代國玉，李 志

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215026）

承載式城市客車車身骨架結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)

代國玉，李 志

（金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215026）

簡要介紹承載式車身骨架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及車身骨架設(shè)計(jì)的模塊化，為城市客車全承載車身設(shè)計(jì)提供一種設(shè)計(jì)思路。

城市客車；車身骨架；承載式車身；模塊化設(shè)計(jì)

隨著國家對(duì)客車安全標(biāo)準(zhǔn)要求逐步提高，全承載式車身制造技術(shù)以其安全、節(jié)能、穩(wěn)定，適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)越來越受到重視。本文簡要介紹全承載式車身特點(diǎn)，闡述城市客車全承載車身結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)思路。

1 全承載式車身特點(diǎn)

全承載車身結(jié)構(gòu)是底架和車身的前后圍、左右側(cè)圍及頂蓋構(gòu)成的一個(gè)整體框架，通過各個(gè)結(jié)點(diǎn)使整車框架前后上下左右相接，形成封閉的力環(huán)結(jié)構(gòu)（常在懸架或動(dòng)力懸置區(qū)域局部強(qiáng)化）。由于車輪開口處不能形成封閉，需用輪罩骨架和側(cè)圍骨架特別加強(qiáng)，因此，輪罩骨架也是重要的承載部件。由于全承載車身底架是無車架的承載式車身結(jié)構(gòu)，根據(jù)大客車車身上部與下部受力程度之不同，又可以將承載式大客車車身結(jié)構(gòu)分為基礎(chǔ)承載式和整體承載式兩種車身結(jié)構(gòu)。國內(nèi)通稱的全承載車身結(jié)構(gòu)即指這兩種車身結(jié)構(gòu)[1-3]。

1.1 基礎(chǔ)承載式結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)型式是將車身側(cè)圍腰線以下部分（包括窗臺(tái)梁以下到地板的側(cè)壁骨架和底部結(jié)構(gòu)）設(shè)計(jì)成車身的主要承載件，車頂則考慮為部分承載件。這種結(jié)構(gòu)的底架不是傳統(tǒng)的沖壓成型鉚接車架式結(jié)構(gòu)，而是由矩形鋼管構(gòu)成的格柵式結(jié)構(gòu)，故可充分利用車身地板下面的空間來作為行李艙。但因底部結(jié)構(gòu)的截面高度較大，導(dǎo)致車身地板離地距離過高，因此，這類型式的車身只宜用于長途客車或旅游客車。該型式的車身具有較大的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)的剛度，質(zhì)量輕，汽車質(zhì)心低，高速行駛穩(wěn)定性較好，但由于道路負(fù)載會(huì)通過懸架裝置直接傳給車身本體，因此，噪聲和振動(dòng)衰減要求很高[4-5]?；A(chǔ)承載式車身結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 整體承載式結(jié)構(gòu)

此種結(jié)構(gòu)型式是整個(gè)車身都參與承載，在承受載荷時(shí)“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，其本身就可以根據(jù)自然法則，自動(dòng)調(diào)節(jié)，以強(qiáng)濟(jì)弱，使整個(gè)車身殼體達(dá)到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。此類結(jié)構(gòu)多用于城市客車，如低入口、低地板城市客車[6-8]。整體承載式車身結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 典型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

國外較為典型的承載式產(chǎn)品有：奔馳公司的CITARO、MAN LION'SCITY，VOLVO公司的VOLVO 7700產(chǎn)品、SCANIAOMNICITY等。其承載式車身結(jié)構(gòu)依據(jù)其獨(dú)立擁有的底盤部件（前、后橋）資源、車身模塊尺寸有所不同，如表1所示。

從對(duì)比來看，BENZ、MAN、NEOPLAN承載式車身結(jié)構(gòu)基本相同，其車身參與承載的能量比可達(dá)到70%以上；但VOLVO、SCANIA車身結(jié)構(gòu)因其底盤結(jié)構(gòu)的特殊性，相對(duì)而言，車身參與承載的能量較低，一般為35%～50%。

1.4 競爭力分析

1）材料利用率對(duì)比見表2。

表2 材料利用率對(duì)比

2）全承載客車與半承載客車相比[8]：節(jié)能5%～8%。由于某應(yīng)力設(shè)計(jì)，達(dá)到既降低材耗、減輕自重，又實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。被動(dòng)安全性提高，全承載車身結(jié)構(gòu)整體抗扭曲強(qiáng)度可提高3～6倍，能有效提高整車抗側(cè)翻能力，同時(shí)能提高整車的碰撞安全性。整車舒適性提高，整車強(qiáng)度提高，改善和提升了整車舒適性?？臻g利用率提高，相對(duì)城市客車在相同地板高度條件下，可提高整車的通過性，更適應(yīng)于低地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高車輛設(shè)計(jì)人性化。模塊化設(shè)計(jì)應(yīng)用提高，相對(duì)固定的結(jié)構(gòu)與功能模塊設(shè)計(jì)應(yīng)用可滿足不同客戶的個(gè)性化需求，更適應(yīng)市場需要。制造精度要求高，半承載車身與車架連接扣合時(shí)，采用工藝連接件，其連接外橫梁尺寸可控偏差可達(dá)10mm左右；全承載車身與底架連接合裝時(shí)，采用無隙焊合工藝，其連接處梁尺寸可控偏差需達(dá)B0-2。

2 承載式城市客車車身結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)

2.1 模塊化設(shè)計(jì)思路

通過分析對(duì)比BENZ、NEOPLAN及SCANIA承載式車身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合車身及底盤模塊化設(shè)計(jì)的需要，承載式城市客車車身結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)思路有兩種：

1）采用底盤模塊+承載式車身的技術(shù)路線，采用全桁架空間構(gòu)架結(jié)構(gòu)，以橫斷面為承載主要區(qū)域，結(jié)合閉環(huán)設(shè)計(jì)，將整車分為4～5個(gè)基礎(chǔ)模塊。

2）采用底盤模塊+桁架方案，底盤車架模塊可以作為底架的一部分與車身焊接為一體后裝底盤零部件，也可以采用車身通過連接件和底盤模塊焊接，具體結(jié)合全承載工藝特點(diǎn)確定方案。

兩種方案的對(duì)比見表3。

表3 兩種方案的對(duì)比

2.2 產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)

全承載型式車身結(jié)構(gòu)，基本以橫斷面為基礎(chǔ)承載結(jié)構(gòu)，縱向多為連接結(jié)構(gòu)構(gòu)件，故在設(shè)計(jì)時(shí)可以此為基礎(chǔ)形成產(chǎn)品的基礎(chǔ)模塊，通過縱向連接構(gòu)件尺寸的變化而形成系列化、平臺(tái)化產(chǎn)品。根據(jù)結(jié)構(gòu)及功能需要，一般都將承載式車身分為五個(gè)模塊：前乘客門踏步和駕駛區(qū)域模塊、前懸架裝配模塊、中部模塊、后懸架裝配模塊及動(dòng)力總成裝配模塊[9-11]。整車模塊劃分如圖3所示。

1）前懸架及前踏步、駕駛區(qū)域模塊。主要為滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的乘客門出口尺寸及駕駛員操作空間布置要求，一般在設(shè)計(jì)時(shí)同一系列或平臺(tái)產(chǎn)品均可保持一致，不受其他底盤部件資源影響，其布置時(shí)多體現(xiàn)在前懸設(shè)計(jì)尺寸的一致性。前部模塊如圖4所示。

2）中部模塊。主要為滿足車身功能（車身附件、座椅布置等）結(jié)構(gòu)要求，根據(jù)不同總體尺寸（軸距）而變化，一般相鄰橫斷面間距尺寸為800～1500mm。中部模塊如圖5所示。

3）后懸架裝配模塊。主要為滿足懸架裝配要求的結(jié)構(gòu)模塊，同一系列，相同懸架結(jié)構(gòu)的裝配其設(shè)計(jì)尺寸保持一致，但不同懸架結(jié)構(gòu)或形式將影響到該模塊的較大變化，如空氣懸架與鋼板彈簧懸架等。該模塊的不同主要是依賴于各自品牌所獨(dú)立擁有的底盤部件資源的不同。如NEOPLAN公司的后橋與ZF公司的后橋及懸架，特別是采用雙后橋結(jié)構(gòu)時(shí)，第二軸與第三軸軸間距各自有所不同等。比較典型的結(jié)構(gòu)為采用相對(duì)獨(dú)立的零部件資源如ZF懸架的結(jié)構(gòu)，基本一致。后橋模塊如圖6所示。

4）動(dòng)力總成裝配模塊。主要為滿足動(dòng)力總成裝配要求的結(jié)構(gòu)模塊，同一系列，相同結(jié)構(gòu)的動(dòng)力總成其裝配設(shè)計(jì)尺寸保持一致。一般設(shè)計(jì)時(shí)，同一系列或平臺(tái)產(chǎn)品均可保持一致，不受其他底盤部件資源影響，其布置時(shí)多體現(xiàn)在后懸設(shè)計(jì)尺寸的一致性。但不同結(jié)構(gòu)（縱置與橫置）或（立式與臥式）形式的動(dòng)力總成將影響到該模塊的較大變化。典型結(jié)構(gòu)為縱置、立式動(dòng)力總成基本一致。

3 結(jié)束語

全承載車身結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，承載能力強(qiáng)；在保證安全的前提下，減輕整車重量，降低油耗；簡化構(gòu)件的成型過程，提高材料利用率；整車重心低，高速穩(wěn)定性好；加工不需要大型沖壓設(shè)備，便于產(chǎn)品改型，容易實(shí)現(xiàn)多品種系列化生產(chǎn)；牢固車身在撞擊時(shí)撐起乘客的生存空間，降低傷亡率等優(yōu)點(diǎn)而逐漸得到廣泛應(yīng)用。我公司按照承載式車身模塊化設(shè)計(jì)方法已成功開發(fā)出全承載系列城市客車車型，并小批量生產(chǎn)，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]洪洋，徐志漢.全承載式車身結(jié)構(gòu)淺析[J].客車技術(shù)，2005，（5）：12-14.

[2]姚成，朱銘.全承載式客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2008，30（2）：12-16.

[3]劉建平.客車全承載車身技術(shù)[J].汽車及零部件，2005，（8）

[4]黃天澤，黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[J].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[5]《汽車工程手冊(cè)》編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)：設(shè)計(jì)篇[K].北京：人民交通出版社，2001.

[6]余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[7]王望予.汽車設(shè)計(jì)（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[8]陳文弟.客車制造工藝技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2002.10.

[9]汪乾.全承載式車身成為客車發(fā)展趨勢 [N].中國汽車報(bào)，2011-03-23.

[10]李陽.客車車身輕量化技術(shù)探討[J].客車技術(shù)與研究，2009，31（1）：23-25.

[11]龍江啟，蘭鳳崇，陳吉清.車身輕量化與鋼鋁一體化結(jié)構(gòu)新技術(shù)的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2008，（6）：27-35.

修改稿日期：2013-02-01

Modularization Design of Self-supporting Body Frame Structure

DaiGuoyu,LiZhi
（Kinglong United Automotive Industry(Suzhou)Co.,Ltd,Suzhou 215026,China）

The authors briefly introduce self-supporting body frame structure features and body frame design modularization,in order to supplya thought for busself-supporting body framedesign.

city bus;body frame;self-supporting body；modularization design

U 463.82

A

1006-3331（2013）02-0010-03

代國玉（1973-），男，工程師；從事車身總布置及車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。