客车车身骨架构造与优化分析

刘合峰 肖以顺 冯正明

摘 要：在当前我国经济快速发展的今天，人们对交通工具的需求也在逐渐提高，传统的客车以其快速平稳的优势越来越受到人们的欢迎，且这一交通工具本身的灵活性较强，能够适应各种路况。但在客车承载着大量运输工作的同时，人们对客车的安全性能重视程度也在逐渐提高。由于客车的骨架结构影响，其在整个客车的性能方面提升具有重要意义。

关键词：客车;骨架结构;优化

中图分类号：U469.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）05-73-03

Abstract： In the current rapid development of China's economy， people's demand for transportation is also gradually increasing. Traditional passenger cars are more and more popular with people because of their fast and stable advantages， and the flexibility of this vehicle itself is strong. Can adapt to various road conditions. However， while the passenger car carries a large amount of transportation work， people pay more attention to the safety performance of the passenger car. Due to the influence of the skeleton structure of the passenger car， it is of great significance in the performance improvement of the entire passenger car.

Keywords： Passenger car; Skeleton structure; Optimization

前言

对于当前的客车结构优化，其是大部分客车生产厂家最注重的问题，通过对客车骨架结构进行优化，一方面能够提升客车的使用性能，同时还能够保证客车运行更加平稳和舒适。轻量化作为当前客车骨架设计中的主要因素，其在降低成本和提升性能方面具有重要意义，我国的客车生产常见在进行设计的过程中往往采用的是传统的设计方法，这就使得客车的骨架在重量和受力方面存在着一定的不合理性，从而影响客车的使用寿命。对此，通过对客车骨架进行分析和优化，能够为客車的使用和发展创造更好的条件。

1 客车骨架结构的研究及其意义

为了提升人们在交通和物质运输中的效率，提升客车使用人员的安全性和稳定性，客车需要不断创新和发展，从而提升自身的使用价值。客车的车身骨架是整个客车中最重要的组成结构，在承载方面占据着重要的作用，同时由于客车使用环境的多变性，使得其骨架结构需要经历多种环境变化，如何对客车骨架结构进行优化，提升其运行和使用效果，是客车创新工作中的重点。

2 客车车身骨架结构的分析

2.1 客车车身骨架强度分析

伴随着人类数量的增加，客车的载客数量也在逐渐提高，而对于特殊经济发展的区域，客车的行驶路况也在逐渐复杂多变，加上道路质量的不同，使得客车在使用过程中的承载能力也有了更高的标准。对于客车的车身骨架强度，其在车市结构分析中占据重要意义，强度的好坏对客车的使用效果具有直接的影响，同时也能够影响客车车身骨架的成本，还包含了客车使用过程中乘客的安全性等，这些都是客车强度的重要影响因素。因此，在进行客车设计和生产的过程中，骨架的结构设计强度是非常重要的参数。而骨架强度的分析则需要对客车的使用环境等进行全面的调查，结合当前的道路法规以消费者得到需求，这样才能保证客车的使用效果。基于这些因素的影响，使得客车的车身骨架强度工作属于客车设计和使用中的重要影响因素，在对车身骨架进行有限元模型的建立时，设计人员需要对所有的部件应力等进行全面的校准，然后在这些数据基础上制定设计标准，这是客车车身设计中的重要内容，同时也是降低成本的主要方向。

2.2 灵敏度分析

灵敏度的分析是一项能够帮助设计人员对整个客车进行系统性影响的重要属性，通过对客车进行灵敏度分析和优化，能够为设计人员提供进一步的优化性能。在车身结构中，ui和xj是进行优化设计的重要环节，通过这一参数的确认，能够帮助其更好的提升客车的优化效率。而对于车身的结构性能参数，其同车身灵敏度之间具有一定的函数关系，方便进行车身的优化。通过计算机软件能够建立车身骨架静力刚度的有限元模型，在分析的过程中通过相关参数的调整能够获取更加准确有效的参数标准，提升设计优化的效果。而对于质量灵敏度较大的客车车身设计，其通过扭转刚度等较小的杆件能够进行适当的增厚。通过现有的客车材料，灵敏度的设计能够最大程度上提升客车的使用性能，这对我国的客车行业发展具有重要意义。[1]

2.3 车身骨架结构振动分析

由于客车行驶过程中遇到的各种环境不同，像坑洼或者急转弯等情况，这些都会使客车产生一定程度的振动效果。而振动中的共振能够对共振事物造成最大程度的损伤，像客车振动频率和乘客一致时，其会对乘客造成一定的身体不适，从而影响乘客的体验。[2]另外，若客车在使用过程中振动幅度过大，其也会造成乘客和货物无法有效固定，这会使得乘客或者货物的安全受到较大的影响。因此，在进行车身骨架结构设计时，需要对骨架结构的振动进行充分的考虑，充分结合悬架和衡量等影响，同时还需保证车身骨架结构的振动更加符合人性化设计，避免片面的追求成本，而放弃客车的舒适性，这样才能够不断促进客车的车身优化设计。此外，振动设计时还需要将发动机以及其他零件的工况考虑其中，模拟不同振动情况下的客车使用效果，选择最佳的振动效果。通过对这些设备和参数进行收集整理，能够建立最佳的骨架振动模型，然后结合相关的设计标准和要求，对所有重要部件的振动频率进行调整，以便达到最佳的振动效果。

3 客车骨架结构优化研究

3.1 特殊截面优化

通过有限元的分析計算可以发现，对于客车车身进行骨架结构设计时，一些零件的刚度往往会被忽略掉，这使得客车的设计在完成了强度和振动等校准工作之后，其在某些零件方面仍然存在着较大的截面设计缺陷，造成一些优势能力只能面临着取舍。对于这些参数的取舍，往往会因为一些处理不当而造成整个客车的使用受到较大的影响，像玻璃压坏和车门开关困难等，这些问题对客车的使用性能具有较大的影响。而在对车身骨架结构进行有限元分析之后，还需要结合对应的刚度设计以及校准工作，这样才能够保证客车的车身结构设计符合标准。对于客车使用过程中容易出现变形的零件，在对其进行校准的同时还需要对另加的强度和振动等因素进行调整，并对截面进行合适的调整，最大程度上提升其强度和使用质量，满足客车的标准。像对于L型截面，可以根据需求将其设计成工字型截面，并根据零件的需求对其参数进行调整，这样才能够更好的满足需求。最后，在所有的保障工作完成后，可以在允许的范围内进行调整，保证客车使用的所有零件之间的匹配性。[3]

3.2 车身侧围结构优化

随着人们对环境保护的重视程度提高，各行各业也在逐渐进入到环境保护中，节能是环保的重要对策，其能够最大程度减少正常生产生活中的能源消耗，从而维护当前重要的生态环境。对于客车的设计工作，轻量化的车技理念是一种重要的措施。对于客车的车身，其大部分采用的是钢材，这种材料本身具有弹性形变，在使用过程中能够更好的应对各种外力影响。对于客车的使用，最好的车况是在平直公路上匀速行驶，这是需要对其弯曲工况进行充分的考量，这是由于在弯曲工况下会造成车身骨架产生一定的弯曲变形，影响其正常功能。通过相关数据分析可以得知，对于车身的顶盖骨架横梁数目，其可以不断进行优化设计，特别是在材质和质量发生改变之后。[4]而对于车顶，其结构大部分是采用矩形，而三角形的设计是最佳标准，这样可以通过合理的结构设计来提升车身的轻量化设计效果，但实际如何需要结合后续的实践进行具体的确认。对于客车的车身侧围优化设计，其能够对整个车辆的行驶性能进行提升，同时降低车辆的成本，这是当前客车车身设计中的重要内容。

4 总结

综合上述所说，对于客车的骨架结构，其在整个客车设计中占据着非常重要的地位，是保证客车行驶安全和舒适等的重要影响因素。因此，需要加强对客车的骨架结构设计优化，包括强度、刚度和振动频率等，通过这些方面内容的综合提升客车骨架结构的优化。

参考文献

[1] 王文甲，吴长风，张勇，沈剑云，卢琳兆，沈斯哲.客车骨架局部结构的多工况拓扑优化设计[J].客车技术与研究，2018，40（01）：26-29.

[2] 左文杰，马洪刚，桂春阳，李行.动静刚度约束下客车骨架的轻量化设计[J].华南理工大学学报（自然科学版），2017，45（08）：7-12.

[3] 张鹏，刘炳雷，冷峻.大客车骨架设计与优化[J].南方农机，2017，48 （12）：27-29.

[4] 吴成平，邓正维，徐彩明，蒋云鹏，杨希志.轻型商用车车架纵梁及总成性能研究[J].汽车实用技术，2019（19）：110-112+118.