技术进步是中国客车发展的动力

2012-08-03邹虎啸

商用汽车 2012年23期

邹虎啸

从客车行业发展规律来看，如果说1998年以前属于原始积累期，1998年以后则属于快速成长和扩张期。大中型客车市场规模在1998年超过2万辆，至2011年，已超过16万辆，市场规模扩大了8倍，其成长轨迹具有清晰的阶段性发展规律。

随着技术的不断升级，客车产品呈现的发展特点十分清晰：首先是大型化，大型客车的产品数量、市场销量呈逐年上升趋势，至2011年，客车的市场结构中，大型客车所占的比例已经超过中型车，居于首位；其次是重视安全性，在营运客车类型划分及等级评定工作的推动下，客车的安全性已成为客车企业、客车用户和行业主管部门关注的第一重点；第三是强调节能降耗，节能减排是国家的政策重点，也是客车企业的技术重点，车身轻量化、发动机热管理技术已逐渐成为流行趋势，另外，新能源客车已经成为整个行业的研究重点；第四是信息化已成潮流，在国家政策的鼓励和推动之下，车联网技术得到快速发展，最近2年，客车“信息化”热潮从企业到政府持续升温。

下面从客车技术进步的视角，归纳以下4个方面的成果。

针对传统客车的技术创新成绩斐然

1.发动机热管理技术

发动机最佳工作状态是水温稳定在90 ℃左右；但是由于环境温度冬季、夏季相差较大，发动机不同负荷下的发热量变化较大，需要有相应的调节机构不断调整冷却系统的散热量。传统的各种调温方式是比较粗略的调整，不能精确控制水温稳定在规定的范围内。为此，宇通客车专门立项对此进行研究并在产品中广泛应用。

核心技术：发动机进风舱结构优化技术，冷却系统优化技术，风扇自动温控技术。

创新点：通过精确控制水温，保证发动机无论在何种气候条件下均能稳定在规定的温度范围内工作，从而减少发动机附件消耗的功率，达到降低油耗、降低噪声的目标。

取得的阶段性成果：此技术在宇通等客车上大量应用，将整车油耗有效地降低2～3 L/100 km。

2.提高整车燃油经济性技术

为了提高产品的市场竞争力，大力开展燃油经济性研究，切实有效地降低整车的油耗，宇通、苏州金龙、青年汽车等客车企业组织力量对此进行研究并用于客车产品设计开发。

核心技术：整车传动系统优化匹配技术，整车动力性与经济性计算分析技术，计算机辅助测试技术。

创新点：自主开发了用于动力性与经济性计算分析的软件，自主开发了动力性经济性测试分析系统。

取得的阶段性成果：自主开发了用于动力性与经济性计算分析的软件，自主开发了动力性经济性测试分析系统，使整车油耗降低约2 L/100 km。

3.降低车外加速噪声技术

由于环境保护的需求越来越高，而城市的交通噪声是其中一个主要因素，车外加速噪声作为交通噪声的重要组成部分，越来越受到公众的关注；另一方面，国家标准的要求也越来越高，为了降低整车的车外加速噪声，宇通客车专门立项对此项目进行深入的研究。

核心技术：主噪声源屏蔽技术，噪声频谱分析技术，计算机辅助测试技术。

创新点：通过对主噪声源的屏蔽，定量分析各种声源对总声级的贡献率；利用计算机辅助测试技术的结果，针对主声源采取改进措施。

取得的阶段性成果：所有车型均全面达标；研究开发了可以达到欧洲标准的技术措施，并进行了技术储备。

4.客车振动噪声控制研究

客车作为人们出行的主要交通工具，其乘坐舒适性直接影响乘客出行质量，振动噪声作为评价舒适性和衡量客车综合设计水平的重要指标，各大汽车企业针对大中型客车的振动噪声水平开展研究工作。

核心技术及创新点：

(1)客车振动噪声测试分析技术，项目组配备高精度多通道噪声测试设备和振动模态测试设备，开展上千辆车的振动和噪声测试研究，并积累形成了数据库。

(2)自主开发客车动力总成悬置优化设计平台，基于该平台可开展4缸发动机和6缸发动机悬置设计，从而衰减发动机振动向车体的传递。

(3)吸声隔声结构设计，通过测试分析客车常用吸声降噪材料的吸声系数、隔声指数、隔热性能等指标，优选客车降噪材料，同时根据客车声源的分布特征，采用分区域优化设计，降低客车车内外噪声。

取得的阶段性成果：建立行业内首个完善的客车振动噪声数据库；制定客车骨架结构振动模态计算分析规范；自主开发客车动力总成悬置优化设计平台；编制吸声隔声结构设计手册，指导设计开发；建立国内首个客车多体虚拟样机模型，进行悬架和整车性能计算模拟。

5.轻量化技术

轻量化是节能降耗的一个有效途径，近年来致力于轻量化技术方面的探索研究并不断把研究成果推广应用到新产品的研发中。

以CAE结构分析和试验测试为主要手段，以某些基础车型为研究对象，通过有限元技术对车辆的车身骨架和车架进行虚拟产品结构静强度、刚度分析，模拟分析车辆在运营状态下承受不同弯扭载荷工况下受力模式，掌握了前期自身设计的客车结构的优缺点，通过有限元进行了结构优化，使客车在结构受力上趋向于全承载方式，客车骨架刚度和强度上有了较大提高，有效地提高了车辆的承载能力。

轻量化技术已经在客车产品开发过程中推广应用，该技术的应用有效地降低了材料成本，提高了车辆的经济性，节能减排效果明显。

6.客车车身结构强度评价和分析技术

随着道路交通运量持续大幅增长，我国道路旅客运输安全形势依然很严峻，问题也十分突出。道路运输事故中的“群死、群伤”现象时有发生，客运安全面临巨大压力。碰撞、侧翻、坠落是最主要的事故形态，从事故分析来看，在重大交通事故中，客车车身结构安全性将影响到车内乘员的受伤害程度。

在客车安全研究和标准体系领域，我国客车不应长期跟着发达国家走，更应该建立和完善我国客车安全标准体系，引领全球客车技术潮流，处于世界先进水平。2008年9月，由中国公路车辆机械有限公司担任组长，共20家单位组成的课题组，以客车车身结构强度为核心进行课题为“西部山区营运客车安全性能试验与评价技术研究”的项目研究工作，其中主要进行了客车前部结构强度和客车上部结构强度的试验研究。

通过研究，项目组完成了中国客车“第一撞”，通过3辆客车的正面壁障撞击试验，初步提出了客车正面碰撞试验评价思路；进一步完善了客车碰撞评价的思路和方法；对客车正面壁障碰撞、摆锤正面撞击、计算机模拟计算试验方法3种方法均进行了试验研究，提出了生存空间和乘员损伤值为主的考核方法；研究成果领先于欧美相关国家，填补了国内外空白；提出了科学可行的客车正碰模拟建模和计算方法，并在4个客车模型的正碰仿真模拟研究中成功应用；通过实车碰撞的研究对比，为客车正碰试验和摆锤撞击试验提供了参考和指导。

通过对客车上部结构强度各种试验和评价方法的研究，全面地对ECE R66号法规进行验证，为我国GB/T 17578—1998《客车上部结构强度的规定》实施提供了技术支持指导及理论、数据支持。在对ECE R66号法规深入研究的基础上，增加了卧铺客车、双层客车上部结构强度的评测方法，在此基础上修订了GB 17578标准，填补了该项空白。

研究结果表明，4种等效认证方法均可有效测试客车上部结构强度，并且4种方法均比实车侧翻方法严格，建议推广使用。

研究首次对数值模拟计算方法进行了详细分析，并提出了明确的模拟计算要求，将其纳入相应条款。相关标准的实施促进客车产业技术升级，并为我国客车企业每年节省数千万元的试验认证费用，推广潜力巨大。

7.客车CAN总线技术研究

CAN总线已在高档乘用车中广泛应用，并将在相当长的一段时间里受到青睐。随着客车控制系统的复杂化，共享信息显得尤为重要。客车使用CAN总线网络，可提高车辆控制系统的可靠性、简洁性和安全性，实现实时的信息共享，同时可以实现智能型故障检测。

核心技术：基于CAN 2.0B通信的低速电器控制模块，一方面根据数字输入或模拟输入信号控制功率输出和通过总线将传感器数据报告给仪表单元，同时作为CAN网络的主控模块，可以和发动机ECU，变速器ECU等实现CAN通信；另一方面检测输出故障，存储故障码，报告故障状态。

创新点：集中式低速电器控制，降低了硬件成本；智能化的故障诊断功能。

目前在我国高等级客车，特别是高二级以上客车已广泛采用该项技术。

清洁能源及新能源客车的发展已形成共识

2006年底，为持续推动我国清洁汽车的发展，科技部启动了“十一五”“863计划节能与新能源汽车”重大项目。经过几年的努力，新能源汽车产业格局已初步显现。

自2007年12月底，通过近几年的快速发展，特别是通过新能源汽车“十城千辆”示范运营的推广和促进，目前共有370余款(推荐目录车型)各类新能源汽车进入中国汽车产品公告，建成30多个新能源汽车国家重点实验室等国家级技术创新平台，制定新能源汽车相关标准42项，已经初具新能源汽车产业化技术条件。

随着“十二五”节能减排政策的深化，节能和环保成为汽车技术发展的主题，我国汽车产业发展规划预测2015年中国新能源汽车保有量将超过100万辆，2020年新能源汽车市场规模将达到千万辆级，将实现中国汽车工业的技术战略转型。

1.NG(CNG/LNG)清洁能源汽车的发展

天然气汽车的标准体系已经基本建立，目前我国已制定的CNG/LNG汽车相关国家标准和行业标准共25项，涵盖整车、发动机、专用装置部件、车用储气瓶、燃料质量、加气站等多个方面。

NG客车应用发展也由城市客车延伸到公路客车，特别是近几年来，在能源短缺和环境污染的双重压力下，一些国家的天然气汽车市场加速发展并已初具规模。其中，拉美和亚太是目前世界上最大的天然气汽车市场。截至2010年，全球共有78个国家和地区推广天然气汽车，天然气汽车总量为1326万辆，加气站达到1万6513座，主要分布在富气贫油的国家(如意大利、新西兰、阿根廷、巴西、印度尼西亚等)和环保法规严格的地区(如美国、欧洲、日本等)。

在国内，NG客车主要应用在城市客车方面，约占城市客车总量的15%，其中西南地区占比更高，约占总量的30%～40%，特别在重庆、新疆、贵阳等地区应用较多。其中贵阳公交自2005年开始推广，目前是国内采用LNG城市客车最多的城市，共拥有LNG城市客车1500多辆，占其9 m以上城市客车的70%以上。

北京自1998年开始推广采用NG(CNG/LPG)城市客车，高峰期共拥有NG城市客车近5000辆(其中LNG车型50辆)，建有CNG加气站29座，LNG加气站1座，目前正常运营的NG车型3133辆，是国内应用CNG城市客车最多的城市。

清洁能源技术应用节能减排优势十分明显。CNG汽车的排放比汽油车和柴油车的综合排放污染约低85%，其中CO减少约97%，CH减少70%～80%，NOx减少30%～40%，噪声降低约40%；LNG汽车比CNG汽车更清洁，尾气污染物含量更低，LNG气化后的气体比CNG更纯净，杂质含量少，不含水分，因而LNG汽车的排放性能要优于CNG汽车。

2.新能源汽车的发展

依据2009年6月17日颁布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》的定义，新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进，具有新技术、新结构的汽车。

近30年来，世界上许多国家的科研机构和诸多跨国企业，都在不遗余力地对纯电动汽车进行研究开发，投入大量人力、物力、财力并已取得突破性进展。我国纯电动汽车技术应用发展飞快，特别是随着动力电池技术的进步，现阶段新一代纯电动汽车广泛采用锂离子动力电池技术，采用整车电控、驱动平台智能控制系统、能量系统智能控制、电安全管理系统等关键控制技术，研制出从微型客车到大型客车的各类纯电动汽车，其中共有118款纯电动客车进入新能源汽车产品公告，国内有400余辆纯电动客车开展示范运营。

经过10年来混合动力汽车技术的发展，我国混合动力汽车采用多能源动力总成控制、制动能源回收等关键技术，整车节油率和可靠性取得了较快的提升，依据不同混合度方案，实际路况运行节油率可达到8%～40%，其中混合动力客车平均故障间隔里程由2008年的3000 km提高到4200 km。结合实际市场需求的发展，现阶段混合动力汽车除常规的油－电混合动力汽车外，还发展有天然气－电混合动力汽车，进一步满足了市场多样化的需求。目前共有215款混合动力汽车进入汽车产品公告，在我国北京、广州、杭州、深圳、长春等30余个城市实现了累计达4000余辆规模化示范运营，初步实现了混合动力汽车产品的产业化，其中北汽福田等企业实现了混合动力客车的出口。

客车设计和研究中所采用的新手段、新方法不断涌现

计算机辅助技术的日益成熟，也成为客车设计和研究的主要方法和手段，其应用也越来越广泛。

在CAD设计技术方面，二维向三维转变。在CAE分析技术方面，从单纯的有限元结构强度分析，向各类CAE技术方向扩展，如CFD流体分析技术、多刚体动力学分析技术、动力性与经济性分析技术、声学分析技术等。在CAT测试技术方面，虚拟仪器技术已大量应用在整车性能测试和大型零部件性能与可靠性试验，各种新型传感器技术的发展，也将促进整车和零部件的试验测试技术。道路模拟机、底盘测功机等大型试验设备也将会得到广泛应用。

客车制造工艺不断创新

1.顶横梁数控双头锯的加工工艺

顶横梁加工的部分工艺为：两端工艺余量采用无齿锯锯切，电泳孔采用手工等离子切割，过线孔采用人工摇臂钻加工，存在效率低、劳动强度大、粉尘大、噪声大、精度差等问题。

为了解决以上问题，宇通客车主导开发了全自动数控双头锯。采用金属圆盘锯代替无齿锯，采用冲孔工艺代替等离子切割工艺，并且将锯切、割孔和钻孔3道工序整合在一台机器上完成。工人只需上料，锯切、冲电泳孔、钻过线孔全部自动完成，工作轻松，效率提高3倍，无粉尘，噪声低，加工精度提高5倍，同时节省了场地。该设备是国际上第一台同类型设备。

2.焊接机器人的应用

机器人焊接的优点是效率高、质量稳定。焊接机器人在乘用车方面的应用很普遍，但是在客车加工中很少应用。其原因主要是客车零件种类多，批量小，产品变换频繁，需要大量的焊接工装；因此，在客车行业应用焊接机器人最主要的难点是如何解决焊接工装的问题，如果工装依靠外协加工不仅加工周期长而且制造成本很高，不能满足生产需求。

为解决以上问题，客车企业针对目前产品进行梳理分析，找出适合机器人焊接的主要零件，并根据其产品特点进一步细分工序。经过反复探讨，将复杂零件的制造分解为多个单一工序，实施多个机器人流水化焊接的模式，既可以减少周边辅助设备投资，又可以进一步提高焊接效率，同时降低了胎具的复杂程度和制造周期，节省了工装成本。

3.数控转角锯的开发和应用

客车骨架半成品部分主要是冷弯型钢结构，型钢的下料加工主要存在效率低、精度差、自动化程度低、材料利用率低、劳动强度大的问题。

开发全自动数控转角锯，实现了型钢下料的全自动加工。其过程是，从系统导出加工任务单生成电子表格，导入工业计算机，通过软件进行自动优化排版、计算出最省材料的原材料数量，工人将所需的原材料成捆吊入料仓，启动自动按钮，机器开始自动完成卷料、疏料、翻转、送料、转角、锯切、出料等全部过程，工人只需将锯切好的工件放入托盘即可。

4.滚压成型技术的应用

滚压成型，即在一排串联的成型轧机上，连续通过金属板或金属板带，顺次使其弯曲，将平板加工成所需的截面形状的塑性冷弯成型加工法。它是在冷冲压基础上发展起来的，适用于等截面、长纵深制件的大批量生产，具有生产效率高、材料利用率高等特点。

在总结以往经验的基础上，设计、生产了侧蒙皮滚压线，实现了隐蔽侧蒙皮焊点的形成并取消了腰带铝压条，后期不断发展完善，使滚压技术得到了较为广泛的应用。

5.客车车身阴极电泳工艺

电泳涂装技术源自汽车工业，是当今汽车车身涂底漆工艺的主流涂装方法。电泳涂装技术在实际应用中具有高效、优质、安全、经济等优点。汽车工业广泛应用该技术，但客车车身属大型工件，基于客车的特点，通过反复分析、论证，国内几家主流客车企业自筹经费，建立了全自动化的整车阴极电泳涂装生产线，彻底淘汰了原有落后的防腐工艺，全方位地提升车身的整体防腐能力和防腐质量，保证了客车的耐用基因，从而增加卖点，为客户创造更大的价值。