大客车骨架设计与优化探析

大客车骨架设计与优化探析
摘要：随着社会的发展，越来越多的人需要出行，对于大客车的需求也越来
越高。

我国人口众多，公共交通是我国发展的主流。

大客车作为公路客运最主要
的一种形式，与航空、铁路相辅相成，每年承担着城乡、城际等重要的载客任务。

优化车身骨架设计方案与用料是增加大客车的安全性的一种重要方法，通过合理
的设计可以有效地提升大客车的安全性。

关键词：大型客车；车身骨架结构设计；优化；骨架轻量化设计；
引言：大客车骨架的结构设计和优化的主要目的在于实现大客车的轻量化。

车身骨架的轻量化设计以降低质量，并且通过结构的设计优化保证车身的强度、
刚度，从而降低成本、提高燃油经济性。

文章选用全承载式车身，对客车骨架的
局部结构进行优化设计，对大客车的车身进行了优化。

一、大客车车身骨架结构设计分析
1.1整个车身结构的整体规划原则
乘用车的结构设计与汽车的结构设计相同。

一个优秀的车辆整体设计方案，
可以在简化车身零件设计难度，优化制造综合成本，维修保养的难易程度，车身
强度，整体经济性等多方面做到最佳的平衡，从而使得产品在激烈的市场竞争中
保持一个优秀的竞争优势。

在此阶段，车企往往采用多人联合设计的方式来加快
一款车型的设计速度，这就在一定程度上引入了更多的不确定性，增加了设计团
队之间的沟通成本，往往导致车身设计无法取得最优解。

因此在设计过程中应当
进一步加强大客车结构设计的整体性，对客车结构设计进行集中统一管理，保证
母线结构设计达到预期的规划效果，结构设计满足力学要求。

总而言之，设计师
不应增加结构规格，而应采用优化的结构方法，提高材料应用效率，减轻车身重量。

1.2闭环结构应用分析
通过对车辆的整体设计方案机械能闭环结构分析，可以有效地提高车身的整
体刚度，特别是客舱结构的刚度，从而可以增加大客车运行的安全性。

闭环分析
是一种行之有效的，可量化的分析方案，其特点更是一种适合在计算机辅助设计
软件的帮助下进行分析的方式，由于计算机的快速计算能力可以代替大量的人工
计算，这种分析方式在近年来随着计算机技术的不断发展而迅速走进各大国内外
车企的设计环节当中，成了车身设计必不可少的一部分。

设计者对闭环结构的应
用必须根据实际情况而定，但在大多数情况下必须选择第一个，因为它保证了客
车车身框架结构构造的完整性，并对客车的使用提供了限制和人民更舒适。

1.3选择侧腰杆
侧壁是车身骨架的主要承重结构之一，通过对这一部分进行补强可以有效的
提高车辆承立的承载能力，其中一个广泛应用于国内外车企中的补强方案就是增
加侧腰杆。

通过ANSYS分析，当腰部支撑之间的距离不同时，其承载能力也发生
不断的变化，侧壁的承载能力增加了约25%。

在保证客车结构和功能的基本要求下，通过减少车轴间距可以提高承载能力，降低质量。

1.4车身四个角点的结构设计
车身的刚度是汽车安全性的主要指标，如果是焊接的，可能强度和刚度不够。

因此，车身四个角点的结构设计就成为了另一个车企在设计车身时，需要重点考
虑的环节，通过设计合理的结构设计可以防止在汽车倾覆等特殊状况下，乘客受
伤时焊接部分因焊接强度不足而断裂的情况的发生。

二、大客车骨架设计原则
在对大客车的车身进行设计时，人们遵循以下原则：一是要考虑车身结构的
动力学要求；二是要充分认识到思想碰撞的重要性，进行思想碰撞；三是要遵循
总布置尺寸的要求，遵循平台的系列设计要求；四是要满足车身的相关制造要求，方便维护和拆装。

车身骨架是整个大客车的承载部件，其设计水平直接影响到整个大客车的质量。

因此必须加强车身骨架设计。

三、大客车骨架优化设计
大客车骨架的重量几乎是整车重量的三分之一，所以降低车身骨架的重量是
实现客车轻量化的重要手段。

车身是汽车重要的一部分，随着复合材料在客车行
业的广泛应用，以塑代钢成为客车制造领域追求的目标，从过去客车车身的零件
到如今发展到客车车身整体塑化成型。

优化设计指通过对客车车身骨架的重量、
面积、应力以及费用等进行综合分析，从而达到一个最佳的设计方案。

传统的优
化设计方案，往往是按照设计师过去的设计经验制定一个初始方案，然后在初始
方案对结构进行分析，最后在力学基础上验证方案的可行性，但是这种设计方案，需要多次修改。

使用ANSYS理论进行优化设计，一次计算出结构应力以及优化结构，确定最佳约束条件。

结构优化设计首先将设计问题转化为数学模型，用数学
模型表达结构系数。

根据结构尺寸优化方案，改变骨架结构截面尺寸，进行轻量
化设计。

轻量化设计以后，客车车身整体变形量没有增加，没有影响到车身整体
刚度，车身骨架质量由2326kg降低到2116kg，质量减轻达到了9.5%，符合大客
车运行要求。

目前已经很多客车开始使用聚乙烯塑料，英国的利兰公司将聚乙烯
塑料用于双层大型客车的顶板、发动机罩、扶手、安全帽、百叶窗等位置，在不
降低客车整体性能的基础上，减轻客车的重量。

四、大客车车身骨架的轻量化设计
由上述两段可以看出，只有将轻量化材料和结构优化有机的结合起来进行车身骨
架的轻量化设计，才有可能实现车身的轻量化设计，既减轻了车身的质量，又保
证了大客车车身的性能不受影响。

所以本文采取的方法就是将钢材和轻量化材料
相结合，进行车身结构的设计，以下进行具体的讨论。

1.铝合金材料和型号的选择
首先在通过一系列的对比之后，将材料确定为铝合金材料，实现钢铝一
体化的车身骨架结构，由于不同的铝合金材料属性和适用范围都不相同，因此在
综合杆件的使用范围考虑后，采用铝合金挤压型材对车身骨架进行设计，在现阶
段被广泛使用的车用铝合金中，6000系不但适用于制作汽车车身骨架，成本也比
较低，因此非常适合作为客车车身的轻量化材料。

2.铝合金型材的设计
对铝合金型材的设计包括型材截面形式的设计和型材性能的考虑，设计
的铝合金型材要有足够的强度和刚度，同时要形式简单、易于操作。

车身结构的刚度直接影响着整个车的性能，所以对铝合金型材的截面进行设计的时候，可以选择内部是矩形空心形式的截面
3.车身骨架钢铝一体化轻量化的结构设计
在车身骨架钢铝一体化结构设计中，需要确定适用于铝合金型材进行替换的部位，对于车身顶盖，由于车身骨架的顶盖变形较大，所以需要提高车身顶盖的刚度性能，因此要采用拓扑优化方法对顶盖结构进行拓扑优化设计；对于车身腰围的设计，要保持原来腰围结构的布置形式，将部分钢制梁替换为铝合金型材即可；对于车身骨架侧窗的设计，也要将钢制梁替换为铝合金型材；对于车身尾架的设计，由于有曲线和曲面的造型设计，因此也将钢制梁替换为铝合金型材即可。

结语
随着大客车技术的进一步发展，大客车轻量化方案将不断随之进行完善与优化。

目前，大客车轻量化实施效果还未达到最佳的理想结果。

因此，有必要进一步进行大客车轻量化的研究与优化，这不仅有利于缓解大客车生产企业的经营压力，提高大客运的盈利能力，还能够在一定程度上对客车环保事业做出重要的贡献。

轻量化是大客车技术发展的一个正确方向，应持之以恒，不断地进行丰富与完善。

参考文献：
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