胡宁辉
宝能汽车集团有限公司 广东省深圳市 518110
摘要：在时代不断进步的过程中汽车成为社会发展过程中的重要交通工具之一，同时也对其各方面的需求不断提升以确保行车安全和没关系，本文主要针对公路客车半承载车身设计进行分析，先介绍了车身整体设计，随后介绍了车身设计，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词：公路客车；半承载式车身；车身设计；轻量化
引言
随着车辆设计技术的不断发展，客车的被动安全性要求越来越高。车身骨架作为客车的重要组件，其受力复杂。利用经典力学方法对其进行结构分析很难得到准确结果，所以应用有限元软件合理地设计和分析车身骨架显得尤为重要。
1客车生产模式的基本情况及特点
目前中国制造的客车从车身结构划分，主要分为半承载式和全承载式两种。根据客车车身结构的划分，行业内各个客车制造企业主要也以两种生产模式为主，即：半承载式客车生产模式和全承载式客车生产模式。10多年来，半承载式车身客车的销量虽然再下滑，但也占到客车总销量的50%以上。半承载式客车生产模式，即“扣装模式”也是国内各大客车制造企业必备的生产工艺模式。半承载结构客车通常带有贯通的槽型梁结构，是以扣装的模式生产，即底盘单独制造完毕后，车身再焊接和扣装到底盘上制造整车。而全承载结构客车没有独立的底盘，通常则以截面较小的矩形管焊接出整体，整体一次性拼焊出完全结构后再进行其他零部件的装配，不再进行扣装后的二次焊接。在中国，半承载式客车制造的“扣装模式”因其工艺成熟和操作方便，一直都是各类整车和改装客车企业必备的生产工艺模式。而全承载结构客车因其设计难度较大，工装工艺要求较高等因素则主要用于品质要求高客车的制造业之中。半承载扣装的客车制造，避免不了最后焊接的过程，因为这种结构的客车车身和客车底盘是分开制造，然后扣合在一起的。合拢的过程从当前技术角度看，通过焊接工艺操作是最为可靠的。二次焊接后的连接点，只能以喷涂防锈漆的方法进行焊接连接处的防腐防锈。据统计，一部完整大巴客车，有上千组焊接连接点。在使用过程中一旦因风化、外力或其他因素导致的焊接点的防腐漆被破损，最终都会导致焊接连接处产生生锈和腐蚀现象，埋下钢材锈穿和开裂的隐患，从而影响客车整车的运行安全。数以千计的焊接点若有一处遭到了锈穿破坏，将严重影响客车的安全性。
2车架总成结构型式选取
在新车型开发初期，应该对标同类车型的车架结构，以获得设计所需相关数据，确定设计目标，从而做到开发出结构最优、工艺合理、满足整车性能要求的车架结构。对标参数包括：车架结构型式、车架外宽、整车轴距、前悬、后悬、纵梁最大断面尺寸、纵横梁连接型式、横梁间距布置等。目前轿车用车架结构型式多为冲压焊接前后不等宽梯形结构，由左右纵梁及横梁连接而成。车架长度根据整车轴距、前悬及后悬确定。车架前部宽度最大值由前悬架及前轮距决定，最小值由发动机决定。车架后部宽度由后轮距、后悬挂及车身悬置决定。车架中部宽度在设计许可条件下尽量加大，因为增大车架宽度可提高车架的扭转刚度，同时也可提高乘坐的舒适性。车架的前部高度由前轴中心高度及前悬架来确定，后部高度由后桥中心及后悬挂确定。轿车车架要尽量降低车架中部的高度，以降低车身地板的高度，提高乘坐舒适性。
3公路客车半承载车身设计
3.1车身底架
底架设计中主要可分成3个部分，主要是后段底架、中段底架和前段底架。3个结构中，前段部分主要是通过槽形大梁支撑起来，中间结构则是设计为一种桁架形式，主要是用来存放乘客所带的行李，最后一个部分，即后段部分，也是和前段一样，通过槽形大梁组装而成，发动机通常也是安装于公路汽车的后段区域，进而扩大了该处负载，相关大梁断面也远远超出前段部分的大梁尺寸，为此在设计中需要高度重视。
结合车型和载客量等方面的差异，对于中部区域的桁架结构，需要挑选适合尺寸型钢焊接成框架结构。利用焊接和铆接等方式，把前后段大梁顺利连接到一起。假如选择弹簧钢板悬架，则中部的桁架元件不能超出悬架设置范围，仅在发动机区域和驾驶操作区域可以安装短槽形大梁。该种结构在旅游客车以及长途客车中较为常见，国内的各种豪华客车也是按照该种结构设计而成的。该种结构方便设计制造，同时扩大了行李仓空间。前段底架通过槽形钢制作左右纵梁。因此此次车型主要是选择后4前2的空气悬架，所以前段底架设计中，需要结合转向机、前方气囊建设及前桥和底架间装配联系。前段底架首个横梁位置可结合转向管柱、仪表台尺寸、整车前悬尺寸等参数进行计算设计。底架左右纵梁通过横梁进行衔接，共同构成一种封闭式方框结构。
3.2车架的结构优化
通过有限元分析软件hyperworks，对车架进行整体弯曲扭转刚度以及一阶模态分析。分析结果表明，原始车架设计满足车架结构性能设计目标要求，余量较大，存在结构轻量化设计的空间。由于该车架的基本框架结构已经限定，外形尺寸根据总布置要求基本定型。为对其轻量化潜能进行深入研究，我们对车架上部分零件的材料厚度进行重新分配，由此针对车架开展了结构轻量化优化设计工作。为了满足汽车的承载性、可靠性和舒适性等要求，车架优化设计工作需要优化配置多个学科的设计目标，因此车架的轻量化优化设计是一个系统性的大工程。本文基于“试验设计-近似模型-全局优化”的优化设计策略，通过应用最优拉丁超立方试验设计方法进行设计变量筛选采样，进而利用径向基函数的神经网络建立了车架结构优化的近似模型，最后运用全局优化算法--多岛遗传算法直接驱动仿真程序进行寻优，有效获得系统的整体最优解。
3.3车身骨架有限元分析
3.3.1模型
根据以上的车身设计，按照1∶1比例在CAT-IA软件中建立车身骨架的CAD模型。设置AN-SYS与CATIA接口，将CAD模型导入ANSYSWorkbench中。
3.3.2网格划分
对网格进行独立性检验，最终确定最佳网格节点数为252906个，单元数134293个，网格划分结果。
3.3.3水平弯曲工况的分析
水平弯曲工况主要是指客车满载状态下，模拟客车在静态或良好路面下匀速直线行驶时的应力分布和变形情况。在水平弯曲工况下对结构进行应力分析和位移分析。
3.4左右侧骨架
左侧骨架，顾名思义是在车身左侧，其包括连接型钢、数个斜支撑、仓门立柱、两个贯通纵梁、边窗立柱等几部分焊接而成。其中左侧骨架还可以分为两种厚度，侧窗下贯通纵梁便是其中的分界点。该纵梁下方骨架厚度是50mm，上方骨架厚度是40mm。侧窗贯通梁下，行李仓上方设置纵梁为全面贯通形式，将底板骨架和纵梁顺利焊接起来，共同成为有机整体，方便后续各项施工活动的有序进行，为相关施工材料的采购运输提供更多便利，方便材料的调用。为了提高车身骨架承载力，前后轮格栅区域中的地板骨架和边窗立柱之间需要对齐，从而构成一种封闭环境。行李仓上方纵梁和边窗下方纵梁之间可以通过斜撑和立柱对两纵梁进行连接。右侧骨架设计和左侧骨架设计相同。
结语
综上所述，半承载车身因其突出的经济性、舒适性和安全性等优势，在中国公路客车领域中广泛推广，同时在汽车市场中批量销售，成为国内中型客车中的主力军。
参考文献
［1］马文双．客车市场2015年回顾及2016年展望［J］．商用汽车，2016，2(3):112－117．
［2］金世勇.公交全承载底架结构设计要点与校核要求［J］.客车技术，2018（3）：16-18.