承载式客车车身骨架尾部结构分析与改进

李世喆

厦门金龙联合汽车工业有限公司 福建省厦门市 361023

1 引言

客车车身的骨架是由多根焊接的钢管组成的一种定杆系结构，其自身具有结构复杂、难度系数大等特点，作为开发车身的重要环节——车身的骨架传力路线的设计对于整个客车的性能和安全至关重要，只有在充分满足车身韧性以及稳定性的同时，合理设计车身的传力路线，才能更好的改善客车的性能，进而实现客车成本最小化的目的。

2 承载式客车结构的概述

承载式客车的结构主要包括了客车车身的结构底架、车身的左右两侧、车身前后以及车的顶棚共同组成的结构框架，通过车辆不同结构的特点，进而形成一个有机的整体，优化了车辆的动力悬置部位以及车身的悬架部位[1]。之所以会采取侧围骨架以及轮罩骨架的结构来完善和优化车辆的整体性能，是因为车辆的车轮结构不会自成一体，形成一个有机的结构。而车辆的主要部件也囊括了轮罩结构骨架，因为全承载的车身是不包含底架结构的。因此，全承载式客车车身的上半部分与下半部分的受力差别较大，而车辆的车身结构包含了整体性承载式结构与基础性的承载式结构，而在我国将这两种车身结构统称为全承载式车身结构。

3 承载式客车车身骨架的结构特点

3.1 承载式客车产品结构特点

目前针对我国承载式客车而言，以VOLVO公司生产的VOLVO6563型号的客车以及奔驰公司生产的CITARO型号的客车为例，这两种承载式客车的结构均具有独立的前后底盘。与此同时，这两种型号车辆的模块及尺寸都有所不同，VOLVO6563将自身的横断面作为结构主体，底盘的零部件采取后装的形式，而CITARO的结构则将车身的底盘进行分模块的供应[2]。除此之外，两种型号的结构特点也有所不同，VOLVO6563的车身骨架与底架融为一体，并且其架底的结构为小槽梁或矩管，而CITARO则具有独立的底盘结构和零部件。在车辆的本土化生产中，采用了全承载式结构的形式，相比于本土化生产，在出口外销时，其底盘的结构则采取自行式或CKD两种形式，其模块的组成包含了前后部位悬架、转向系统、底盘的电控集成以及动力总成等，而车身中部的改装则由客户自行设计。

3.2 承载式客车的基础承载式结构特点

基础式车辆承载结构，即从客车的车身窗台梁到底部，以及其与车身侧壁的骨架结构形成的结构部分。这类车身结构的车顶采用部分结构承载的形式，而车身的底架则是由矩形的钢管焊接而成，突破了传统的铆接结构。所以，承载式客车可以充分利用自身的优势，将车身底部的巨大空间作为储存乘客行李的行李舱。然而实际上，客车底部的结构横截面积较大，进而导致车身与地面的距离过大[3]。因此，大多数商务客车以及城市客车在进行结构的设计时会采用承载式结构的形式。

3.3 承载式客车整体结构的分析

相比于基础性的承载结构，整体性的车辆结构的设计较为复杂，整个客车的部件都对客车的承载压力至关重要，一旦有一个部件使用不当就会满盘皆输，其使用的功效就会大打折扣，这种承载结构多适用于入口较低以及底部较低的承载式客车，其采用了从下至上的封闭环绕结构，相比于半承载式的车身结构，其受力形式也有所不同，底部的材质均为Q5265钢，因为钢结构的特殊性质，可以极大程度的提升其材料的利用率，再加上其车身的骨架也采用了同样的材质，在提升其材料利用率的同时，也增加了其结构的稳定性。

4 案例分析

某旅行社商务客车在使用时，其车身以及与之相连的骨架处均出现了不同程度上的裂痕，尤其是在车身的尾部，其裂痕严重。经检查，第一辆车的车程达到了6355公里，其车身的左侧门立柱处以及其玻璃窗处出现了多处裂纹，第二辆客车的车程达到了16523公里，其右侧门的立柱处以及门、窗玻璃的连接处均出现裂纹，第三辆车的车程为6596公里，与前两辆车的情况有所不同，其尾部出现了裂纹。通过对上述三辆车进行安全检查，发现其车身骨架的焊接处与车身外皮相连处均有不同程度上的裂纹，分析其裂纹形成的原因，进而对客车车身结构的传力路线进行改良。

5 尾部出现裂纹的原因

5.1 结构传力的理论分析

车身的传力路线应选择最短的路线，如果反其道而行之，会在一定程度上增加其传递的应力，就车身轴力而言，其效率要高于车身的弯矩，而车身所承受的轴向力相较于其承受的扭矩及弯矩，前者要优于后者，其承受的拉力也要优于压力，如果比较桁架与矩形的结构，只有前者高于后者，才会有力于车身轴力的传递，从而提升其稳定性。与此同时，客车车身的骨架结构受力相对比较复杂，如果对其结构进行改良和优化，有利于提升其力的传递效率。一个车身良好的设计就要满足以下条件，传递路线较短、元件的利用性高以及材料的利用率高等[4]。

5.2 车身尾部结构分析

传统的车身尾部后排座椅的传力路线如图一所示，粗线条表示该车辆的载荷，虚线代表该车辆的传力路线。其设计的流程如下：从车辆的座椅横梁、侧围立柱、侧围纵梁直至下架，其所传递的力主要以扭矩及弯矩两种形式而存在，其所传递的路线较长，再加上其传递的效率较低，从而导致其车身的骨架受力较为复杂。

该旅行社车辆尾部出现裂纹的原因在于其施加的力大于材料所能承受的外力，造成这种现象的原因有以下几点：其一，通常情况下，车辆最后一排座位为5座，其承受了来自乘客的压力、发动机以及车尾自身的重力[5]。除此之外，车辆在行驶的过程中也承受了来自重力加速度带来的动载荷，在一定程度上增加了其承受的载荷。其二，传统车辆尾部座椅处的结构形式较为单一，缺少来自于车身斜杆的支撑力，车身大部分的载荷都是通过车身两旁的侧围立柱以及侧围的纵梁传递到车架本身。与此同时，车身发动机的结构设计过于简单，只设置了少量的支撑杆，缺乏最基本的，用于改善车身性能的腹板结构，从而大大的降低了其自身的韧性。上述两种都是导致车身裂纹的主要原因。

图2 改进后的客车传力路线

5.3 车身骨架尾部的结构改进

通过上述分析得知，如果在原来的基础上对车辆结构进行改进，对车辆的后排座添加斜杆作为支撑，进而增加座椅处的稳定性，其改进的方案如图二所示，实线用来表示载荷，而传力路线则用虚线表示，在添加斜杆之后，形成了三角形的桁架结构，众所周知，三角形具有一定的稳定性，故而在增加斜杆之后提升了其稳定性，而力的传递也主要以向心力的形式传递，实现了传统路线的改进和创新，改进后的传递路线为，从座椅的横梁到斜支撑杆，最后到达车架[6]。在对车身的尾部进行改进后，不仅缩短了传统的传递路线，还在一定程度上促进了传递效率的提升，在减轻车身侧围立柱载荷量的同时，也有效的避免了车蒙皮与骨架之间裂纹的出现[7]。

6 结语

综上所述，承载式客车车身骨架的尾部结构的稳定性，对整个车身的安全性至关重要，针对上述案例中车身、车尾部的裂纹原因进行分析，找到原因，对症下药，加以改进，在提升车辆结构稳定性的同时，也促进了车辆安全性的提升。本文首先详细的概括了承载式客车结构，让读者掌握相关的理论知识，其次阐明了承载式客车车身骨架的结构特点，包括承载式客车产品结构特点、承载式客车的基础承载式结构特点以及承载式客车整体结构的分析，接下来就某旅行社客车的使用情况进行分析，列举了三种商务客车车身及车尾部位产生的不同程度的裂纹，并就其裂纹产生的原因进行详细的分析，最后详细的概括了尾部出现裂纹的原因，包括结构传力的理论分析、车身尾部结构分析以及车身骨架尾部的结构改进。通过上述案例得知，承载式客车车身产生裂纹的原因在于车身自身受到外力的作用大于自身所能承受的外力，针对此原因，通过添加斜杆的方式，在缩短传力路线的同时，也优化了车辆的性能，进而提升了车身的稳定性。