客车底盘结构安全性分析与轻量化设计

李长松 常伟

摘 要：衣、食、住、行是人类生活的四大需求，这四大需求也是经济进步的基础。鉴于经济的快速发展，对公共交通的更高要求以及客车在交通运输中的重要性，确保客车的运输能力和舒适安全十分重要。因此，为了确保这些条件，必须不断改变客车的底盘结构、运行稳定性和优化后的舒适体验。

关键词：结构;安全性;轻量化;客车底盘

0 前言

传统的客车已经不能满足当前的市场需求，因为传统的客车底盘完全依赖专家在设计和车辆优化方面给出的数据结论。因此，传统的客车底盘开发周期长，浪费了大量的人力物力，导致成本高、价格高、安全系数没有保证。然而，随着经济和科技的发展，专家们开发了新技术，为车辆结构设计和车辆优化提供了有效的数据。本文首先分析了客车底盘结构设计提供的安全性，然后研究了国内外客车车身轻量化结构的现状，并结合我国客车底盘轻量化存在的问题和前景，探讨了客车底盘轻量化设计。

1 客车的底盘设计安全性分析及具体方法

1.1 设计客车底盘考虑其安全性

由于客车的底盘决定了客车的整体安全性，所以在设计底盘时必须充分考虑安全因素，从打破传统的客车设计概念开始，因为设计客车底盘的传统概念不能完全控制客车的安全因素，这是浪费时间和成本，所以新设计从全局的角度来设计客车底盘。这就是“滑板底盘”的概念，那么它是如何构思的？首先包括将原来的机械形式转换成目前的电气形式，这种电气形式只有一个与客车车身的电气连接，可以通过电力的控制来控制客车和制动系统的方向，这种用电力进行机械更换设计的概念不仅可以提高客车底盘的安全系数，还可以节省时间和金钱。

1.2 三聚磷酸铝在客车底盘设计中的应用

为了考虑客车的整体安全性，必须严格执行客车底盘的设计。在底盘设计的时候底盘涂料也是关键点，一定要使用最高质量的漆，如果使用劣质油漆会使底盘在驾驶公共客车时容易腐蚀，并导致安全事故。在客车底盘用漆中，三聚磷酸铝是最佳的涂漆材料，因为它在储存过程中具有更好的稳定性，并且能够有效地耐腐蚀，这有助于稳定客车底盘的物理性能，从而满足底盘的安全要求。因此，要使客车安全运行，必须注意客车底盘的制造，因为客车底盘是决定客车是否能够安全运行的最重要因素，在底盘和漆用材料的设计中大力推广使用最好的防腐材料非常重要。

2 轻量化研究现状

2.1 采用轻质材料

例如铝，镁，陶瓷，塑料，玻璃纤维或碳纤维复合材料。21世纪的客车底盘将发生巨大的变化，材料对客车底盘技术的进步至关重要，轻量化对未来客车底盘的发展至关重要。尽管通过优化结构设计可以减轻重量，但客车底盘重量的大幅度减轻需要使用大量低密度材料。国外许多客车底盘制作厂家一般应用铝合金材料以达到减重的目的。

2.2 采用现代设计方法进行结构设计

例如，有限元分析，参数优化，拓扑优化等。由于计算机技术的飞速发展。有关理论与软件的不断发展进步使得计算机辅助分析如虎添翼，CAE在客车底盘工业起的作用越来越大。改变了过去传统按经验设计的模式。如图1所示，它不仅缩短了客车底盘的开发周期，大大减少了研发投资，而且还开发了更可靠的产品。

2.3 客車底盘轻量化材料冲压理论与工艺技术

加强高强度、轻量化先进材料在客车底盘制造领域的应用基础研究。通过开展基于CAE的冲压工艺设计和优化方法研究，提出轻量化材料神压回弹预测与补偿、起皱和拉裂预测与消除、毛坯反求和优化工件的新工艺、新理论和新方法。从机理上研究复杂零件冲压中不同材料流动不均匀的产生原因和影响因素，开展多种形式的材料流动阻力控制方法及相应工艺理论和设计技术的研究。研发一种新颖实用的高强度钢冲压技术、客车底盘零件超高强度钢成型技术、应用于复杂客车底盘零件的液压成型技术和激光焊接技术等。

2.4 客车底盘轻量化激光加工技术与装备研究

激光加工技术是实现客车底盘轻量化的重要途径之一。系统进行激光与材料相互作用机理、激光加工过程无损检测和控制等基础理论研究，建立激光加工工艺方法和工艺参数的优化数据库，研究不同材料的激光切割方式，开展激光切割、焊接、精细烧蚀、直接快速成型、激光涂敷、激光辅助切削加工等理论的研究，开发激光三维切割工艺技术，建立工艺参数数据库及专家系统;研究激光深熔焊接理论，开发激光三维焊接技术与装备;研究不同板厚、不同客车底盘材料，尤其是轻量化材料的激光加工拼焊技术与装备。

3 我国客车底盘轻量化所面临的问题

（1）轻量化技术涵盖广泛的研究领域，需要运用多学科交叉融合所形成的综合性、系统的知识体系，而在当前的研发体系中，研发机构往往只关注单个技术的研发，很少实现技术的交叉与融合。

（2）客车底盘轻量化技术涉及众多的共性技术和前沿技术其关键、核心技术的突破不可能由单个公司或科研机构无法实现的。国家级的研究机构需要对尚未实施的关键问题进行先进的战略和前瞻性部署措施。

（3）产、学、研结合不够紧密，没有明确的定位、合理的分工，基础研究与技术开发研究的有机对接不够。公司规模小、分散，轻量化发展能力低，研发人才不足以及整体技术水平落后。为了提高我国轻型客车底盘技术的技术水平，迫切需要整合国内轻型技术的技术优势，实现产、学、研结合，建立轻量化客车底盘技术资源共享的技术创新平台。平台应积极促进产、学、研方面的合作;与交流促进客车底盘轻量化技术研究成果向产业化方向转化;建立轻量化客车底盘重要产品和检测方法等标准和规范;在相关行业建立高水平的职业培训基地，并提供技术咨询服务。客车底盘轻型技术创新平台应重点研究开发以下领域：

①客车底盘轻量化先进材料开发研究;

②客车底盘轻量化结构优化设计研究;

③客车底盘轻量化材料冲压理论与工艺技术研究;

④客车底盘轻量化激光加工技术与装备研究。

4 底盘轻量化的出路

4.1 高强度钢的运用

底盘的零件因为要直接承受地面的冲击所以某些零件的应力会大些。因此，有必要增加材料的数量来降低应力。例如，微型客车摆臂的支撑杆在制动时承受更大的应力。如果我们使用普通材料，我们必须使用30mm的杆，以确保应力小于250Mpa，以达到材料允许的安全范围，但重量达到2.33kg。如果我们采用高强度钢我们可以使用中20mm的杆应力可以达到408Mpa，重量減少到1.21kg，这表明高强度钢对底盘零件的减重效果相当明显。

4.2 高强度弹簧钢的运用

高强度弹簧在弹簧设计中非常有用。众所周知，悬挂在底盘上的弹簧既是安全部件，也是性能部件。我们需要它来满足刚性和耐用性的要求。但是刚性和耐用性是另一个悖论。用高强度弹簧钢，我们可以很好地解决这个问题。例如，微型车的后悬架弹簧是根据传统材料设计的，要设计的圈数是5.75圈簧丝直径φ15.4mm才能达到要求的刚度，但是其重量为2.66kg，如果采用高强度弹簧钢我们弹簧的圈数可以做到4.5圈，簧丝直径φ14.3mm，可以达到要求的刚度，并且应力也符合高强度弹簧刚度材料许用极限，其重量为1.8kg。高强度钢弹簧不仅耐用，而且刚性好，符合要求，质量比传统弹簧低0.86kg，弹簧数量少于质量，整车质量更舒适。

5 客车底盘结构轻量化设计

改革要从客车底盘加工的成型技术入手来进行，采用高强度冲压将配件放入热加工炉，加热时间必须严格控制，不得低于或低于，只需四分钟。用均匀的奥氏体化，用机械臂将其取出，并且取出后要迅速将配件转移到热冲压模具上快速冲压成形。成形的底盘配件的强度必须达到1200 MPa才能合格。客车的底盘主要由三种形式的冲压梁：U形、W形和V形。

因此，这三种类型的客车底盘冲压梁在客车的构造中起着不同的作用。V形梁是客车底盘防震结构的主要形式，对提高客车整体的整体性非常重要。因为它作为中间结构提升了客车的刚度与强度。而且它使用轻量化材料，所以它的重量在客车底盘上也非常重要。W形梁也广泛用于客车底盘的设计和制造，因为它减少了V形梁以外的横截面跨度，并提高了V形梁的安全系数。

此外，在加工了客车底盘的结构之后，有必要继续优化客车的结构，因此客车底盘的轻量化的提高必须在构件的形状方面进行处理和改进。例如，您可以通过构建检测机来减小构件的尺寸。此外，圆形孔洞是客车底盘设计中最常见的方法，因为圆形孔洞可以均匀分布构件上的应力，同时节省轻质材料，降低成本，优化客车底盘的轻量化做到创新发展。

6 结语

研究了客车底盘的总体布局设计，发现只有实现客车底盘的轻量化结构，才能保证客车使用的安全性和环保性。希望本文能为客车底盘企业制造客车底盘带来有效的参考价值。

参考文献：

[1]王祝堂.“全铝车身+全铝底盘”客车路试顺利[J].轻合金加工技术，2018，46（08）：42.