全承载式车身结构浅析

／■ 祷 全承 载 式车 身结构 浅析 洪 洋 徐志汉 (安徽安凯汽车股份公司) 摘要 简要了客车全承载车身技术的重要性和全承载车身的优越性；阐述了全承载车身的发展历程和在我 国的应用现状 ，最后详细说明了全承载车身结构的特点及优点，使我们对于全承载车身结构技术有了一个更全 面的认识 。 关键词：全承载车身 车身壳体 车架 悬臂梁 An analysis of full-monocoque body structure Abstract： This paper stresses the importance of the full-monocoque body technology and the ad． vantages of the full—monocoque body，and elaborates on its path of development and its application in China，which gives US a more comprehensive understanding on the technology． Key words：Full-monocoque body，body shell，chassis frame，cantilever 1 前言 随着中国客车行业的发展，许多客车生产厂家通 过与国外合资、技术引进和 CKD组装等方式，使客车 水平有了显著提高，但总体上仍与世界经济发达国家 存在着很大的差距。现阶段国内汽车技术研究仍围绕 着安全、节能及环保三方面展开。值得注意的是：为什 么把安全作为三大主题之首呢?一方面，客车的安全 性不仅是客运 、旅游企业 ，同时也是社会大众最为关 注的焦点。旅客在外出旅游时，首先考虑的是安全问 题。因此，作为旅客旅游交通工具的客车，必须具备可 靠的安全性能，才能最大限度地消除旅客潜在的心理 顾虑 ，从而为旅游公司赢得客户。另一方面，在新的 《道路交通安全法》已实施人民的生命安全受到各级 政府高度重视的今天，相信那些技术水平低、有安全 隐患的客车肯定会被市场抛弃。实际上，很多客车厂 只能算是个客车组装厂，仅靠 自己对客车的浅薄理解 和粗糙的模仿来制造客车，这样的做法在客车制造的 初级阶段可能还有些市场，但是在客车制造水平已经 飞速提高的现今一定是行不通的。 正因如此，近年来，国内一些合资、合作客车企业 在豪华客车上都配置 了高技术含量的安全装置，如 《客车技术》KECHEJISHU 2005．5．回 ABS，ASR，GPS和缓速器。这些装置的应用大大提高 了客车的主动安全性。但是 70％左右的大中型客车在 安全性和可靠性上的技术标准却很低，这是因为国内 生产的大多数客车用的还是以前货车演变来的底盘， 即在车架平面上另加一层地板骨架 ，并在纵梁上加装 支撑梁来与车身骨架相连。这种半承载式车身结构不 能保证关键部位与车身的充分连接，车身无法参与承 载。车辆在受到外界撞击时，底盘和车身会发生移位， 车身易出现变形和扭曲，使得乘客生存空间瞬间减 少，从而造成人员伤亡。因此，许多客运公司开始青睐 于全承载式客车。 2 汽车车身结构简述 汽车车身结构应包括车身壳体、车前板制件、车 门、车窗、车身外部装饰件和内部装饰件、车身附件以 及通风、空气调节装置等等。 其中，车身壳体是一切车身部件安装的基础，通常 指纵、横梁和立柱等主要承载元件及与它们连接的板 件共同构成的刚性空间结构。客车车身多数具有明显 的骨架。车身壳体通常还包括在其上敷设的隔声、隔 热、防震、防腐、密封等材料及涂层。 维普资讯 http://www.cqvip.com 车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载 式和承载式(或称全承载式)三种。 2．1非承载式车身 非承载式车身具有刚性车架(又称底盘大梁架)， 车身通过弹簧或橡胶垫与车架作柔性连接。在这种情 况下，车架是安装汽车各个总成和承受各种载荷的基 体，承担主要载荷。而安装在车架上的车身不足以加 固车架及分担其载荷，或只承受来 自车架弯曲和扭转 引起的少部分载荷。 非承载式车身没有很好的利用车身分担载荷的 能力，而带来整车质量较大，动力性和燃油经济性受 到影响。此外，难以降低整车高度，客车行驶一定里程 之后连接螺栓必然松动，而紧固螺栓的操作又极为不 便。 2-2半承载式车身 半承载式车身是用螺栓联接、铆接或焊接等方式 将车身与车架作刚性连接。通常是将车身与车架上的 悬臂梁(俗称牛腿)焊接或铆接。在这种情况下，车架 仍是安装汽车各个总成和承受各种载荷的基体。但与 非承载式车身相比，车身在一定程度上有助于加固车 架并分担车架的载荷。 ， 2．3 全承载式车身 全承载式车身结构就是无大梁无底盘结构，其最大 的特点是没有车架，车身就作为安装汽车各个总成和 承受各种载荷的基体。全承载式车身结构如图 1所示。 图 1全承载式车身结构 由于全承载式车身结构是一个整体，这使得整车 结构设计更加合理 ，受力点分布均匀，骨架更加牢固。 整体承载式结构的特点是所有的车身壳体构件(包括 外蒙皮和内蒙皮)都参与承载。这种车身经过精心的 设计计算，使各构件承载时相互牵连和协调，充分发 挥材料的最大潜能，使车身质量最小而强度、刚度最 獠 大。同时，在受到撞击时能将受力点分散到全身各处， 保持车身的完整不扭曲，给乘客以更大的生存空间。 3 全承载式车身的发展及其现状 3．1全承载式车身的发展历程 国际上最先进的全承载式车身制造技术来 自于 德国，而德国的奔驰赛特拉(SETRA)公司是国际全承 载式车身技术的始祖。在德语中，SETRA就是全承载 的意思。它是起源于第二次世界大战后，从航空技术 演绎而来。 应用在客车上的全承载车身技术是高档豪华客 车制造技术中的重要项目。该技术是德国凯斯鲍尔公 司(后被戴一克收购)于上个世纪 5O年代首创，并通过 严格的碰撞试验，性能优越，使客车具有经济、安全和 舒适等性能，尤其适应高速长距离客运。 从 2O世纪 5O年代凯斯鲍尔生产出第一辆全承 载的汽车到现在，这种将航空技术与客车设计完美结 合的技术已经在世界上走过了整整半个世纪。 目前，全承载式车身已经风靡欧洲。欧洲城市客 车使用全承载式车身结构已经很普遍，而 SETRA作 为豪华客车，一般是被机关团体购买或者用于旅游。 在我国，全承载车身技术的应用，引发了国内客 车制造业的一场技术变革。全承载式客车也逐渐被我 国广大客户所认同。但真正将这种技术得到延伸和发 扬的历史，要从 1993年安凯引进凯斯鲍尔的技术开 始算起。 过去，我国没有专门的客车底盘。2O世纪8O年 代以前，卡车的底盘统治天下，客车的车身技术完全 建立在原有卡车的底盘技术上，安全性得不到保障。 8O年代以后，这种现象开始逐渐得到改善。这一时期 的客车技术开始得到发展和延伸。9O年代初，我国的 部分客车企业开始引进外来的技术 ，凯斯鲍尔、 NEOPLAN、VOLVO等豪华客车技术正是在那个时候 登陆我国，开始了海外客车技术与我国客车市场的合 作历程。1993年，德国凯斯鲍尔与安徽进行合作，生 产安凯高档客车。 3．2全承载式车身的应用现状 全承载式车身制造技术促使了我国客车制造方 2005．5．KECHEJISHU《客车技术》回 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 醵 式的改变，即由以底盘制造为中心转到以整车制造为 中心，实现选购国内外总成件匹配客车。目前我国应 用全承载技术的客车大多为引进技术生产的产品，继 安凯之后，国内一些客车公司也开始采用全承载式车 身制造技术的生产方式。 安凯股份公司把全承载车身设计技术巧妙地运用 到新开发 的 HFF6840K57、HFF6930K58、HFF6llOK59 等旅游客车中，使得上述旅游客车的安全性能得到极 大的提高，成功地进入了旅游客车领域，也把旅游客 车制造技术引向新的发展阶段。 利用高档客车全承载车身技术研发的新一代产 品，相继应用于中型营运客车和旅游客车，并进入商 业化阶段，之后安凯股份公司又将全承载车身技术首 次应用到国内城市公交客车上，自主开发研制了全承 载城市公交客车。相继开发的GK15、GK39、GK50等 多款城市客车，先后在上海、北京 、广东、浙江等地巡 展后，受到城市公交系统的青睐。尤其是 GK50全承 载公交客车刚在合肥亮相，由于配置先进 、启动快，解 决了当前城市客车起步慢 、安全舒适性差的通病。 总之，市场需求是很理性的消费行为，也正是因 为如此，好的产品被认知和接受的过程更短，在 2004 “全承载”式系列城市公交客车在各地的车辆招标中 屡屡中标，这其中更多的还是重复购买。差异化的市 场需求和环保的不断提高对产品也提出了更高 的要求，LPG、CNG等城市客车更是独秀于林，销售势 头很好。此外，值得一提的是全承载的车身结构可以 将燃料气瓶放置于车身两侧底盘的桁架结构里，使之 成为名副其实的“城市绿色风景线”1 4 全承载式车身结构优点 与传统的车身结构不同，全承载车身结构的底架 不是传统的冲压成型铆接车架式结构，而是由矩形管 构成的格栅式结构。这种底架与前后围、侧围、车顶五 大片组成全承载车身，车身采用封闭环结构。全承载 车身的结构特点决定了它有着传统车身结构所不具 备的优越性能。 a．安全、质轻。全承载车身在钢件上高于普通汽 车 3-6倍的抗扭曲强度，且矩形钢管焊接而成的车身 《客车技术》KECHEJISHU 2005．5．回 骨架受力均匀、强化了整车抗扭力，强度比一般车身 大很多；由于没有车架，整个车身参与载荷，上下部结 构形成一整体，在承受载荷时，客车各个部分受力均 匀，使整个车身壳体达到稳定平衡状态。整体而又牢 固的车架，较低的整车重心提高了行车的稳定性。 当整车发生意外碰撞时，全承载的客车会将局部 受力迅速分解到全身，不会发生底盘移位的致命事 故 ，使客车在行驶中能够很好地抵御外来撞击，增加 车内乘客的生存空间。乘客的生命财产损失程度得以 降到最低，客车的安全系数大大提高。全承载式车身 与半承载式车身相比，车身上能做到轻量化 ，由于全 承载式车身可以建立其准确的有限元模型，通过有限 元，优化组合成尽可能等强度的空间结构梁系， 能够以比较准确的计算分析为指导，充分发挥材料的 潜力，达到质量最轻而强度足够的优化目标。不仅降 低生产商的制造成本，同时能减轻用户的使用成本。 b．适用性强。可以极为方便地改变地板离地高 度，适应不同车型要求。如高地板营运客车和低底板 城市客车，各部件均可极为方便准确地安装在由型材 构成的各个框架内。合理的结构，既易保证高地板营 运客车的超大行李舱，也能使低底板城市客车地板高 度得到进一步降低。 另外桁架式结构可以将车辆的出入13进一步降 低，保持在 360 mm以内，做到真正的“低入13”，给乘 员上下车提供更多的便利性。 c．配置合理，加工工艺简单。在具有较大的抗扭 刚度格栅式结构的底架上 ，配置发动机 、前后桥等总 成，可以保证各总成相对位置关系正常工作。另外，整 车的侧窗玻璃更大，最高可以达到 140 cm，真正实现 景观式侧窗。在加工工艺上，不需要大型冲压设备，便 于产品改型，容易实现多品种系列化生产。 d．设计的准确性。在设计技术上，易于建立符合 实际结构的有限元模型，利用计算机进行整车骨架的 有限元分析，可获得较为精确的计算结果，从而合理 布置结构框架。利用先进的试验手段和计算机模拟技 术对多方位碰撞的安全性，翻车时顶盖的强度、刚度 以及保证乘客生存空间的车身机构等进行研究，同时 采用强度高 、抗变形且质量小的新材料，以提高整车 的抗碰撞能力。 维普资讯 http://www.cqvip.com 设 计 、计募 、酶 散热器仓进风道 改进 设计 吴 强 【丹东黄海汽车有限责任公司) 摘要 通过 对后 置式 发动 机散热器机理 的研究 ，分析 DD61 23K01旅游客车发动机水温高的原因 ．探讨从车身结构设计 上改普发 动机散热器的方法 ．以解决后 置式 发动机客 车发动机 水温过 高的问题 关麓词 ：客车 发动机 散热 风道 Improved design of radiator compartm ent air intake duct Abstraet：Thrnugh a stmty (】f mPf‘}】n sⅢ far H rear-located engine radiator．this paper analyzes the r~a$on$that cause high coolant temperalure for I)I)6 1 23K01 coach． and delves intO the method 0f impr~wing the radiator when designhig body SIFIICIUle in a bid to solve the high coolant tempera· ture problem Key words：bus，engine，heat radiation，air duct 1 前 言 随着人 民生 活水平不 断提 高．人们 对出行的环境 要求也越来越高，期待着更加快捷 、节能环保的城市 客 车 目前大功率 欧Ⅲ排放 的商务车对发动机的进 、 排气系统，提出了更高的要求 进气方面多选用巾冷 增压的先进技术，这就要求散热器的散热效果好．车 身的进冷气面积也在不断地增大 2 散 热器 仓进风道改进 后置发动机客车普遍存在水箱温度过高，从而造 成 发动机过热 ．并会引起一系列 的问题：如 ：拉缸 ．烧 瓦、活塞抱死、打破缸体等重大故障。给用户造成一定 的经济损失。同时也直接影响乘客的生命安全。后置 客车一般辫散热器、风扇、中冷器布置在客车后端大 梁与车围之间．通过车身的侧裙门的进风口吸取冷 ●● ■■■■■■■● ■-■■■●_ l●●IJ●J■ ■_1 J■1● 1J●●1●● ，●●● ●l ●_● ，●J 】，l I●J● J_Jl ●● ●--_ I●I● ●J ●●●●，I ，●，I_●●●■■●■●■●I 维普资讯 http://www.cqvip.com