汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證

汽車底盤油管的布置

在底盤管路的設計中,油管的走向和布置對于車輛的性能(甚至整車功能)有著很大的影響,油管布置最多、最重要就是燃油系統和制動系統,這兩大系統直接關乎著車輛運行安全,對油管的要求也是最高的。

另外,油管在布置時,外觀質量也是一項重要指標。客戶在選購車輛時, 通常情況下會查看機艙,這也要求設計者在管路布置中要兼顧到美觀效果:從管路的整體性、管路和線束的整齊度, 顏色和皮紋的協調性,零部件和周邊鈑金的集成性等內容 對管路進行優化和改善,以提升市場競爭力。

對于整車來說,汽車管路使用最多的是汽車底盤系統,底盤系統管路通常包括:燃油系統軟管、制動系統、冷卻系統軟管、轉向系統等。

汽車油管按照工藝可以分為:成型管和非成型管

非成型管:如:離合操縱油管軟管段、制動軟管、總泵進油管等各種膠管,當其長度一定,安裝后呈現非固有形狀,同時受材料、工藝、空間及溫度等因素影響,在數模布置時很 難模擬出真實的形狀,因此也容易出現實物裝配干涉、磨損等不良情況。此種管子的優點是工藝簡單、加工方便等。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖1

成型管:如成型膠管、塑料管、尼龍管、硬管等,成型 管是通過模具成型,具有布置方便,易于裝配等特點, 但工藝和模具復雜,成本偏高。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖2

管路布置中應注意的幾個問題

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖3

壓力

這是最重要的,確定燃油管路的工作壓力,一般管路中 各管件的爆破壓力應該大于8倍的系統工作壓力。根據壓力值選用合適的材料,常用的三種材料的機械強度一般可參考下圖示:

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖4

管路走向 

一般來說,燃油在輸送的過程中壓力損失越小越好, 所以就要求管路的走向盡量平緩;當然,設計過程中避免不了出現拐點,為了減小壓力 降,可以加大拐點的圓角;

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖5

間 隙

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖6

溫 度

布置中一個比較重要的方面就是管路所在部位的溫度,根據 溫度變化范圍選用合適材料的管路。如一般橡膠管工作溫度可達到135℃以上,而尼龍管在外界溫 度達到120℃就有可能出現軟化變形。金屬管的工作溫度最高, 范圍也最寬。

駕駛室外、底盤的溫度范圍:-40~60℃ 發動機機艙內的溫度范圍:-40~130℃

整車設計中管路的模擬分析

項目開發初期時,主機廠大多采用的方法是根據經驗或者標桿車管路走向進行逆向設計,然后根據實車制造進行微調整,這樣往往會對項目節點和費用造成比較大的影響,探索性的提出對關鍵零部件和管路的CAE虛擬分析,找出最佳的布置方案,得到整車設計狀態下的數據,可以有效的提升布置可靠性,降低開發費用。

CAE虛擬分析,跟材料的特性, 管路內、外環境溫度、重力、極限加速器,管路約束、系統 固定限位及內部工作壓力對工作壓力對管路外形等因素有很 大關系,針對不同類型的管路,采用不同的運算分析方法。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖7

? 承壓膨脹變形、有線元、靜壓力場、速度流線 

? 常用的分析軟件: 

? CFD、ABAQUS、Adams

各系統管路介紹及要求 

燃油系統

將燃油箱中的燃油送入到噴油嘴,并將多余的燃油送回油箱。 

另外在蒸發排放控制系統也用于燃油蒸氣的輸送,作為能量的 運輸線,是汽車動力的源泉,關系著車輛的運行安全。

燃油管路的開發周期根據管子的材料(橡膠管、金屬 管和尼龍管)和形狀不同而不同,為合理的分配開發時間, 一般來說,可以參考以下的所列時間: 

橡膠管:15天 

尼龍管:20天

金屬管:30天

燃油管要求 

燃油管材料應具有較好的耐油性和抗老化性;能在-40 ℃~120℃ 范圍內安全可靠地工作;供油管路的耐壓性應滿足發動機所需油壓。

根據管材不同,燃油管路有金屬管(硬管) 、PA管(尼 龍)和橡膠管(軟管)之分。根據其材料性能差異,選擇 依據如下: 

a、對空間較小,零件較多,要求燃油管路走向比較精確 時,多采用金屬管;

b、因減振和連接的需要,金屬管和發動機進回油口、燃油濾清 器、碳罐之間用PA 管或橡膠管連接,管路遵循軟硬管交替順序; 

c、 PA 管通常采取快速插接方式,可直接與硬管快速插接;當硬管為喇叭口型式時,常用橡膠軟管相連;

d、根據管材及附件的性能,管路長短,彎曲型式等選擇合適的管路組合方式布置。

e、燃油管路規格的選取,保證足夠的流量,通常情況下:對于 發動機最大功率大于60KW的,其管內徑須不小于8mm,最大功率 小于60KW的,其管內徑須不小于6mm。

f、管路接口尺寸,多采用快插接頭、卡箍、環箍的鏈接方式

目前市場上燃油系統多采用尼龍管,尼龍管(PA11、)具有 抗腐蝕性、耐油性、耐老化、耐溫范圍廣、表面光潔以及易 于裝配等優點,重量比橡膠管、金屬管輕、成本低,同時尼 龍管本身柔軟易安裝,方便在整車上布置,尼龍管在汽車燃 油管路上的應用能有效地降低整車重量和成本,普遍采用。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖8

抗氧和鋅鹽的腐蝕:耐50%氯化鋅溶液超過200h。

耐震動、耐磨、耐疲勞、摩擦系數低、屬于自潤滑材料, 優異的性能,使其在汽車上的應用非常普遍,國外發達國家約占30%以上,大約每輛汽車PA用量為3.6~4.0kg。

燃油管路的布置 

管路在布置時需要設置保護套,盡量遠離排氣歧管等熱源, 通常高溫一般不超60℃,工作壓力一般在3~5mpa,由于管路 大部分布置于車身和前艙下面,零件的表面需要具備一定的 防磕碰和防腐能力,并易于裝配、拆卸。

燃油管路與周邊零部件間等都應該滿足相關要求: 

(1)除固定點區域外,管路和周圍零件最小靜態間隙≥ 15mm, (﹤15mm時加保護套或固定管夾)

(2)燃油管路及其連接附件與排氣系統等高溫的外露零部件通常分 別布置在整車兩側,如果受限需要在同側, 建議其間隙應不小 于200mm,如果受結構限制不能確保上述間隔的部位, 應設置 隔熱板進行隔熱,設置有效的隔熱板后,與隔熱板的間隔也應 保證不小于35mm.

冷卻管路 

空調管路連接起壓縮機、冷凝器、蒸發器、膨脹閥四大空調系統部件, 形成了封閉的系統,制冷劑在這一密封系統中循環流動,為保證制冷劑 順暢,高效的完成熱量傳遞,管路的走向需要合理,便于裝配,拆卸, 同時工藝性應良好,成本低廉。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖9

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖10

空調管路通常是由鋁管、膠管及管接頭組合而成,三者連為 一體用來連接空調系統各部件,鋁管和膠管通過扣管工藝連 接在一起,不同型號管路以及不同廠家卡管尺寸稍有差異, 發動機的震動也會對管路產生破壞作用,連接壓縮機吸排氣 口的管路使用膠管可以吸收震動,提高系統密封、延長管路壽命。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖11

采用雙層熱收縮管保護的方法。這種雙層熱收縮管分內外兩 層。外層為低密度高壓聚己烯(PE)和乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA) 的混合物;內層是很薄膠粘性很強的密封樹脂。當這種雙層熱 縮管以稍大于金屬管直徑狀態下套入液管表面定位后,再加熱 ≥115℃,雙層熱收縮管便會收縮到預定尺寸,通過內層的熱熔性密封樹脂,把熱收縮管和制動液管緊密的粘接在一起,中間沒有任何間隙。

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖12

管路在加工的時候是受模具,機器限制的,在做管路布置數據 的時候大致需要注意以下幾點: 

1)鋁管的彎曲半徑均為R15/20,其一般為管路外徑的1.5倍。 

2)管路中心線最短的直線長度要求大于20mm,該長度主要是如下因素的限制: 

A 彎管模具的厚度限制。如果長度太短,在彎管的時候管路 可能會碰到彎管機從而導致管路有損傷變形; 

B 沿鋁管中心線方向切點到扣管的最小距離應大于16mm,在 扣管方向上不應有其它部件影響扣管工藝。

轉向系統管路依照材料不同,可以分為橡膠軟管和金屬硬管, 從工作壓力方面又有高壓油管和低壓油管的區分,高壓油管 是從轉向助力泵出來的管子接到轉向機上,然后低壓回油管 是經過前面的冷卻器,或者是轉向油儲液罐進入到助力泵的一個流向。

轉向管得基本性能要求

1.金屬管表面中性鹽霧試驗,不低于150小時,其表面無 紅銹生成。金屬管接頭中性鹽霧試驗,不低于96小時,其 表面無紅銹生成。

2.金屬管經耐壓試驗(液壓19.6Mpa,保持3分鐘條件), 接頭連接處及管臂不得有滲漏現象發生;

3.管接頭物理性能:M10及M12的最小破壞扭矩為25N.m

4.總成清潔度要求:鋼管應檢查內表面清潔度,殘留物不 應超過0.194 g/㎡,最大顆粒不大于10mg。

6.擴口試驗 鋼管應進行擴口試驗。試樣長度為50mm~100mm,頂心 錐度為6°,擴口率為20% 。試驗后無裂縫、裂口或焊縫 開裂。

7.彎曲試驗 其彎芯直徑為外徑的3倍,彎曲角度為180° ,焊縫應位于彎 曲方向的外側。試驗后鋼管無皺折、開裂或其他裂縫。

常規試驗要求

汽車底盤管路的布局應用及試驗驗證的圖13


包裝與運輸

軟管總成的包裝應保證在正常運輸情況下防潮、防擠壓和互相 碰損。同一箱內只允許裝入同一型號、規格的軟管總成,每箱總 質量不得超過50 kg。 

軟管總成在運輸與貯存中應避免陽光照射,雨雪浸淋和機械損 傷。禁止與酸、堿及有機溶劑等腐蝕橡膠的物質接觸,且距發 熱裝置1m以外。 

軟管總成應貯存在環境溫度(-15℃~40)℃,空氣相對濕度 為50%~80%的通風千燥的室內。在軟管有效期內,軟管總成自出廠之日起的一年內,除臭氧試 驗和鹽霧試驗外,其余性能應符合本標準的規定。

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