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低地板客车和客车现代前半轴系统

Hans Wimmer

Zahnradfabrik Passau GmbH

摘要

在过去的15年中，汽车的前半轴悬架已经发生重要的发展和改进：特别是在美国，公共交通主管部门已经要求巴士为行动不便的人提供方便。为了满足这一要求，需要一种新的前轴技术：在车轮之间提供广泛的空间以及众所周知的低层概念。

关于客车的前半轴系统，在欧洲已经有显著的提高，现在正在、把他们的方式融入现代北美客车概念。传统的刚性梁式前半轴将被独立的前桥悬架代替，从而为乘客和司机提供最佳的乘坐质量和驾驶行为。

采埃孚集团，作为各种车辆在现代轴系统技术的世界领导者，为公交车辆和客车提供车桥系统超过15年。采埃孚可以为低地板公交车和客车提供广泛的前桥系统，并未客车生产企业、客户以及司机和乘客提供各种福利。在下文，我们想介绍的客车行业的各种轴系统解决方案及其特点：

采埃孚作为一个系统供应商的策略

近年来，汽车行业已经越来越多地遵循与系统供应商的合作，系统供应商的组件和模块，不属于原始设备制造商的核心业务。客车和城市公交传统上对乘客的舒适性以及内部设计和外部设计都进行了评价。传动系统和悬架技术通常不考虑作为一个客车制造商的核心业务。在这个领域，采埃孚集团作为一个“一级”供应商，已经准备与原始设备制造厂商密切合作。图1显示了采埃孚集团的传动系统和悬架系统可以为客车行业提供抽样：

传动系统（手动或自动），包括手动或气动/电子驱动的减速器和换档系统。

转向系统由转向柱、传动轴、操纵机构、转向泵、液压转向缸和必要的控制装置组成。

前后半轴系统，包括所有的悬挂杆，以及拉杆，空气弹簧，减震器和稳定杆。

本文的目的是介绍采埃孚前桥系统对目前公交车生产提供的效益以及描述该系统的技术特征。

RLE 66 低地板巴士独立式前桥悬架是基于麦克弗森概念，这种前桥提供最佳转向角的同时提供极佳的过道宽度。

低地板公共汽车的刚性梁前半轴系统，在非常高的前轴负载可以同时保持一个良好的通道宽度。

双横臂式独立前悬架，提供最好的车辆操纵性，应用在具有高前轴负荷的客车上。

双横臂式独立前悬架，应用于客车。该轴还提供较好的运动性能，即转向角度可达60。这一轴的批量生产将在今年开始。

图1 公交车的传动系统和悬挂组件

公交车市场需求

低地板公共汽车的发展是由公共交通主管部门进行的，特别是在美国。这样做主要是为流动性受损的人提供方便的巴士，却不减少巴士的乘坐和驾驶质量。

为了满足这些要求，前半轴系统必须满足以下要求：

1. 最大通道宽度，使那些受限制的轮椅能在轮拱之间通过。
2. 无级低地板概念，当公共汽车被限制时。
3. 可靠性和安全制动的概念。
4. 舒适的弹簧和减震器的质量，特别是考虑充足的弹簧行程。
5. 低工作力的精确转向行为，最佳的转向自动定心。
6. 高转向角度，以提供最佳的可操作性
7. 最佳的可靠性；悬架系统的寿命与总线寿命。
8. 较低的经营成本（即轮胎和制动磨损）。
9. 降低维护和服务成本。
10. 对于客车应用的设计目标和参数的前轴悬架可以概括如下：
11. 在所有的负载条件下，柔软舒适的乘坐质量和最佳的弹跳和阻尼质量。
12. 精确的转向行为，即最佳的转向以较高的速度，低的驱动力在较高的转向角。
13. 在满负载的驾驶条件下，有良好的自转向特性保证安全稳定的车辆操纵性。
14. 可靠和安全的制动理念
15. 最佳的可靠性，使悬架系统的寿命与巴士的寿命相当
16. 低运营成本
17. 降低维护成本

这一概述表明，低地板公共汽车的前轴系统有一个特别的重点，即在公共汽车上的车轴的安装情况，而客车的前端系统必须满足最好的车辆处理和乘坐质量这个要求。一个共同的要求是一个卓越的安全标准，即制动和转向质量，我们认为这是公共汽车前轴该最优先考虑的。

RLE66 独立前桥悬架的概念

该轴的布置，其设计的最大额定负载量为6.6吨，如图2所示。该悬架系统的设计是根据麦克弗森的概念，一个众所周知的从乘用车的应用的解决方案。这一概念的基本特征是通过开展低安装臂和车轮控制杆进行车轮控制。因为公共汽车的应用要求高的轴载，一些特殊的解决方案正在发展，这与乘用车的解决方案显然不同。

图2 麦克弗森前轴 RLE 66

核心部件之一是导向支柱，包括在最上部外端的缸和镀硬铬的活塞杆，以及在较低的内部区域的花键和低摩擦涂层。密封与润滑是完全免费维修。密封件是类似于那些在工程机械的液压缸。这种设计理念可保证最大的可靠性，抗腐蚀性和预防泄漏。（有关执行测试的详细信息将用一章进行单独介绍）。

空气弹簧和避震器是完全整合在一个轴单元。此解决方案的优点是这些组件在框架上不需要特别的附着点，因此整个单元的每边只有三个车辆框架连接点 ︰

两点位于上叉骨、并被设计为免维护橡胶接头。第三点是上部悬挂支撑接头，即所谓的支撑轴承，用来传送弹簧、 阻尼和牵引力到在车轮拱上的中央车架点。

此轴构想用两个小的空气弹簧而不是一个为了提供足够间隙的轮胎，是因为考虑到麦克弗森理念的约束，即需要一个位于轮胎和导向柱中心的弹簧中心。

图 3 演示发展的最终目标。RLE 66 提供大约 370 毫米地板高度和 1050 毫米的最大通道宽度。这些值是基于标准的轮胎 275/70 R 22.5 和 2600 毫米的车辆宽度。

特此，必须指出，走道宽度不受悬挂部件限制，而是只受转向锁上的轮胎空间需求，其最大转向值可以达到 56 ° 。

图3 RLE 66 安装

运动学-RLE结合主销内倾角倾角、车轮外倾角、主销后倾角和前轮前束仔细设计，以实现响应的转向特性以及良好的转向自定性 ︰ 主销内倾角是 13.7 °，各自车轮外倾角为0 °。推荐的主销后倾角是 1.5 ° 和建议的前轮前束是 0 到 1 毫米。

悬架设计中转向锁允许间隙为内轮56 °到外轮46°最大的轮胎尺寸为295/80R22.5。

悬架接头的定位已发展到以减少车轮在悬架最高行程下的不确定移动为目标：

例如，车轮仅变化2.5毫米到50毫米的弹簧压缩量，在反方向外倾角变化0.8度的记录。广泛的现场测试表明，此运动的布局实现了轮胎的磨损与刚性梁轨相同。

RLE66的特点可概括如下 ：

1. 卓越的过道宽度与最高转向角和低地板高度结合。

2. 精心发展的运动学提供了最好的汽车操纵性和转向性以及优越的轮胎磨损。

3. 运行和维护费用的降低归功于接头数量及悬浮元素的减少，此外，所有的被设计为免费维修。

RL85前轴系统的模块化概念

这种前轴系统的轴设计为最大8.5吨的承重，并设计了一个标准的轮端使其可以与低地板公共汽车下降的中心梁轴结合或者与应用有双横臂独立悬架系统的客车相结合。（图4）

这两个轴类型都可用于各种系统，以反映 OEM 的个性化需求。

图4 RL 85 模块化概念

RL 85 A — — 这个轴系统的刚性梁轴版本符合现代低地板公交车应用的所有要求 ︰基于整体宽度 2500 毫米，其最大可实现通道宽度是大约 900 毫米。关于 2600 毫米车辆宽度的替代梁版本，通道宽度可以达到大约 1000 毫米。根据机箱的子结构，可以达到 350 毫米的地板高度，同时保持轮胎型号大小为 275/70 R 22.5 的 150 毫米的离地间隙和 80 毫米的 弹簧压缩。 （图5）

图5 RL 85 安装

采埃孚理念作为一个系统供应商，不仅提供梁轨，而且提供整个模块化和单独的悬挂系统︰ RL 85 A 是可用的弹簧载体，放置于纵向杆，也与前轴 V 杆连接架的中央部分相连。

这些轴杆，也是整个轴系统的一部分，特点是充分维护自由橡胶接头并适用于无级调速的长度调整。此功能允许简单轴在 OEM 对齐以及后期服务。包括完整的悬吊套件，空气弹簧，避震器，如果需要，也可以在系统中包括横向稳定杆。

RL-85/A 的悬架概念包括如下组合：纵向杆，安装在左、 右手的轮拱，和较低的集中安装的排列V杆。这些 V 棒是负责正确的横向轴制导。与通过潘哈德杆悬架进行侧向制导相比较，这一概念允许对称客车车架的设计。侧向负载引入框架结构是直接发生在底盘的横梁上，并且车轴是游离于任何轴向运动。

转向的几何学和运动学 — — 轴旨在实现 一个从内侧车轮55 ° 到外侧车轮40°的转向锁。这样的价值是形成公交车机动性好的特点。使公交车转弯半径可以达到小于 22 米和 12 米，在主要转向范围为 0 ° ~ 35 °内转向误差减小到小于 0.5 ° 。

为了在低的转向力、转向自定行为和稳定直线行驶这三个目标间形成好的平衡，主销内倾角设置为 8.5 °、 外倾角 为0 ° 、主销后倾角 3.5 °。这些值与推荐的前轮前束值： 0 到 1毫米，以及转向几何相结合可形成优良的轮胎磨损性能。特别是得益于这项运动安排的外胎肩的磨损规律，通常对于城市公交车来说至关重要。

RL85A的特点摘要：

1. 安装围护结构满足关于走道宽度和低地板高度、保持最好的转向角度和高轴载的所有要求。
2. 运动学概念提供最佳车辆操纵性和转向性以及优良的轮胎磨损性能。
3. 模块化的概念允许定制的轴系统，以满足个别 OEM 的需求。

RL 85 E — — 这个独立前悬架的设计理念基于所谓的双横臂悬挂系统，这意味着，每个车轮通过一对横向控制器进行独立控制。这个轴的典型应用是在旅游巴士，它们通常对车辆操纵性和平顺性有特定的要求。为了满足这一要求，悬浮概念已经受到广泛的运动学研究和调查。

设计特点 — — (图 6) 这种悬架的中央部分是关节载体，即一侧的轮端与另一侧的横臂副之间的连接元素。轮端与主销安装在一起作为刚性梁的应用。上部与下部的横臂通过一对圆锥滚子轴承连接在关节载体上。这种连接的替代解决方案是使用一对橡胶衬套。采埃孚使用圆锥滚子轴承是因为其在载能力、 耐久性 （磨损行为） 和刚度方面的显著优势，并影响到弹性运动学。此外，这种轴承单元的总体尺寸也更紧凑。这允许 设计一个较长的低横臂（与运动学的积极影响）且没有轴承单元和车轮之间在转向锁上的干扰问题。叉在车架一端的附着点被设计为免维护的橡胶接头。

关节载体也负责附加的减震器，横向稳定杆和空气弹簧。此解决方案的优点是，叉骨都是不受弹簧和阻尼力，因为这些载荷直接从车轮转向节载体传输到机箱的结构。叉是纯粹强调纵向、 垂直和横向轮指导力。由于这种负载分割，叉骨与关节载体的设计可以优化为最小的重量，导致减少的非簧载质量具有积极的影响驾乘的质量。

图6 RL 85 E双横臂-前轴

空气弹簧、 减振器、 横向稳定杆和拉杆通过采埃孚的可用性完成此模块化的悬架系统。

运动学特征 — — 一直奉行以广泛的运动学调查的两个核心目标是车辆操纵性质量和轮胎磨损性能。

由于卡车和公共汽车轮胎磨损情况通常受横向运动、外倾角变化和前轮前束变化等因素强烈地影响，因此研发工作的目标是保持这些值在轮胎制造商所接受的范围内。叉的选择布局减少轮胎外侧的最大位移量为2mm，在车轮弹簧行程为80mm与弯度变化在负方向最大为0.5°时。第三个因素，前轮前束角在改变是直接由拉杆的位置到横臂的位置决定的，并不是直接受轴影响。因为只有一个拉杆端位于轴上，另一端固定在用螺栓连接在汽车底盘的舵机上。尽管如此，采埃孚提供了一项关于在整个弹簧变化范围内为了优化前轮前束，拉杆和舵机在框架中应如何定位的建议。

汽车操纵性的运动布局侧重点是转向特性和弹性运动学的行为，但外倾角的变化以及转向几何也必须考虑。

要实现反应灵敏度和精确的转向行为主销内倾角应调整到 7.5-8.5 ° ，于此同时主销后倾角为1.5-2.5°。主销内倾角的调整是通过位于车架与横臂橡胶接头之间的垫片进行的。车轴本身的外倾角是0°。为了达到1.5-2.5 °的建议值，整个轴单元要以某个所需的角度安装在底盘上。车轴的转向辊半径大约 是标准客车车轮的50 毫米。

悬架弹性运动学的特性确保了转向不足的趋势，当侧力产生时。这种特性给出了可控的好的驾驶质量，即使是在极端负载条件下。例如在制动曲线下。这一特性还能通过弹簧压缩过程中负方向的由曲面变化进行协助。

该悬架允许的最大转向角为内侧车轮53°，外侧车轮47°。转向几何本身是由底盘架上的舵机的位置决定的。采埃孚在准备关于个人需求和车辆配置的最佳场所的解决方案。

RL85E是以下要求的合适的解决方案：

1. 客车轴载重加载达8.5吨的应用

2. 精确的转向特性

3. 舒适的乘坐质量

4. 模块化的概念允许独立的调节系统

RL75E客车悬架系统

这新开发的双横臂独立悬挂系统的最大轴重 7.5 吨，如图 7 中所示，满足前文所提到的客车的所有市场需求。RL 85 E 最近推出的悬架系统的整

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