SLK6109纯电动公交客车车架设计

曾景波

(上海申龙客车有限公司，上海 闵行 201108)

0 引言

随着石油资源的减少以及各地环境污染问题突显，开发节能环保型汽车已经被广泛重视，纯电动客车凭借在环保性能和节约能源方面的优势下，成为了各大车企主推产品。我国新能源客车发展至今，市场竞争越来越激烈，技术门槛逐年提高，各大车企为了在激烈竞争的市场中站稳脚立住根就必须加强核心技术研发实力，设计开发出具有市场竞争力的好产品。SLK6109纯电动公交客车是根据模块化、平台化和轻量化的设计理念开发出的一款车型，该车型已批量投入市场运营中，得到市场一致好评。

1 底盘布置参数及主要设计要求

SLK6109纯电动公交客车是一款以纯电驱动方式的城市公交客车，其车身结构为全承载式车身，地板为两级踏步结构。与传统燃油动力车型相比较，该款车型在运营中有更高的经济性、环保性在节约能源消耗方面有很大的优势；动力输出、接收，比燃油发动机更平稳直接，还有噪音小，驾乘舒适等优点。

(1) 底盘主要参数：轴距/前悬/后悬，6100 mm/1910 mm/1810 mm；一级踏步离地高度<380 mm；接近角、离去角>9°；国产车桥，新能源车专用主减；前2后4空气悬架，前后带稳定杆；295/80R22.5轮胎；苏州绿控TZ410XS-LKM2504驱动电机、电动打气泵、电动助力转向泵、ATS电子风扇、宁德时代水冷动力电池；

(2) 车架设计应依据车辆类型、运行区域的路况、环境和整车布置来确定车架的整体框架结构，同时还需满足国家相关安全法规标准要求。

2 车架各分段模块结构分析与设计

城市公交客车通常是在超载满载与频繁进出站点的情况下运行，它需要承受超负荷载荷及启停频繁带来的冲击载荷，车架整体受力情况复杂多变，对结构强度和刚度有很高的要求。纯电动客车底盘布置较传统燃油车布置更紧凑，高压动力电池组占去底盘大部分安装空间，留给底盘其他系统的安装空间很有限。基于纯电动公交客车以上问题点考虑，SLK6109纯电动公交客车最终采用全承载式车身骨架，地板设计为二级踏步结构。全承载式车身骨架是由钢管组合焊接而成，各断面与车身行成完整的封闭环，即车架与车身骨架融为一体。这类车架具有刚度大、质量小、受力分散、底盘布置空间充足的特点，非常适合纯电动公交客车车架应用。

SLK6109纯电动客车在开发设计时，就提出要求，要严格按照模块化、轻量化的设计理念进行开发设计。

2.1 模块结构设计

车架模块化设计是指把底盘按装配功能划分成若干个模块总成，各个模块要按照车型标准化、平台化，在同一系列车型中各模块做到通用互换的功能，以便提高同系列车型开发的衍生能力。模块化设计还可以有效的缩短汽车设计、生产制造周期，同时也能给汽车制造企业带来很多经济效益：缩短生产线、减少装配时间及所需劳动力；降低生产成本；提高产品质量；减少采购项目，优化供应商管理；节省仓储空间，优化装配平台等优点。

客车车架模块化设计一般都采用分段设计，SLK6109纯电动客车车架模块化设计如图1所示设计成：驾驶区平台模块、前悬架段模块、中区桁架模块、后悬架段模块、尾段模块。

图1 SLK6109纯电动客车底盘模块示意图Fig.1 SLK6109 pure electric bus chassis module diagram

1) 驾驶区平台模块总成

根据整车前悬长度参数、接近角、驾驶区地板高度和前门开档大小等关键尺寸确定驾驶区平台整体框架结构。如图2所示驾驶区平台模块主要布置安装有方向机转向机构、方向管柱转向油壶、储气筒、拖车钩和驾驶区地板骨架等。为了应对同系列车型里前悬长度不同，驾驶区平台大体结构可以不动，只需要把驾驶区平台长短稍作调节，就可以应用到同系列其它车型上，这样可以极大的提高设计效率缩短设计周期，同时也能使产品质量更趋稳定。

图2 驾驶区平台模块总成Fig.2 Driving area platform module assembly

2) 前、后悬架段模块总成

如图3、4所示前后悬架段模块主要包括装配车桥和悬架部件，是整车运动时传递力的关键部位。前、后悬架段模块区域受力情况复杂多变，要具有足够的抗压、抗拉、抗扭强度，在设计此模块区域时，要充分考虑车架结构刚度和强度能否满足要求。为加大此处强度，分散集中受力，设计时应该考虑采用适当的加强(如各断面尽量设计成三角桁架结构、推力杆座底下增加连接腹板)。为提高前、后悬架段模块在同系列车型上选装不同品牌的桥和悬架的通用性，设计时我们把各品牌的桥、悬架与车架连接安装的接口尺寸统筹梳理成同种安装接口位置及尺寸参数。这样可以极大的提高车架与各种不同品牌的桥和悬架的适配性。

图3 前悬架段模块总成Fig.3 Front suspension module assembly

图4 后悬架段模块总成Fig.4 Rear suspension module assembly

3) 中段桁架模块总成

如图5所示中区采用桁架式结构设计，由多组三角形框架构成的几何形状不变的结构物。桁架式车架的优点是车架各杆件主要承受拉力或压力，结构抗拉、抗压强度好可以充分发挥材料的作用，节约材料，并减轻结构重量。中区桁架模块布置安装空间充足主要是用来布置安装高压动力电池组、储气筒，针对北方极寒地区还会加装暖风加热器及暖风加热器小油箱，供动力电池舱加热保温以便提高动力电池在寒冷环境下的抗衰减能力。中区桁架模块也是设计成一个标准模块，可以匹配安装多种动力电池组，能适应同种车型不同电度数的选装，极大提高同系列车型的衍生能力。

图5 中区桁架模块总成Fig.5 The central truss module assembly

4) 尾段模块总成

如图6所示尾段模块成用于布置安装驱动电机、低压蓄电池、电控系统、冷却系统、电动打气泵等。该模块总成安装布置系统比较多，且高低压线束、冷却管路、制动管路交织在一起。所以在设计时要充分考虑结构上要简单牢固，拆装检修空间要大，合理布置管线夹固定点，使整个后舱管线路走向整齐规划。

图6 尾段模块总成Fig.6 Late module assembly

3 CAE强度分析

整个车架设计完成后，利用三维建模软件，绘出车架三维模型，然后利用CAE仿真分析软件对其进行有限元仿真分析。根据车架各个部位的受力特点，分析验证出各部位结构设计、选材是否合理，根据分析结果不断做出优化设计，并进行材料选型，以提高整车结构强度和刚度的可靠性及整车的轻量化要求。根据分析验证本车型选择了QSTE700TM高强度钢矩形管材作为制作车架的材料，既可以满足强度和刚度的要求，还能比用普通Q345B管材制作的车架轻21%左右，轻量化很明显。

图7 车架总成CAE强度分析应力云图Fig.7 Frame assembly strength of CAE analysis of stress nephogram

4 结束语

通过CAE建模仿真分析得出，影响整车结构强度和刚度的车架结构及断面尺寸，与保证整车的必要通过性能之间是相互制约、相互矛盾的，在保证整车结构强度、刚度的基础上，尽可能做到通过性好，尽可能减小车架的质量，满足轻量化设计要求。

整车结构是一个复杂的静不定结构，整车刚度要力求保持均衡，其目的是使整车结构内部载荷分布趋于合理。任何局部强度、刚度的变化都会引起结构所承受载荷的重新分布。有时对某一部分的局部加强或减弱，会造成另一些部位的强度及刚度的变化，这一点必须引起足够注意，并不是所有部位都做的越强越好。在理论分析计算的基础上，底部格栅宜在满足车架离地最下间隙的前提下，尽量做大其结构的断面尺寸，适当加大壁厚，并选用优质高强度钢材作为型材材料，从而最大限度地增强其承载能力。

目前该车型已经在全国多市场都有批量销售运营，各市场运营车辆技术参数稳定可靠，产品品质普遍得到客户一致好评，为厂商在同系列车型开发积累了宝贵经验，给后续开发新车型提供了借鉴平台，可以有效缩短设计周期。