CN102001363A - 全承载纯电动客车车身结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型全承载式纯电动客车车身结构形式。该全承载式纯电动客车车身结构，将乘客门前门(1)、后门(2)开在车身前、后悬段，侧围上、下腰梁之间部分及车身中段龙骨部分均采用一个完整的带斜撑式桁架结构(6)、(8)，侧围上下腰梁(3)、(4)、下边梁(5)及龙骨纵梁(15)呈贯通形式，电动机中置、动力电池组全部布置于车身中段。该结构作为一个整体，车身中段具有极强的承载能力，同时利用全承载技术对其进行优化，能有效地降低结构各杆件的非轴向载荷，使得结构构件的受力更加合理、载荷分配更加均匀。因而，车身的强度、刚度都得到了有效的提高。

Description

全承载纯电动客车车身结构

技术领域

本发明涉及一种新型全承载纯电动客车车身结构形式。

技术背景

汽车是现代工业文明的象征之一，自从其诞生以来便给人们的生产、生活带来了极大的便利，但同时也带来了一系列的负面效应。汽车造成的环境公害以及汽车对能源的过度消耗是其中两大突出问题。开发新能源车成为了必然趋势。其中纯电动车由于具有无污染、噪声低、能源效率高、能源来源多样化等诸多优点，已被专家们评为最有前途的新能源车。

根据我国国情，电动公交客车的研发是纯电动车发展的一个切入点，因为开发纯电动公交客车具有如下优势：

1)公交客车线路固定，停靠站点固定，这样便于在公交客车集中的地点建立充电设施，有效解决充电站点分布广，资金投入大的问题。

2)公交车车体宽大，对电池体积要求不那么严格。布置电动机、电池和传动系等部件有较宽松的空间。因此，技术要求和成本相对较低。而且我国的公交客车技术与西方国家的差距要比轿车小得多，在不长的时间内设计出性能可靠、价格合理的电动公交客车是可能的。

3)公交车使用率高、单车排量大、运行时间长。因此电动公交车的研发，对于改善城市空气质量、实现无碳生活，其意义远大于轿车。

4)我国城镇人口密度高，因此对公交客车的需求量也就非常大。据统计，每年应新生产10万辆公交车才能维持现有的保有量。若用电动公交客车代替10％的传统燃油公交，那么就需要一个年产1万辆电动公交客车的企业。

目前在电动客车设计方面，基本上是沿用燃油客车的设计方案，只有一些针对轴荷分布及地板高度的局部改进。然而困扰电动车发展的主要因素是：动力电源使用成本高，续驶里程短。解决这个问题的直接途径是：努力提高电池的单位能量密度和延长其使用寿命、降低造价。然而要令人满意的解决这些技术问题，估计在短期内很难办到。而汽车行驶时能量消耗与质量成正比。如果能最大限度地减轻车身质量，便可以从另一个侧面改善纯电动客车的这个问题。

由于电动公交客车行驶路面较好，电机本身振动小，因此电动客车车身工况很好，无需过多地考虑振动疲劳，且动荷小，电池质量可以灵活布置，这些都有益于实现轻量化设计。另外由于电动车可以实现Drive-by-wire的思想，便于更合理的布置动力总成并根据布置方式设计结构，这也非常有益于对车身进行轻量化设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于全承载技术的新型纯电动客车车身结构，致力于减轻车身质量的同时也使其轴荷分配更为合理。

结合附图，说明如下：

一种全承载式纯电动客车车身结构，将乘客门前门1、后门2开在车身前、后悬段，侧围上下腰梁之间部分及车身中段龙骨部分均采用一个完整的带斜撑式桁架结构6、8，侧围上腰梁3、下腰梁4、下边梁5及龙骨纵梁15呈贯通形式，动力系统、动力电池组全部布置于车身中段。

所述的桁架结构的斜撑呈波浪形布置，浪峰和浪谷处均设计有立柱，根据具体受力情况调节杆件数量和斜撑的角度。

所述的侧围桁架高H₁-7和底架桁架高H₂-9一致，最大偏差不超过10％，即：

$\frac{|H_1-H_2|}{(H_1+H_2)/2}<10\%.$

所述的动力电池组分散布置于车身底架中段，整车控制器11、变速器12、电机控制器13、电动机14应靠近后桥布置。

本发明的有益效果：

车身采用动力系统中置的设计，并将电池布置在承载能力最强的车身中段，以利于结构轻量化。该车身结构将乘客门开在前、后悬，以保证车身中段承载结构的完整性。可适当增加中段地板高度，使普通车桥的应用成为可能，这样即不会显著增加入口高度，还能降低制造成本。车身中段采用一个完整的桁架式结构，该结构作为一个整体，具有极强的承载能力。同时利用全承载技术对其进行优化，能有效地降低结构各杆件的非轴向载荷，使得结构构件的受力更加合理、载荷分配更加均匀。因而，车身的强度、刚度都得到了有效的提高，在同等条件下，车身结构骨架的重量可以降低1吨以上。

此外，电动机和动力电池组等较大的固定安装质量布置在车身中段，可以使车辆空载工况和满载工况的重心位置改变较小，各种行驶工况下的轴荷分配都趋于合理，改善整车的操纵稳定性。

附图说明：

图1为本发明整车侧视图；

图2为本发明右侧围侧视图；

图3为本发明底架侧视图；

图4为本发明底架俯视图。

图中：1、前门  2、后门  3、侧围上腰梁  4、侧围下腰梁  5、侧围下边梁  6、侧围桁架  7、侧围桁架高  8、底架桁架  9、底架桁架高  10、空调11、整车控制器  12、变速器  13、电机控制器  14、电动机  15、龙骨纵梁

具体实施方式：

结合附图，对本发明进一步详细的说明：

车身结构如图1所示，将车门开在前、后悬段，既可以使用低地板车桥，也可以使用普通车桥。

车身中段如图2、3侧视图所示，侧围与底架均采用完整的桁架结构。桁架结构的斜撑呈倒三角布置，可根据具体受力情况调节角度。这4片完整的桁架结构形成一个整体，具有极强的承载能力。所述的侧围桁架高H₁和底架桁架高H₂一致，最大偏差不超过10％，即：

以确保二者在各自的最大载荷作用下其极限变形比较接近，使车架和侧围的刚度特性达到较好的匹配状态，充分发挥各自的承载潜力。

整车布置如图4俯视图所示，动力电池组分散布置于车身底架中段，整车控制器11、变速器12、电机控制器13、电动机14靠近后桥布置，控制系统可根据实际需要布置在中段或后悬部分。这样平衡前后轴荷，同时减轻后悬质量，充分利用中段承载能力。将空调布置于后悬段，充分利用底架剩余空间，同时减轻了顶盖负载，有利于减轻顶部车身结构质量。这样整车的载荷分布及轴荷分配更加合理。

车身制造采用全承载制造工艺，即先完成车身结构骨架的整体拼合，再进行悬架、发动机等部件的安装。既可以保证实际结构的性能、受力与设计分析条件一致，也便于车身骨架的整体防锈蚀处理。

申请人已根据本发明设计了一款11.77米的全承载纯电动客车的结构方案，该车的车身结构详见附图1、2、3。车身结构性能的CAE分析结果如下：

1)车身弯曲刚度为：

K＝7.14×10⁶

同类车型参考值为：(5.99-10.41×10⁶N/m)

2)车身扭转刚度为：

K＝5.125×10⁴N·M/deg

同类车型参考值为：(3.37-4.12×10⁴N·M/deg)

3)车身一阶弯曲振动模态频率为：15.309HZ

同类车型参考值为：15.193-16.514HZ

4)车身一阶扭曲振动模态频率为：6.3839HZ

同类车型参考值为：7.813-9.122HZ

5)车身满载弯曲工况最大应力为：243MPa

材料(16Mn)屈服极限：345MPa

6)车身左轮悬空工况最大应力为：254MPa

材料(16Mn)屈服极限：345MPa

7)车身右轮悬空工况最大应力为：274MPa

材料(16Mn)屈服极限：345MPa

8)车身结构的重量为：1440kg

同类车型参考值为：2300-3000kg

以上分析结果表明该车各项性能指标都与同类车型相近，但车身结构的重量比同类车型减少了1000多公斤。如果采用高强材料，车身减重幅度可以更大。

Claims (4)

1.一种全承载式纯电动客车车身结构，其特征在于：将乘客门前门(1)、后门(2)开在车身前、后悬段，侧围上、下腰梁之间部分及车身中段龙骨部分均采用一个完整的带斜撑式桁架结构(6)、(8)，侧围上腰梁(3)、下腰梁(4)、下边梁(5)及龙骨纵梁(15)呈贯通形式，动力系统、动力电池组全部布置于车身中段。

2.根据权利要求1所述的一种全承载纯电动客车车身结构，其特征在于：所述的桁架结构的斜撑呈波浪形布置，浪峰和浪谷处均设计有立柱，根据具体受力情况调节杆件数量和斜撑的角度。

3.根据权利要求1或2所述的一种全承载纯电动客车车身结构，其特征在于：所述的侧围桁架高H₁(7)和底架桁架高H₂(9)一致，最大偏差不超过10％，即：

$\frac{|H_1-H_2|}{(H_1+H_2)/2}<10\%.$

4.根据权利要求1所述的一种全承载纯电动客车车身结构，其特征在于：所述的动力电池组分散布置于车身底架中段，整车控制器(11)、变速器(12)、电机控制器(13)、电机(14)靠近后桥布置。

Images