全承载式客车车身设计初探

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1、2 0 0 5 中国汽车工程学会制造年会 2 0 0 5S A E C h i n aD e s i g n & M a n u f a c t u r i n gC o n f e r e n c e 全承载式客车车身设计初探 王孝来 安徽安凯汽车股份有限公司 【摘要】简要阐述全承载客车车身的特点及设计要领。 关t 词：全承藏车身底架 I n i t i a lS t u d i e so nt h eD e s i g n i n go fI n t e g r a l D e s i g n e dB u sB o d y W a n gX i a o l a i A n h u i A

2、 n k a ia u t o m o b i l eC O ，L T D 【A b s t r a c t P r e s e n t i n gb r i e f l yt h ef e a t u r e so ft h eu n i t a r yb o d y w o r kt e c h n o l o g ya n di t si m p o r t a n tp o i n t sf o r d e s i g n i n gs u c hb o d y K e yW o r d s ：U n i t a r yB o d y 7 w o r k B u sB o d yB o

3、 t t o mF r a m e 1 全承载车身制造技术概述 说起全承载车身，我们先从“非承载式车身”说起，它有独立的车架，车身通过弹性与车架连 接，车身的载荷主要是由车架来承担，车身只是作为功能件进行设计和使用，从承受载荷的角度来 说，车身主要是承受自身的重力载荷及附加在车身骨架上的载物和附件而产生的附加载荷。这种结构 有以下优点： ( 1 ) 非承载式架可以较好的吸收或缓和来自路面的冲击载荷，降低车身的振动和噪声； ( 2 ) 生产过程中，底盘和车身可以分开装配，最后再总装到一起，这样既可简化装配工艺，又便 于组织专业化生产； ( 3 ) 于车架作为整车的基础，这样便于底盘各总成安装，形

4、成较为独立的底盘。 这种结构存在以下缺点： ( 1 ) 由于车身基本不参与整车承载，因此车架就要有足够的强度和刚度，从而使整车自重增大； 自重增加不仅增加了材料消耗和成本，也对整车的动力性及燃油经济性产生不利的影响； ( 2 ) 因为车架在悬架等总成之上，车身地板高度比较高，在公交车低地板化的今天，这样结构就 遇到很大障碍，而在营运客车上这样贯穿式纵梁贯穿行李仓，挤占行李仓空间； ( 3 ) 车架纵梁生产必须有大型压力机型，设备及基础设施投入都较高，客车行业品种多、批量 小，这种结构形式很难满足差异化生产的要求。 “全承载式车身”又是什么样的概念呢? 交通部发布的J T T 3 2 5 2 0

5、 0 4 ( 营运客车类型划分及等级 评定) 中对高三级客车要求车身具有“承载式结构”，对承载式结构是这样解释的：下述任一种结构 均为承载式： ( 1 ) 客车车身骨架及底架是由异型管制成的格栅结构，没有单独的纵梁式车架结构，局部格栅可 有覆板； ( 2 ) 客车车身骨架及底架是由异型管制成的格栅结构，但允许底架局部( 发动机、悬架处) 有加 强结构，且与格栅构件刚性连接( 焊、铆及防松螺栓) ；整车悬架支撑件应支撑在底架结构上，从而 使悬架承载力传递到车身骨架上共同承载。 J T 厂I 3 2 5 2 0 0 4 主要是从如何直观识别承载式客车这方面来解释的，但也反映出承载式客车车身的 特点

6、，“全承载车身”概念在不同的教科书、论著中有不尽相同的说法，但综合起来对承载式客车车 身是这样的概念：取消贯通式纵梁，从受力角度来说整车骨架( 五大片及底架) 形成统一刚性结构， 这样各种载荷会在主要由管件构成的多结点车身骨架中分解，使每根骨架构件都承受载荷，使整个车 身骨架( 包括底架) 功能性部件与承载件溶为一体：正是由于全承载式客车车身骨架的这些特点也就 构就成这种车身结构具有以下的优点： ( 1 ) 这种车身结构能最大限度的发挥材料的承载能力，也就是说在同样的承载能力下会减少材料 消耗，减轻骨架重量，进而降低成本，以及对整车的动力性、燃油经济性提高都有很到好处。 ( 2 ) 全承载的车

7、身骨架结构，整体刚度比较大，其被动安全性也会有很大提高，如安凯这种全承 载式车身骨架的客车在几起由于自然原因或操作不当造成所严重翻车事故中都没有造成人员死亡，在 8 3 2 0 0 5 中国汽车工程学会制造年会 2 0 0 5S A E C h i n aD e s i g n M a n u f a c t u r i n gC o n f e r e n c e 前不久的一起侧翻试验中安凯的一款客车也表现出非常良好的安全性能，侧翻后的安凯客车除前、后 挡风玻璃破损外，车身骨架及其它部位及其部件均完好无损。司机门、前门开关自如，发动机正常运 转，整车照常能够行驶。 2 全承载车身制造技术在安

8、凯的应用 德国凯斯鲍尔公司将航空技术运用到客车制造中去，诞生了全承载式客车技术，安凯汽车股份有 限公司1 9 9 3 全套引进德国凯斯鲍尔公司的豪华客车技术也就同时引进了该公司的全承载客车车身制造 技术，通过多年来对此项技术的消化、吸收以及不断的经验总结和理论探索，逐步形成了自己的一套 设计理念和工艺方法，下面就谈谈我们在这方面的经验和体会： 2 1 整车总布置阶段 要有较强的整车力学结构观念，从整车初期的方案设计和造型设计阶段，就要考虑全承载式车身 的结构特点，造型及各总成的布置不能对整车的力学结构造成破坏，维持整车良好的力学系统。 2 2 骨架的整体设计与分析 根据整车总布置及整车造型对骨

9、架的要求，同时结合具体悬架及载荷特点搭建起整车骨架模型， 此时更多的要考虑将悬架与底架连接处的集中载荷分解传递到车身其他构件上去，就客车来说，车身 侧围有较大的承载垂直载荷及纵向载荷的能力，因此我们通过横梁( 或叫格栅、牛腿) 将垂直载荷传 递到车身，同样也可通过管型构件将在悬架处产生的纵向载荷分解传递到车身上去，此时要注意要将 横梁与侧围立柱以及侧围立柱与侧窗立柱及车的顶盖横梁对齐，从而使底架横梁、车身侧围立柱及车 顶横梁构成一封闭环，更有利于力的传递( 如下图所示) ，这时更需要统筹考虑车门、车侧窗、底架 横梁、车顶盖上的空调及顶窗布置。 盏攀娄连接的侧 顶横梁侧窗立柱 围立柱 坝顸架侧筒

10、业枉 我们在整车骨架设计中除了从凯斯鲍尔客车骨架结构中借鉴其经验外，多年来在全承载车身、桁 架式底架设计中积累了一些经验，对不同用途类型的客车( 有高车身地板的营运类客车，也有低地板 的公交客车) ，不同悬架类型( 有钢板弹簧，也有不同类型的空气悬架) 的客车的力学特性也有较好 2 0 0 5 中国汽车工程学会制造年会 2 0 0 5S A E C h i n aD e s i g n M a n u f a c t u r i n gC o n f e r e n c e 的掌握；在此同时也运用逐步成熟的C A E 技术，特别是计算机辅助的有限元分析技术( F E A ) 对车身 骨架进行分

11、析，对整车的模态分析使我们在设计阶段就能掌握车身的固有模态，可更好的避免与悬架 系统的频率吻合从而避免产生共振。 。F 图为我公司某车型的一阶整体弯曲和空调周围梁弯曲的综合模态。 我们同样用运用有限元技术对整车骨架强度进行分析。 下图是我公司某车型的车身骨架位移分布图。 通过对整个车身骨架的强度分析可了解整车的应力分布，以便对整车骨架强度进行调整，使应力 分布更加均匀，再结合基本的设计原则，维持车身有较高的弯曲刚度和合理的扭转刚度：同时我们还 通过试验手段对分析计算结果进行了验证。 2 3 局部结构设计 8 5 2 0 0 5 中国汽车工程学会制造年会 2 0 0 5S A E C h i n

12、 aD e s i g n & M a n u f a c t u r i n gC o n f e r e n c e 局部结构设计与骨架整体结构设计同样重要，有时更需匠心独运，有许多设计不成功的车身骨架 往往由于局部结构处理不当而造成早期的断裂损坏，常见的易损坏的区域：如悬架与底架连接处、侧 窗立柱与腰梁连接处、中门角、上边梁与顶盖横梁及侧窗立柱连接处等，另外底架与车身骨架力的传 递主要是由横梁来完成，它的布置位置、结构形式以及横梁与车身的连接形式也是特别需要我们关注 的；有限元分析同样也给我们提供了分析和优化手段。 上图是我公司某一车型的局部结构综合应力图。 2 4 全承载车身焊接工艺 全承载式客车车身结构焊接工艺更为复杂，对整车骨架的焊接变形控制，焊接应力的消除等我们 都积累了许多经验。 2 5 全承载车身的防腐 全承载车身骨架主要是由薄壁矩形管焊接而成，其防腐问题尤其重要，车身防腐问题解决的好坏 直接影响到车身骨架的使用寿命，我们采用的是车身多重防腐，不仅注重车身的表面防腐，同样注重 矩形管的内腔防腐。 3 问题与不足 虽然我们在全承载车身的设计、制造积累了一些经验，但是精益设计水平还需要进一步提高，特 别是有限元分析技术在客车上的应用需要更多的探索，从有限元模型的建立到边界条件的确定，将分 析与试验相结合，逐渐建立一套规范实用的分计算分析方法。