全承載式電動客車車身結構設計研究

朱銘

摘 ?要：文章將詳細介紹全承載式電動客車車身的結構特點，針對當前電動客車車身結構的現狀，提出多種解決方案，并指出改進方案設計、增強底架結構、調整側圍結構及加強前后圍結構四項電動客車車身結構的整體設計。相關人員在設計電動客車車身結構時，需根據當前客車車身結構發展的實際情況，進而設計出更加科學、合理的電動客車結構。

關鍵詞：全承載;電動客車;車身結構設計

中圖分類號：U463.831 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：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

電動客車車身結構的設計技術發展速度較快，人們對其安全的需求也逐步提升，電動客車結構中包含全承載與非全承載式，但當前非全承載式被全承載取代已成為不可逆的趨勢，且其制造中心為整車制造，國內多數電動客車已轉化車身結構，雖然在設計過程中出現些許問題，但技術人員可找到有效措施對其結構加以改進。

1 全承載式電動客車車身的結構特點

全承載車身結構主要包括底架、車身前后左右圍以及頂蓋，常用于低地板、低入口城市客車。在這種桁架結構設計模式下，可以降低整車質量，提高強度，在發生碰撞、翻轉的過程中，產生的沖擊力可以被迅速分解到全車骨架的各個位置，以此降低傷害，保證客車的安全性能。總的來說，全承載式電動客車車身具有著較高強度性和輕量化特點。

全承載式電動客車車身的結構最為明顯的特點包括高承載力、質量較輕、材料利用率高，在這三個特點下，結構整體的穩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點。但這種結構也存在一定的問題，焊接難度較大、工藝成本較高等問題亟需解決[1]。

2 全承載式電動客車車身結構現狀

目前，中國汽車企業正面臨著嚴峻的形式，行業內的設計水平相對薄弱，生產工作中無法高效開展，CAD/CAM/CAE等軟件仿真模擬反分析技術也沒有得到充分利用，想要實現全承載式電動客車車身結構設計難度較大。從目前來看，客車車身結構的開發模式可以分為串行和并行開發模式，相比較前者而言，后者的開發周期較短、成本較低，近幾年來得到了廣泛應用。但從實際情況來看，國家客車制造行業中依然有很多企業依賴于工程設計人員自身的工作經驗，并行開發模式的優越性并沒有得到充分體現。但隨著企業研發力度的提高，這種模式中最終會得到進一步完善應用。在全承載式電動客車車身結構設計流程中，可以按照有限元方式高效、有針對性的進行設計。比如，CAE技術已廣泛應用在車身結構設計和整車性能分析等方面，尤其是全承載式電動客車車身結構設計中，并且借助尺寸優化、形狀優化以及拓撲優化等方式，完成設計工作。國內汽車廠商如果想要提高自主研發能力，縮小和國外先進水平的差距，就要對設計技術進行完善，縮短開發周期和開發成本，降低焊接難度，讓其可以在生產工作中得到廣泛應用。

3 完善全承載式電動客車車身結構的有效措施

3.1 調整生產工藝

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，當車身在發生碰撞或翻滾時，仍會給乘員留有足夠的生存空間。為增強車身結構的安全性，也是從以人為本的角度考慮，此類結構已成為當今電動客車結構發展的新趨勢，技術人員仍需改進多種問題。一方面，工作人員需調整生產工藝，舊式且傳統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，且較為程序化，而全承載式設計方案屬裝吊車身整體，因而其首要任務為合攏車身，要合理協調其整車的骨架剛度，不僅要保證安裝后的動力，還要降低車身因安裝過程而產生的內應力。另一方面，若電動客車的車身較大，工作人員需加強車身的合攏力度，改善當前生產工藝。

3.2 控制焊接質量

針對下料精度，工作人員需嚴格掌控，由于全承載式車身的焊接結構主要應用小截面方管，因而要嚴格控制其加工精度，如下料彎折角度、加工角度及下料尺寸等。下料的精準度十分重要，其會對全車的焊接產生直接影響，也會改變整道工序的準確度。對于焊接應力與焊接變形需科學控制，相較于傳統型的車身，新型設計法增加了較多額外的工作量，其焊接接頭的總數也急劇增加。基于全承載式車身的結構特征，其更加注重焊接接頭的質量與性能，對整車骨架的縫隙也會尤為敏感，因而其焊接工藝需達到一定的水平。為增強焊接質量，工作人員需努力鉆研焊接工藝，設立科學的焊接標準，只有達到該標準的工作人員才能進行焊接，進而保障電動客車車身結構的整體質量。

4 全承載式電動客車車身結構的整體設計

4.1 調整方案設計

在設計全承載式電動客車車身結構前，針對此類工程，技術人員需設計出整體建設方案，工作人員需根據當前的要求與車身設計的需求，確保多項數據的準確度，如整車斷面曲線、整車寬度、長度、前懸長、后懸長及軸距等，設置相應的數學模型，根據當前所掌握的數據信息了解整部電動客車的尺寸參數。再依照參數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。在設計好每項參數與各事物的位置后，整部客車的模型已然勾勒，在此階段的主要設計任務為行李艙立柱、車門及車窗，需要設計出整部電動客車的整體結構。具體來說，工作人員還可借助信息技術，如CAE技術或互聯網技術等，將該技術引入到車身結構設計的初期，有助于修復車身內部的參數性能，如有必要，技術人員仍需建立數學模型，以增強計算結果或相關參數的精準性[2]。

4.2 加強底架結構

針對電動客車車身的底架結構，技術人員需從多個方面考慮底架設計，首先，可依照懸架結構適當調整或改善氣囊與板簧的安裝位置，并確定其結構尺寸，其中心龍骨寬度要選取最合適的尺寸，便于其結構緊湊，施工便捷。若龍骨的選擇過寬，其踏步深度會受較大影響。為更好地布置過道，在龍骨內側還需增添多余材料。其次，工作人員還要依照多個門框的位置分布來確定龍骨斷面。在選擇龍骨斷面的過程中，艙門、門立柱及懸架伸梁等位置與分布需保持一致，進而保證力的有效傳遞。與此同時，在安裝客車發動機時，應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向系統確認。此外，還要依據車身高度明確車內地板高度，在選取過程中要考慮到諸多因素，如外觀效果、行李艙大小與車內高度等。最后，工作人員應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道深度等，進而改善龍骨的扭轉剛度與彎曲剛度。對于車身的懸架支撐，在開展局部設計時，需增強其支撐以后的氣囊外伸梁，并進行科學設計，降低其彎曲狀態出現的頻率，完善車身結構。

4.3 設計側圍結構

在設計側圍結構前，工作人員需意識到該階段設計的重要性，側圍結構在全承載式電動客車的設計中必要性極強，其影響著車身的彎曲性與車身高度，借助兩邊骨架的連接，可增強側圍結構的安全性。

具體來說，第一，在側圍骨架的厚度方面，工作人員需選用尺寸規格較合適的材料增加其厚度，進而提升其沖擊力。底骨架斷面要處在門立柱、艙門立柱的對面，改善其橫向沖擊力。同時，側圍腰部區域的結構需進行設計，改善其承載力，由于側圍下半邊屬行李艙洞口，而上半邊則為風窗洞口，針對其上下腰間的距離應合理選取，并設計出科學的斜撐，以緩解其承載力。根據相關電動客車車身結構標準，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，會影響其彎曲力，在其增大的同時，極易引發斷裂危險。第二，若側圍的下腰梁斷開，工作人員需對其及時處理，為增強客車側面的連續受力，在設計此類結構時，需注重力流引導，并將其側面的集中應力消除。第三，在設計窗立柱時，需挑選性能較好的材料，且尺寸規格要大，若電動客車發生交通事故，當車頂著地時，其窗立柱的承載力極為關鍵，因而車內的安全空間需有足夠保證，窗立柱需保持較高的剛度與強度[3]。

4.4 改進車頂結構

在設計電動客車的車頂結構時，其要做到三個方面，即改善車輛中的彎曲部分、連接客車的前后圍與側圍、承受車頂的負重等。車頂負重主要包含風道、內行李架與空調等，工作人員需采用多種方式改進車頂結構，其一，側窗立柱需與車頂弧桿件相對應，當車輛在運行中能有效改善車輛載荷或彎曲，直接傳遞左右側面的力，避免了車頂上的載荷流轉。其二，針對車頂弧桿件，應選取合適的尺寸規格，增加其多種抗擊打能力，如抗扭曲、抗彎曲等，當其剛度與強度達到標準后，可略去剩余弧桿件，使車頂的結構設計更為簡潔，降低焊接量。其三，在設計車頂結構的過程中，除了安裝需要，不應與車頂弧桿件斷開，可有效提升車頂的抗扭能力與剛度。此外，在車頂承載內部，車頂縱梁所占比例較少，可適當降低尺寸，并考慮多重因素，如風道安裝、行李架、頂部窗口及空調洞口等，從而增強車頂結構的穩固。

4.5 增強前后圍結構

在設計電動客車的前后圍結構時，需做到安裝掛水器、發動機艙門與燈具等，其附近的玻璃鋼件也應安裝固定，工作人員還需設置一性能較強的框架，以用來連接車頂與側圍骨架，若車輛發生碰撞，剛性框架會有效保護人身安全。具體來說，在選擇玻璃鋼時要嚴密貼合前后圍骨架，進而保障風窗的位置。設計框架的過程中，其結構要保證科學、合理，可采用信息技術，計算出精準的數值，更好地連接車頂與側圍。此外，前圍的風窗較為重要，剛度與硬度都要達到一定標準，如有必要，可整體設計底架結構，增強其抗擊打能力，防止其與較低物體產生撞擊時，傷害車內人員，因此，為保障前后圍結構，技術人員利用數據模型能將電動客車結構設計得更為準確。

5 結束語

綜上所述，隨著電動客車車身結構設計水平的提升，也有效保障其安全性能，當前多數國家的客車車身結構已轉化為全承載式。為使增加我國的車身結構設計水平，工作人員仍需努力提高設計能力，利用信息技術，分析與研究當前急需攻克的難題，并采取對應性方法解決，從而使我國的電動客車客車結構更為穩固，安全性、經濟性也有所增強。

參考文獻：

[1]王夢，劉彩玉.全承載式車身骨架的設計及分析[J].機械設計與制造工程，2019，48（05）：72-75.

[2]徐金泉.一種動力電池底部布置的新型全承載式底架設計[J].客車技術與研究，2018，40（06）：35-36+48.

[3]郭聰聰，朱思賢，祝國強，等.全承載式客車車身結構輕量化研究[J].農業裝備與車輛工程，2018，56（01）：68-72.