客车车身结构设计与强度分析

客车车身结构设计与强度分析

洪亮

（上汽万向新能源客车有限公司311200）

摘要：随着科学技术与汽车行业的迅猛发展，对客车车身结构设计与强度要求越来越高。车身是客车系统中至关重要的部分，也是客车的主要承载主体，在一定程度直接影响着客车的使用性能与安全。因此，只有保证客车的强度，优化车身结构设计，才可以延长客车的使用寿命。基于此，本文从多个角度与层面就客车车身结构设计与强度进行深入探析。

关键词：客车车身；结构设计；强度分析

引言：

随着社会经济的快速发展，人们对汽车的需求日益增加，为了满足让人们多样化的需求，汽车行业不断开放新品种与服务。当前，安全、节能、环保成为了汽车工作业可持续发展的主要方向，这也对客车身结构设计与强度控制方法面临着严峻挑战。本文在保证车身结构强度基础之上，对新能源客车车身进行优化设计，希望给相关认识提供借鉴与帮助。

1.车身的有限元计算模型

现阶段，各大汽车企业对汽车也越来越重视汽车车身强度结构的设计，在保证汽车质量与性能基础之上，对车身强度效果进行设计与研究。在汽车装配过程中，经常发生强度问题引发汽车质量，也就是说有时候客车车身结构与客车质量是相互冲突的，所以，当前对于汽车企业来说，任何保证汽车质量又达到人们满意的承受力，对客车车身强度和刚度进行合理设计是当前需要解决的重要问题【1】。所以需要对客车制造生产过程中发生的内外结构质量问题进行深入分析，并借助生产部门的MES系统对内外结构数据进行收集与整理，还要收集装配现场的问题分布情况，并且建立车身骨架的有限元模型，要建立减少单元和结构之间的重力，还必须考量反应客车车身实际结构的重力学特点，并且收集客车结构强度与刚度的比重信息，在完成相应数据收集之后，采用折线图或者条形图的方式具体分析数据，通过对客车车身客结构数据进行全方面分析与整理处理，找出发生问题的原因，并形成相应的书面材料，为后期的调查以及其他工作提供数据支持。

图1有限元模型

二、客车载荷的处理分析

车身是客车最重要的组成部分，其主要作用是承受着客车以及客车内所有的重力，目前，我国对客车车身结构设计与载荷承受力的理论研究与实践应用研究还处于发展的初级阶段，相关技术手段与系统运行还不够成熟。为了保证车身结构更好的发挥其性能，满足人们多样化需求。结合实践经验，对客车内部结构进行优化设计以及传热性能研究分析，对当前客车出现问题以及在应用存在的问题以及发展状况进行综合考察与分析。当客车满载时，客车车身结构承受着最大的重力，这就对客车结构的强度与刚度提出了严格要求。客车车身结构的计算载荷主要包括客车自身的重力、各种设备的重量以及乘客的重力【1】。

对于客车的载荷处理，首先了解与掌握装配现场的问题分布情况，并找出内部结构引发客车质量问题原因所在之后，得出相应的故障位置，进一步确定故障原因。通常由于载荷原因引发客车质量问题是不容易被发现的，具有一定的复杂性与隐蔽性，对于这些存在问题的车辆，需要高技能与综合能力比较强的工作人员进行重新配置，如果故障问题没有得到有效解决，则需要重新收集相关数据信息，如果问题得到解决，我们需要进一步确定该问题是由装配过程引起的，还是零部件或者车身问题引起的。需要对可能引起的多种因素进行一一排查、分析，找出最终原因。座位上的乘客和座椅载荷分配到相近的接点上，将发动机、变速器、油箱以及压缩机等根据不同的载荷程度，平均分配到相应的支承节点上，然后根据乘乘客载荷力的分布情况，遵循一定的计算原则，将电瓶载荷均匀分布到这些构件爱你的支承杆上【2】。

1.边界约束条件的处理分析

现阶段，对于客车骨架的强度与刚性影响比较大就是悬架系统，也就是说只有保证空气悬架系统运行的稳定新与安全性，才可以减少客车发生事故的概率，减少客车发生损坏。因此，需要对空气悬架系统的汽车散热器相关空气侧流动阻力值以及散热器的实际散热性能进行参数分析与统一，通过对其数据信息进行综合整合与评价，根据评价结果建立相应的数据模型，在原有数据基础之上对空气悬架系统设计优化过程中提供科学数据指导。在空气悬架系统优化设计过程中，还需要对人为因素的影响进行综合分析与考察，比如，相关操作人员是否正确使用工具，是否严格依照相关要求进行操作，对操作过程中是否进行确认，装配零部件是否处于有效状态等等。最后在确定问题出发的原因之后，采取相应的解决措施。借助MSA工具对这些原因进行分析验证，这样就可用知道是相关操作人员的装配技术是否符合相关规定，如果工作人员的操作技术不符合规定，就需要定期对他们进行培训，并经过严格考核之后再上岗操作【2】。

除了保证在优化设计中操作人员的技能外，还需要收集与整理C6型客车结构的空气悬架系统相关数据外，还需要对我国2JC型客车空气悬架系统的风阻值以及散热器的实际散热量进行研究与分析，包括空气悬架系统性能参数与实际流动阻力值，对系统运行的各个环节进行综合评价与处理，保证参数的可靠性与真实性，为客车的空气悬架系统优化设计提供理论依据。

2.客车车身形状与强度、刚度分析

为了验证客车车身形状与强度、刚度与客车质量问题之间的关系，我们在对生产工艺过程以及零部件进行替换验证在之后，如果都不是这几方面的问题，则需要考虑车身尺寸问题。对客车加工各个阶段的数据信息全面收集与分组，将这些数据信息分门别类保存，建立相应的控制图与分析图表，对客车过程进行实时监督与控制，及时掌握与了解生产过程的具体情况。

计算出不同形状下客车车身各个部位的位移量，车身形态主要包括弯曲、扭转和开口变形三种类型，我们需要对三种状态的位移量进行精准测量，根据最大变形量的数据信息，在客车后架、车身尾部和车顶空调设置载横两节点。如果客车在运行过程中出现故障，我们将故障车辆的零部件进行拆解，借助FARO对故障车辆问题的零部件所装配的安装硬点进行检测与分析，然后找出车身具体哪个部位的尺寸出现问题，找出车身安装点或者尺寸超出范围数据，根据具体原因对车身偏差原因进行调查与改进。还需要对装配之后的车辆进行实时跟踪监测，及时了解与掌握车辆运行状况，一旦发现任何问题可以及时采取相应措施处理，还可以提高风险意识，采取有效防范措施。

如果这些问题得到有效解决，就说明以上对策具有可行性与科学性，据此计算出客车扭转刚度和车身的承载力，然后很据计算结果计算出门框、窗框和前后对角线长度变化，对侧围窗下沿纵梁的技术要求不能超过5毫米，最后客车生产企业可以将这些改进措施制定成相应制度，进一步规范这些对策的应用形式，保证客车运行的稳定性。

某新能源客车车身设计时应注意把车身结构尽量设计成一体，形成闭合空间，这样可以减少加工量还可以增强其结构强度。对优化后车身骨架进行静强度分析，材料属性及力学特性同表1，其中，车身结构焊缝部分采用焊接单元模拟，分析结果为车身骨架最大应力为153.5MPa，小于Q345材料所允许的屈服强度，车身最大变形为5.05mm，满足设计需求。

表1车身材料属性

结束语：

综上所述，本文从多个角度与层面就客车车身结构设计与强度进行深入分析，改变传统设计局部加强的弊端，提供准确的车身刚度特性和车身结构应力分布，为保证客车强度与刚性设计提供了数据支持。

参考文献：

[1]于维东.基于侧翻安全的10米级公路客车车身设计与优化[D].吉林大学，2016.3（23）：211+213.

[2]白霜.基于CAE驱动的纯电动中巴车身结构正向设计研究[D].吉林大学，2016.（49）：233-234

[3]袁正.客车车身结构的刚度匹配方法改进与局部精细化设计研究[D].吉林大学，2017.（22）：98-99.