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摘要：进入21世纪以来，我国客车制造行业发展迅速，客车的结构设计技术也不断得到优化。在客车的车身结构设计中，全承载式已经逐渐成为主流趋势。本文以全承载式客车的车身结构为研究对象，分析了车身结构设计的原理和步骤，希望能够为我国客车质量和安全性的提升提供建议。
关键词：全承载式；客车车身；车身结构设计
一、客车车身结构优化设计概述
随着经济与社会的高速发展，人们对生活质量的要求越来越高。相应地，人们对于最常用的交通工具——汽车的要求也随之提高。为了满足人们的汽车需求，各种各样性能的设备被安装在汽车上，这无疑增加了汽车的车重，进而油耗和汽车的尾气排放也随之增加。有关数据显示，在汽车生命周期的总体费用中，油耗消费是其中费用最多的一项，占总体费用的七成左右，所以，降低油耗对个体用户节约成本或社会资源的可持续发展都非常有意义。客车车身质量占车总质量的三成左右，但车身的制造成本却占到总成本的一半。也就是说，车身轻量化对于客车来说更有意义。
车身轻量化的主要目的是减少车身骨架的质量，但是在减少车身质量的同时，还要确保车身强度、模态等特性能够达到相关标准。在此前提下，对车身进行轻量化，不仅可以降低材料投入和油料消耗，还可以提高车辆的整体性能。减少因车身质量而产生的无效震动和噪声，最终能增加汽车的使用周期，甚至可以延长道路的使用寿命。
当前有两种方法可以实现车身轻量化，第一种方法是选择高性能的新型材料。从现在行业整体角度看，该方法占据车身轻量化的主流。为满足当前大规模生产的需要，车身制造业都选择轻质材料，例如，质量轻的铝合金、强度高的钢材等等。第二种方法则是更为高效合理的方法——有限元法，此法通过优化客车车身的结构组成，提高车身结构的科学可行性，从而实现车身质量的轻量化。上述两种方法相辅相成，互相促进，想要在不影响汽车整体性能和质量的前提下，尽可能降低各个零件的质量，就必须将改变材料和改进结构两者有机结合起来。
二、全承载式客车车身结构优化设计详解
1.预设计阶段的设计内容
预设计阶段主要指对客车的总体设计与结构布局，通常要根据将要生产的客车的种类和型号要求来确定客车的长度、宽度、截面曲线、轴距等参数指标，在这些指标确定下来之后，才能够进一步确定客车中玻璃的分配、车门的位置、行李舱的高度和分块等问题，待各个配件位置和参数指标等确定之后，客车车身的总体设计布局也就基本完成了。在预设计阶段，要重点关注车窗、车门以及行李舱等的设计，因为这些部门承受了客车结构很大部分的重量，如果预设计工作不到位，很容易造成这些部件在客车运行的过程中超过负荷。同时，在车顶和客车底架的设计方面也要予以足够的重视，不断优化设计工作，提升这些关键部分的性能。
在预设计阶段，可以充分借助和利用计算机技术，通过对客车车身结构的预设计进行模拟来实现概念设计，然后可以引进先进的设计技术来进一步改善车身结构中的各项参数性能。同时，也可以对预设计的情况进行前期的模拟计算，然后根据模拟展示的情况来对预设计进行进一步的调整和改进，对设计工作提供参考和指导。
2.细节结构的设计阶段
预设计阶段只是对客车车身的大致结构和总体布局进行了规划，这中间省略了很多细节因素，在后续的设计工作中，需要逐步对车身结构中的细节结构进行设计和优化，实现对设计方案的进一步细化和调整。
首先是客车车身的底架结构设计，在全承载式的客车车身中，底架结构是由中央的龙骨部分和外伸结构两部分组成。
在进行底架结构的设计时，要重点关注以下几个方面的问题：
一是要注意根据悬架结构来合理调整气囊安装的位置以及结构尺寸，判断的标准是要保证整体结构的紧凑性和简洁性；
二是要注意根据车身结构中门窗和悬架等的位置来调整龙骨的断面，为了保证车身结构中的作用力能够得到优化的分散和转换，要保证龙骨断面和舱门、门立柱以及悬架的外伸梁的分布位置是一致的；
三是要根据客车中所要安装的发动机来确定车身中所选的前段龙骨宽度；
四是要在乘客地板高度的选择方面，首先要根据整个客车车身的高度来做出判断，然后也要充分考虑到整个客车的外观、内部高度以及客车内部行李舱的大小和位置等，综合考虑这些因素然后来做出选择，同时为了保证车身中龙骨的承载能力，也要合理控制客车内部过道的深度和管线路的位置等，防止车身龙骨的负荷超过自身的扭转刚度和弯曲刚度。
3.车顶结构的设计
车顶结构也是客车车身结构中的关键部分，它不仅承担着很多车顶部件，比如空调、风道和行李架等的负荷作用，而且连接着整体车身的侧围和前后围，起着承担和化解客车在行驶过程中产生的弯曲力和扭转力的作用。在客车车顶结构的设计工作中，首先要注意将车顶弧杆件与侧窗立柱布置的位置对应上，并保证车顶弧杆件在连接车顶的位置不能断开，这样做的目的是将这两部分连接成为一个整体，然后才能够有效化解和传递客车行驶过程中产生的扭转负荷。其次，要适当增加车顶弧杆件的强度和刚度，这一般是通过调整其型号或者尺寸规格来实现，这样不仅能够简化客车车顶结构设计，减少车顶焊接的工作量，而且能够优化车顶弧杆件的性能，提升其抗性和抗压能力。最后是在车顶纵梁的选择方面，因为在客车车身结构中，车顶的负荷是相对比较小的，所以在选择车顶纵梁时可以选择一些尺寸规格比较小的，然后综合考虑车内行李架、空调洞口、安全顶窗等的位置安排，将这些部件合理分布在车顶纵梁的周围，尽量减少那些不需要的纵梁，这样能够有效实现客车车身结构的轻量化，并且能够减少车顶架的焊接和安装工作。
4.侧围结构设计
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。
5.前后围结构设计
在设计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，可整体设计底架结构，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客车结构设计得更为准确。
6.底架结构设计
针对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。
结语
随着人们对车辆轻量化的要求越来越高，更为高效合理的结构优化技术必定会被开发出来，而结构优化技术也势必会被应用到车辆设计的各个环节，最终成为车辆研发过程中不可缺少的关键性技术。
参考文献：
[1]王志芬.混合动力全承载客车车身结构设计与分析[D].郑州大学，2014.
[2]杨磊.某大型全承载式客车的轻量化研究和改进设计[D].吉林大学，2013.
[3]彭湖.全承载全铝客车车身轻量化研究[D].湖南大学，2012.