全承载式电动客车车身结构设计研究

朱铭

摘  要：文章将详细介绍全承载式电动客车车身的结构特点，针对当前电动客车车身结构的现状，提出多种解决方案，并指出改进方案设计、增强底架结构、调整侧围结构及加强前后围结构四项电动客车车身结构的整体设计。相关人员在设计电动客车车身结构时，需根据当前客车车身结构发展的实际情况，进而设计出更加科学、合理的电动客车结构。

关键词：全承载;电动客车;车身结构设计

中图分类号：U463.831      文献标志码：A         文章编号：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

电动客车车身结构的设计技术发展速度较快，人们对其安全的需求也逐步提升，电动客车结构中包含全承载与非全承载式，但当前非全承载式被全承载取代已成为不可逆的趋势，且其制造中心为整车制造，国内多数电动客车已转化车身结构，虽然在设计过程中出现些许问题，但技术人员可找到有效措施对其结构加以改进。

1 全承载式电动客车车身的结构特点

全承载车身结构主要包括底架、车身前后左右围以及顶盖，常用于低地板、低入口城市客车。在这种桁架结构设计模式下，可以降低整车质量，提高强度，在发生碰撞、翻转的过程中，产生的冲击力可以被迅速分解到全车骨架的各个位置，以此降低伤害，保证客车的安全性能。总的来说，全承载式电动客车车身具有着较高强度性和轻量化特点。

全承载式电动客车车身的结构最为明显的特点包括高承载力、质量较轻、材料利用率高，在这三个特点下，结构整体的稳定性和安全性随之提高。另外，乘坐的舒适性、低噪音、宽视野也是其最大的优点。但这种结构也存在一定的问题，焊接难度较大、工艺成本较高等问题亟需解决[1]。

2 全承载式电动客车车身结构现状

目前，中国汽车企业正面临着严峻的形式，行业内的设计水平相对薄弱，生产工作中无法高效开展，CAD/CAM/CAE等软件仿真模拟反分析技术也没有得到充分利用，想要实现全承载式电动客车车身结构设计难度较大。从目前来看，客车车身结构的开发模式可以分为串行和并行开发模式，相比较前者而言，后者的开发周期较短、成本较低，近几年来得到了广泛应用。但从实际情况来看，国家客车制造行业中依然有很多企业依赖于工程设计人员自身的工作经验，并行开发模式的优越性并没有得到充分体现。但随着企业研发力度的提高，这种模式中最终会得到进一步完善应用。在全承载式电动客车车身结构设计流程中，可以按照有限元方式高效、有针对性的进行设计。比如，CAE技术已广泛应用在车身结构设计和整车性能分析等方面，尤其是全承载式电动客车车身结构设计中，并且借助尺寸优化、形状优化以及拓扑优化等方式，完成设计工作。国内汽车厂商如果想要提高自主研发能力，缩小和国外先进水平的差距，就要对设计技术进行完善，缩短开发周期和开发成本，降低焊接难度，让其可以在生产工作中得到广泛应用。

3 完善全承载式电动客车车身结构的有效措施

3.1 调整生产工艺

相较于非承载式或半承载式，全承载式车身的安全性能更高，当车身在发生碰撞或翻滚时，仍会给乘员留有足够的生存空间。为增强车身结构的安全性，也是从以人为本的角度考虑，此类结构已成为当今电动客车结构发展的新趋势，技術人员仍需改进多种问题。一方面，工作人员需调整生产工艺，旧式且传统的车身安装方法为底盘在先，车身吊装在后，此方式的工作效率不强，且较为程序化，而全承载式设计方案属装吊车身整体，因而其首要任务为合拢车身，要合理协调其整车的骨架刚度，不仅要保证安装后的动力，还要降低车身因安装过程而产生的内应力。另一方面，若电动客车的车身较大，工作人员需加强车身的合拢力度，改善当前生产工艺。

3.2 控制焊接质量

针对下料精度，工作人员需严格掌控，由于全承载式车身的焊接结构主要应用小截面方管，因而要严格控制其加工精度，如下料弯折角度、加工角度及下料尺寸等。下料的精准度十分重要，其会对全车的焊接产生直接影响，也会改变整道工序的准确度。对于焊接应力与焊接变形需科学控制，相较于传统型的车身，新型设计法增加了较多额外的工作量，其焊接接头的总数也急剧增加。基于全承载式车身的结构特征，其更加注重焊接接头的质量与性能，对整车骨架的缝隙也会尤为敏感，因而其焊接工艺需达到一定的水平。为增强焊接质量，工作人员需努力钻研焊接工艺，设立科学的焊接标准，只有达到该标准的工作人员才能进行焊接，进而保障电动客车车身结构的整体质量。

4 全承载式电动客车车身结构的整体设计

4.1 调整方案设计

在设计全承载式电动客车车身结构前，针对此类工程，技术人员需设计出整体建设方案，工作人员需根据当前的要求与车身设计的需求，确保多项数据的准确度，如整车断面曲线、整车宽度、长度、前悬长、后悬长及轴距等，设置相应的数学模型，根据当前所掌握的数据信息了解整部电动客车的尺寸参数。再依照参数尺寸确定整部客车车门的位置、行李舱、车窗横梁高度与玻璃的具体分块等。在设计好每项参数与各事物的位置后，整部客车的模型已然勾勒，在此阶段的主要设计任务为行李舱立柱、车门及车窗，需要设计出整部电动客车的整体结构。具体来说，工作人员还可借助信息技术，如CAE技术或互联网技术等，将该技术引入到车身结构设计的初期，有助于修复车身内部的参数性能，如有必要，技术人员仍需建立数学模型，以增强计算结果或相关参数的精准性[2]。

4.2 加强底架结构

针对电动客车车身的底架结构，技术人员需从多个方面考虑底架设计，首先，可依照悬架结构适当调整或改善气囊与板簧的安装位置，并确定其结构尺寸，其中心龙骨宽度要选取最合适的尺寸，便于其结构紧凑，施工便捷。若龙骨的选择过宽，其踏步深度会受较大影响。为更好地布置过道，在龙骨内侧还需增添多余材料。其次，工作人员还要依照多个门框的位置分布来确定龙骨断面。在选择龙骨断面的过程中，舱门、门立柱及悬架伸梁等位置与分布需保持一致，进而保证力的有效传递。与此同时，在安装客车发动机时，应确定车身后半段的龙骨宽度，而前半段龙骨宽度则由客车的转向系统确认。此外，还要依据车身高度明确车内地板高度，在选取过程中要考虑到诸多因素，如外观效果、行李舱大小与车内高度等。最后，工作人员应密切注意车身的整体承载力，因而要合理布置管线路与客车过道深度等，进而改善龙骨的扭转刚度与弯曲刚度。对于车身的悬架支撑，在开展局部设计时，需增强其支撑以后的气囊外伸梁，并进行科学设计，降低其弯曲状态出现的频率，完善车身结构。

4.3 设计侧围结构

在设计侧围结构前，工作人员需意识到该阶段设计的重要性，侧围结构在全承载式电动客车的设计中必要性极强，其影响着车身的弯曲性与车身高度，借助两边骨架的连接，可增强侧围结构的安全性。

具体来说，第一，在侧围骨架的厚度方面，工作人员需选用尺寸规格较合适的材料增加其厚度，进而提升其冲击力。底骨架断面要处在门立柱、舱门立柱的对面，改善其横向冲击力。同时，侧围腰部区域的结构需进行设计，改善其承载力，由于侧围下半边属行李舱洞口，而上半边则为风窗洞口，针对其上下腰间的距离应合理选取，并设计出科学的斜撑，以缓解其承载力。根据相关电动客车车身结构标准，其斜撑需有一定的角度，其高宽比需在0.6左右，若斜撑太小，会影响其弯曲力，在其增大的同时，极易引发断裂危险。第二，若侧围的下腰梁断开，工作人员需对其及时处理，为增强客车侧面的连续受力，在设计此类结构时，需注重力流引导，并将其侧面的集中应力消除。第三，在设计窗立柱时，需挑选性能较好的材料，且尺寸规格要大，若电动客车发生交通事故，当车顶着地时，其窗立柱的承载力极为关键，因而车内的安全空间需有足够保证，窗立柱需保持较高的刚度与强度[3]。

4.4 改进车顶结构

在设计电动客车的车顶结构时，其要做到三个方面，即改善车辆中的弯曲部分、连接客车的前后围与侧围、承受车顶的负重等。车顶负重主要包含风道、内行李架与空调等，工作人员需采用多种方式改进车顶结构，其一，侧窗立柱需与车顶弧杆件相对应，当车辆在运行中能有效改善车辆载荷或弯曲，直接传递左右侧面的力，避免了车顶上的载荷流转。其二，针对车顶弧杆件，应选取合适的尺寸规格，增加其多种抗击打能力，如抗扭曲、抗弯曲等，当其刚度与强度达到标准后，可略去剩余弧杆件，使车顶的结构设计更为简洁，降低焊接量。其三，在设计车顶结构的过程中，除了安装需要，不应与车顶弧杆件断开，可有效提升车顶的抗扭能力与刚度。此外，在车顶承载内部，车顶纵梁所占比例较少，可适当降低尺寸，并考虑多重因素，如风道安装、行李架、顶部窗口及空调洞口等，从而增强车顶结构的稳固。

4.5 增强前后围结构

在设计电动客车的前后围结构时，需做到安装挂水器、发动机舱门与灯具等，其附近的玻璃钢件也应安装固定，工作人员还需设置一性能较强的框架，以用来连接车顶与侧围骨架，若车辆发生碰撞，刚性框架会有效保护人身安全。具体来说，在选择玻璃钢时要严密贴合前后围骨架，进而保障风窗的位置。设计框架的过程中，其结构要保证科学、合理，可采用信息技术，计算出精准的数值，更好地连接车顶与侧围。此外，前围的风窗较为重要，刚度与硬度都要达到一定标准，如有必要，可整体设计底架結构，增强其抗击打能力，防止其与较低物体产生撞击时，伤害车内人员，因此，为保障前后围结构，技术人员利用数据模型能将电动客车结构设计得更为准确。

5 结束语

综上所述，随着电动客车车身结构设计水平的提升，也有效保障其安全性能，当前多数国家的客车车身结构已转化为全承载式。为使增加我国的车身结构设计水平，工作人员仍需努力提高设计能力，利用信息技术，分析与研究当前急需攻克的难题，并采取对应性方法解决，从而使我国的电动客车客车结构更为稳固，安全性、经济性也有所增强。

参考文献：

[1]王梦，刘彩玉.全承载式车身骨架的设计及分析[J].机械设计与制造工程，2019，48（05）：72-75.

[2]徐金泉.一种动力电池底部布置的新型全承载式底架设计[J].客车技术与研究，2018，40（06）：35-36+48.

[3]郭聪聪，朱思贤，祝国强，等.全承载式客车车身结构轻量化研究[J].农业装备与车辆工程，2018，56（01）：68-72.