全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

朱銘

摘 ?要：文章將詳細(xì)介紹全承載式電動(dòng)客車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)當(dāng)前電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，提出多種解決方案，并指出改進(jìn)方案設(shè)計(jì)、增強(qiáng)底架結(jié)構(gòu)、調(diào)整側(cè)圍結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)前后圍結(jié)構(gòu)四項(xiàng)電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)。相關(guān)人員在設(shè)計(jì)電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)時(shí)，需根據(jù)當(dāng)前客車車身結(jié)構(gòu)發(fā)展的實(shí)際情況，進(jìn)而設(shè)計(jì)出更加科學(xué)、合理的電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：全承載;電動(dòng)客車;車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U463.831 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）28-0084-02

Abstract： In this paper， the structural characteristics of full-load electric bus body are introduced in detail， and a variety of solutions are put forward according to the current situation of electric bus body structure. It is pointed out that the overall design of the electric bus body structure includes improving the scheme design， strengthening the underframe structure， adjusting the side structure and strengthening the front and rear enclosure structure. When designing the electric bus body structure， the relevant personnel need to design a more scientific and reasonable electric bus structure according to the actual situation of the current development of bus body structure.

Keywords： full load; electric bus; body structure design

前言

電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展速度較快，人們對(duì)其安全的需求也逐步提升，電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)中包含全承載與非全承載式，但當(dāng)前非全承載式被全承載取代已成為不可逆的趨勢(shì)，且其制造中心為整車制造，國(guó)內(nèi)多數(shù)電動(dòng)客車已轉(zhuǎn)化車身結(jié)構(gòu)，雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)些許問(wèn)題，但技術(shù)人員可找到有效措施對(duì)其結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)。

1 全承載式電動(dòng)客車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

全承載車身結(jié)構(gòu)主要包括底架、車身前后左右圍以及頂蓋，常用于低地板、低入口城市客車。在這種桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式下，可以降低整車質(zhì)量，提高強(qiáng)度，在發(fā)生碰撞、翻轉(zhuǎn)的過(guò)程中，產(chǎn)生的沖擊力可以被迅速分解到全車骨架的各個(gè)位置，以此降低傷害，保證客車的安全性能。總的來(lái)說(shuō)，全承載式電動(dòng)客車車身具有著較高強(qiáng)度性和輕量化特點(diǎn)。

全承載式電動(dòng)客車車身的結(jié)構(gòu)最為明顯的特點(diǎn)包括高承載力、質(zhì)量較輕、材料利用率高，在這三個(gè)特點(diǎn)下，結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全性隨之提高。另外，乘坐的舒適性、低噪音、寬視野也是其最大的優(yōu)點(diǎn)。但這種結(jié)構(gòu)也存在一定的問(wèn)題，焊接難度較大、工藝成本較高等問(wèn)題亟需解決[1]。

2 全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

目前，中國(guó)汽車企業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的形式，行業(yè)內(nèi)的設(shè)計(jì)水平相對(duì)薄弱，生產(chǎn)工作中無(wú)法高效開展，CAD/CAM/CAE等軟件仿真模擬反分析技術(shù)也沒(méi)有得到充分利用，想要實(shí)現(xiàn)全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度較大。從目前來(lái)看，客車車身結(jié)構(gòu)的開發(fā)模式可以分為串行和并行開發(fā)模式，相比較前者而言，后者的開發(fā)周期較短、成本較低，近幾年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。但從實(shí)際情況來(lái)看，國(guó)家客車制造行業(yè)中依然有很多企業(yè)依賴于工程設(shè)計(jì)人員自身的工作經(jīng)驗(yàn)，并行開發(fā)模式的優(yōu)越性并沒(méi)有得到充分體現(xiàn)。但隨著企業(yè)研發(fā)力度的提高，這種模式中最終會(huì)得到進(jìn)一步完善應(yīng)用。在全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程中，可以按照有限元方式高效、有針對(duì)性的進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如，CAE技術(shù)已廣泛應(yīng)用在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整車性能分析等方面，尤其是全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并且借助尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及拓?fù)鋬?yōu)化等方式，完成設(shè)計(jì)工作。國(guó)內(nèi)汽車廠商如果想要提高自主研發(fā)能力，縮小和國(guó)外先進(jìn)水平的差距，就要對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行完善，縮短開發(fā)周期和開發(fā)成本，降低焊接難度，讓其可以在生產(chǎn)工作中得到廣泛應(yīng)用。

3 完善全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的有效措施

3.1 調(diào)整生產(chǎn)工藝

相較于非承載式或半承載式，全承載式車身的安全性能更高，當(dāng)車身在發(fā)生碰撞或翻滾時(shí)，仍會(huì)給乘員留有足夠的生存空間。為增強(qiáng)車身結(jié)構(gòu)的安全性，也是從以人為本的角度考慮，此類結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)今電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)發(fā)展的新趨勢(shì)，技術(shù)人員仍需改進(jìn)多種問(wèn)題。一方面，工作人員需調(diào)整生產(chǎn)工藝，舊式且傳統(tǒng)的車身安裝方法為底盤在先，車身吊裝在后，此方式的工作效率不強(qiáng)，且較為程序化，而全承載式設(shè)計(jì)方案屬裝吊車身整體，因而其首要任務(wù)為合攏車身，要合理協(xié)調(diào)其整車的骨架剛度，不僅要保證安裝后的動(dòng)力，還要降低車身因安裝過(guò)程而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。另一方面，若電動(dòng)客車的車身較大，工作人員需加強(qiáng)車身的合攏力度，改善當(dāng)前生產(chǎn)工藝。

3.2 控制焊接質(zhì)量

針對(duì)下料精度，工作人員需嚴(yán)格掌控，由于全承載式車身的焊接結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用小截面方管，因而要嚴(yán)格控制其加工精度，如下料彎折角度、加工角度及下料尺寸等。下料的精準(zhǔn)度十分重要，其會(huì)對(duì)全車的焊接產(chǎn)生直接影響，也會(huì)改變整道工序的準(zhǔn)確度。對(duì)于焊接應(yīng)力與焊接變形需科學(xué)控制，相較于傳統(tǒng)型的車身，新型設(shè)計(jì)法增加了較多額外的工作量，其焊接接頭的總數(shù)也急劇增加?；谌休d式車身的結(jié)構(gòu)特征，其更加注重焊接接頭的質(zhì)量與性能，對(duì)整車骨架的縫隙也會(huì)尤為敏感，因而其焊接工藝需達(dá)到一定的水平。為增強(qiáng)焊接質(zhì)量，工作人員需努力鉆研焊接工藝，設(shè)立科學(xué)的焊接標(biāo)準(zhǔn)，只有達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)的工作人員才能進(jìn)行焊接，進(jìn)而保障電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量。

4 全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)

4.1 調(diào)整方案設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)全承載式電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)前，針對(duì)此類工程，技術(shù)人員需設(shè)計(jì)出整體建設(shè)方案，工作人員需根據(jù)當(dāng)前的要求與車身設(shè)計(jì)的需求，確保多項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，如整車斷面曲線、整車寬度、長(zhǎng)度、前懸長(zhǎng)、后懸長(zhǎng)及軸距等，設(shè)置相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)當(dāng)前所掌握的數(shù)據(jù)信息了解整部電動(dòng)客車的尺寸參數(shù)。再依照參數(shù)尺寸確定整部客車車門的位置、行李艙、車窗橫梁高度與玻璃的具體分塊等。在設(shè)計(jì)好每項(xiàng)參數(shù)與各事物的位置后，整部客車的模型已然勾勒，在此階段的主要設(shè)計(jì)任務(wù)為行李艙立柱、車門及車窗，需要設(shè)計(jì)出整部電動(dòng)客車的整體結(jié)構(gòu)。具體來(lái)說(shuō)，工作人員還可借助信息技術(shù)，如CAE技術(shù)或互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，將該技術(shù)引入到車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初期，有助于修復(fù)車身內(nèi)部的參數(shù)性能，如有必要，技術(shù)人員仍需建立數(shù)學(xué)模型，以增強(qiáng)計(jì)算結(jié)果或相關(guān)參數(shù)的精準(zhǔn)性[2]。

4.2 加強(qiáng)底架結(jié)構(gòu)

針對(duì)電動(dòng)客車車身的底架結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員需從多個(gè)方面考慮底架設(shè)計(jì)，首先，可依照懸架結(jié)構(gòu)適當(dāng)調(diào)整或改善氣囊與板簧的安裝位置，并確定其結(jié)構(gòu)尺寸，其中心龍骨寬度要選取最合適的尺寸，便于其結(jié)構(gòu)緊湊，施工便捷。若龍骨的選擇過(guò)寬，其踏步深度會(huì)受較大影響。為更好地布置過(guò)道，在龍骨內(nèi)側(cè)還需增添多余材料。其次，工作人員還要依照多個(gè)門框的位置分布來(lái)確定龍骨斷面。在選擇龍骨斷面的過(guò)程中，艙門、門立柱及懸架伸梁等位置與分布需保持一致，進(jìn)而保證力的有效傳遞。與此同時(shí)，在安裝客車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)確定車身后半段的龍骨寬度，而前半段龍骨寬度則由客車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)確認(rèn)。此外，還要依據(jù)車身高度明確車內(nèi)地板高度，在選取過(guò)程中要考慮到諸多因素，如外觀效果、行李艙大小與車內(nèi)高度等。最后，工作人員應(yīng)密切注意車身的整體承載力，因而要合理布置管線路與客車過(guò)道深度等，進(jìn)而改善龍骨的扭轉(zhuǎn)剛度與彎曲剛度。對(duì)于車身的懸架支撐，在開展局部設(shè)計(jì)時(shí)，需增強(qiáng)其支撐以后的氣囊外伸梁，并進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，降低其彎曲狀態(tài)出現(xiàn)的頻率，完善車身結(jié)構(gòu)。

4.3 設(shè)計(jì)側(cè)圍結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)側(cè)圍結(jié)構(gòu)前，工作人員需意識(shí)到該階段設(shè)計(jì)的重要性，側(cè)圍結(jié)構(gòu)在全承載式電動(dòng)客車的設(shè)計(jì)中必要性極強(qiáng)，其影響著車身的彎曲性與車身高度，借助兩邊骨架的連接，可增強(qiáng)側(cè)圍結(jié)構(gòu)的安全性。

具體來(lái)說(shuō)，第一，在側(cè)圍骨架的厚度方面，工作人員需選用尺寸規(guī)格較合適的材料增加其厚度，進(jìn)而提升其沖擊力。底骨架斷面要處在門立柱、艙門立柱的對(duì)面，改善其橫向沖擊力。同時(shí)，側(cè)圍腰部區(qū)域的結(jié)構(gòu)需進(jìn)行設(shè)計(jì)，改善其承載力，由于側(cè)圍下半邊屬行李艙洞口，而上半邊則為風(fēng)窗洞口，針對(duì)其上下腰間的距離應(yīng)合理選取，并設(shè)計(jì)出科學(xué)的斜撐，以緩解其承載力。根據(jù)相關(guān)電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，其斜撐需有一定的角度，其高寬比需在0.6左右，若斜撐太小，會(huì)影響其彎曲力，在其增大的同時(shí)，極易引發(fā)斷裂危險(xiǎn)。第二，若側(cè)圍的下腰梁斷開，工作人員需對(duì)其及時(shí)處理，為增強(qiáng)客車側(cè)面的連續(xù)受力，在設(shè)計(jì)此類結(jié)構(gòu)時(shí)，需注重力流引導(dǎo)，并將其側(cè)面的集中應(yīng)力消除。第三，在設(shè)計(jì)窗立柱時(shí)，需挑選性能較好的材料，且尺寸規(guī)格要大，若電動(dòng)客車發(fā)生交通事故，當(dāng)車頂著地時(shí)，其窗立柱的承載力極為關(guān)鍵，因而車內(nèi)的安全空間需有足夠保證，窗立柱需保持較高的剛度與強(qiáng)度[3]。

4.4 改進(jìn)車頂結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)電動(dòng)客車的車頂結(jié)構(gòu)時(shí)，其要做到三個(gè)方面，即改善車輛中的彎曲部分、連接客車的前后圍與側(cè)圍、承受車頂?shù)呢?fù)重等。車頂負(fù)重主要包含風(fēng)道、內(nèi)行李架與空調(diào)等，工作人員需采用多種方式改進(jìn)車頂結(jié)構(gòu)，其一，側(cè)窗立柱需與車頂弧桿件相對(duì)應(yīng)，當(dāng)車輛在運(yùn)行中能有效改善車輛載荷或彎曲，直接傳遞左右側(cè)面的力，避免了車頂上的載荷流轉(zhuǎn)。其二，針對(duì)車頂弧桿件，應(yīng)選取合適的尺寸規(guī)格，增加其多種抗擊打能力，如抗扭曲、抗彎曲等，當(dāng)其剛度與強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，可略去剩余弧桿件，使車頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)潔，降低焊接量。其三，在設(shè)計(jì)車頂結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，除了安裝需要，不應(yīng)與車頂弧桿件斷開，可有效提升車頂?shù)目古つ芰εc剛度。此外，在車頂承載內(nèi)部，車頂縱梁所占比例較少，可適當(dāng)降低尺寸，并考慮多重因素，如風(fēng)道安裝、行李架、頂部窗口及空調(diào)洞口等，從而增強(qiáng)車頂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固。

4.5 增強(qiáng)前后圍結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)電動(dòng)客車的前后圍結(jié)構(gòu)時(shí)，需做到安裝掛水器、發(fā)動(dòng)機(jī)艙門與燈具等，其附近的玻璃鋼件也應(yīng)安裝固定，工作人員還需設(shè)置一性能較強(qiáng)的框架，以用來(lái)連接車頂與側(cè)圍骨架，若車輛發(fā)生碰撞，剛性框架會(huì)有效保護(hù)人身安全。具體來(lái)說(shuō)，在選擇玻璃鋼時(shí)要嚴(yán)密貼合前后圍骨架，進(jìn)而保障風(fēng)窗的位置。設(shè)計(jì)框架的過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)要保證科學(xué)、合理，可采用信息技術(shù)，計(jì)算出精準(zhǔn)的數(shù)值，更好地連接車頂與側(cè)圍。此外，前圍的風(fēng)窗較為重要，剛度與硬度都要達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，如有必要，可整體設(shè)計(jì)底架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其抗擊打能力，防止其與較低物體產(chǎn)生撞擊時(shí)，傷害車內(nèi)人員，因此，為保障前后圍結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員利用數(shù)據(jù)模型能將電動(dòng)客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更為準(zhǔn)確。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著電動(dòng)客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的提升，也有效保障其安全性能，當(dāng)前多數(shù)國(guó)家的客車車身結(jié)構(gòu)已轉(zhuǎn)化為全承載式。為使增加我國(guó)的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，工作人員仍需努力提高設(shè)計(jì)能力，利用信息技術(shù)，分析與研究當(dāng)前急需攻克的難題，并采取對(duì)應(yīng)性方法解決，從而使我國(guó)的電動(dòng)客車客車結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)固，安全性、經(jīng)濟(jì)性也有所增強(qiáng)。

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