻力分为摩擦阻力和压力阻力两部分。摩擦阻力是由于空气的黏性在车身表面产生的切向力在行驶方向上的分力。压力阻力是作用在商用车外形表面上的法向压力在行驶方向上的分力，压力阻力分为形状阻力、干扰阻力、内循环阻力和诱导阻力等四部分。形状阻力是指商用车形状引起的阻力，与车身主体形状有关；干扰阻力是车身表面上一些如把手、后视镜、引水槽、驱动轴等突起物而引起的阻力；内循环阻力为发动机冷却系统以及车身通风等所需要的空气在车体内部流动时形成的阻力；诱导阻力是商用车行驶时的空气升力在行驶方向上的分力。在一般轿车的空气阻力中，形状阻力占58%，干扰阻力占14%，内循环阻力占12%，诱导阻力占7%，摩擦阻力占9%。

空气阻力与商用车相对速度的平方成正比，相对速度越高，空气阻力越大。空气阻力系数CD和迎风面积A取决于商用车的外形。通过合理的商用车外形设计，降低空气阻力系数是减小空气阻力的主要手段。

空气阻力系数可由道路试验、风洞试验等方法测得。一般车辆的空气阻力系数和迎风面积，如表1-1-2所示。

3.坡度阻力

当商用车上坡行驶时，商用车重力沿坡道方向的分力称为商用车的坡道阻力，用符号Fi表示，单位为N。坡道阻力按下式计算：

Fi=Gsinα

式中　G——商用车的总重力，N；

　 α——坡道角度。

4.加速阻力

商用车加速行驶时，需要克服商用车质量加速运动的惯性力，这就是加速阻力Fj。商用车的质量包括平移质量和旋转质量两部分，加速时平移质量产生惯性力，旋转质量产生惯性力偶矩。为了计算方便，通常把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，计算时，用系数δ作为计入旋转质量惯性力矩的商用车质量换算系数。旋转质量换算系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量和传动系的传动比有关。

（三）商用车行驶方程式

1.商用车行驶的基本条件

商用车的行驶情况取决于商用车的受力情况，其关系如下：

①当牵引力等于行驶总阻力，商用车匀速行驶或静止状态；

②当牵引力大于行驶总阻力， 商用车加速行驶；

③当牵引力小于行驶总阻力，商用车则减速行驶或无法起步。

2.商用车的行驶方程及驱动条件

行驶方程：　　　　　　　　　　　　　Ft=F阻=Ff+Fw+Fi+Fj

驱动条件：　　　　　　　　　　　　　　　Ft≥Ff+Fw+Fi

商用车行驶的附着条件：　　　　　　　　　Ft≤Fσ=Fzσ

式中，Fσ为地面附着力；Fz为车辆正压力；σ为路面附着系数。

附着力是阻止车轮打滑的路面阻力，为使车轮在路面上不打滑，附着力必须大于或等于商用车牵引力。路面与轮胎间的附着性能决定了路面所能提供反作用力（即附着力）的最大值。

商用车驱动-附着条件：　　　　　　　　　Ff+Fw+Fi≤Ft≤Fσ

此式表示了商用车直线行驶的必要和充分条件，称商用车行驶的驱动附着条件，也是商用车的行驶原理。