CN102862608A

CN102862608A - 无龙骨全承载客车车身结构

Info

Publication number: CN102862608A
Application number: CN2012103703404A
Authority: CN
Inventors: 那景新; 关丹丹; 高剑峰; 徐梓雯; 王童; 刘玉; 杨志超; 郭新宇; 袁正; 张苹苹
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102862608B

Abstract

本发明涉及一种新型全承载客车车身结构形式。一种无龙骨全承载客车车身结构，底架中段乘员舱地板结构和行李舱地板结构都是一些不贯通杆件连接的三角形结构，没有龙骨，这些不贯通杆件主要是用来传递纵向力，而不是承载，与左右侧围相连接的杆件负责把载荷快速传向左右侧围。通过上述方法，车身的强度、刚度都得到了有效的提高，在同等条件下，车身结构重量可以降低10％以上。

Description

无龙骨全承载客车车身结构

技术领域

本发明涉及一种新型全承载客车车身结构形式

背景技术

客车车身结构按照其承载形式可分为三种：非承载车身结构、半承载车身结构和全承载车身结构。全承载客车车身结构是由矩形钢管焊接而成的由车身整体承载的结构形式，具有低重量、高刚度、高安全性、高燃油经济性、良好舒适性等优点。工业和信息化部与公安部于2011年底联合出台的《关于进一步提高大中型客货车安全技术性能加强车辆<公告>管理和注册登记管理工作的通知》要求车长大于11米的公路客车、旅游客车车身应为全承载整体式框架结构。因此，随着全承载式车身技术的成熟，全承载式客车车身结构成为客车行业的主流结构形式。

目前，国内外各客车企业的全承载客车车身结构基本都有中央龙骨。图1、2所示为一全承载客车车身结构模型图及其横向断面图I-I。再由某一完整中央龙骨三维图图3可看出，中央龙骨分为前段、中段和后段，并相互贯通，每段龙骨通过数根贯通纵向杆件将几组横梁进行连接，上下层纵梁通过竖梁和斜撑连接，龙骨连接断面是一些矩形框架结构。中央龙骨通过一些横向和斜向牛腿与左右侧围相连，侧围又与顶盖、前后围相连接，从而实现整体车身承载。

研究表明，全承载客车车身结构载荷可以主要由左右侧围等外围结构承担，中央龙骨承载能力有限，实际上只能承担整体载荷的一小部分。因此全承载客车车身结构的设计理念与非承载和半承载车身又明显的不同，更强调通过车身结构的合理设计使垂向载荷快速从底架传向左右侧围，进而传向前后悬架结构。从而强化左右侧围，突出整体承载的设计概念。基于这种思想，申请人发明了一种没有龙骨、主要由左右侧围承载的全承载客车车身结构。

发明内容：

本发明的目的是提供一种新型轻量化全承载客车车身结构，提出一种没有龙骨、申请人称之为无龙骨全承载客车车身的结构，载荷主要由左右侧围承担。

结合附图，说明如下：

一种无龙骨全承载客车车身结构，底架中段乘员舱地板结构和行李舱地板结构都是一些不贯通杆件连接的结构，没有前后贯通式的龙骨结构，这些不贯通杆件主要是用来传递纵向力，而不是承载；底架中段纵向断面，从侧面看去为箱形框架无斜撑，横向断面则为若干个带斜撑的桁架结构，可以将底架载荷快速传向左右侧围，实现以左右侧围为主要承载结构的目标。

所述的乘员舱地板结构由5根(I、II、Ⅲ、Ⅳ、V)横向杆件构成，每两根相邻杆件之间分别由三个三角形构成。

所述的横向杆件I和Ⅱ之间的两个三角形△adc和△bed的两个顶点a和b的位置分别由前悬结构的纵向传力杆件的横向位置来决定，顶点c和e的位置为它们所在的横向杆件的端点，顶点d为所在横向杆件的中点，横向杆件V和Ⅳ之间与I和II之间布置相同。

所述的横向杆件II和Ⅲ之间的两个三角形△cdf和△edh的两个顶点f和h分别位于它们所在横向杆件Ⅲ的1/6和5/6处，横向杆件Ⅳ和Ⅲ之间与II和Ⅲ之间布置相同。

所述的行李舱地板结构也由5根(I1、II2、Ⅲ3、Ⅳ4、V5)横向杆件构成，两侧的两组横向杆件之间都是由三个三角形构成，中间的两组横向杆件之间都是由二个三角形构成。

所述的横向杆件I1和II2之间、Ⅳ4和V5之间的三角形结构同乘员舱地板结构两侧布置相同。

所述的横向杆件II 2和Ⅲ3之间的两个三角形△f1d1h1和△j1d1h1的顶点d1为所在横向杆件的中点，f1和j1为所在横向杆件的端点，h1为所在横向杆件的中点，横向杆件Ⅳ4和Ⅲ3之间和II 2和Ⅲ3之间的布置相同。

所述的车身乘员舱地板和行李舱地板之间横向断面由所在位置的受力情况可设计成不同形式，主要用来承受垂向载荷。

所述的横向杆件I和I1之间的断面A-A由竖梁aa1和bb1划分为三个区，每个区由十字交叉的斜撑构成，所述的横向杆件V和V 5之间的断面C-C同断面A-A布置相同。

所述的横向杆件Ⅲ和Ⅲ3之间的断面B-B由斜撑ff1、gg1、gi1、hj1构成，点q和r分别在ff1和hj1中点偏下不到2/3处，连接q、g1和i1、r构成斜撑。

有益效果：

本发明为一种无龙骨全承载客车车身的结构，载荷主要由左右侧围承担，其中载荷主要传递路径是：载荷由底架结构快速传递给左右侧围，又由左右侧围结构传给前后悬架结构。利用拓扑优化技术优化乘员舱地板结构、行李舱地板结构和底架各横向断面结构，从而得到由前悬到后悬的无龙骨连接结构和底架各横向断面结构，能使载荷从底架快速传向左右侧围，并且合理的连接还减少了不必要的杆件使车身结构轻量化。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。通过上述方法，车身的强度、刚度都得到了有效的提高，在同等条件下，车身结构重量可以降低10％以上。

附图说明：

图1为某一全承载客车车身结构模型图；

图2为图1横向断面I-I视图；

图3为某一完整中央龙骨三维视图；

图4为本发明车身底架正视图；

图5为本发明车身底架俯视图；

图6为图4横向断面A-A左视图；

图7为图4横向断面B-B右视图；

图8为图4横向断面C-C右视图；

图9为图4行李舱结构断面D-D视图；

图10为本发明左侧围结构图；

图11为本发明右侧围结构图。

其中1、乘员舱层横向杆件II与行李舱层横向杆件Ⅱ2间的垂向连接杆件2、乘员舱层横向杆件Ⅳ与行李舱层横向杆件Ⅳ4之间的垂向连接杆件3、左侧围上腰梁4、左侧围下腰梁5、右侧围上腰梁6、右侧围下腰梁

具体实施方式：

本发明通过以下技术方案实现，结合附图，说明如下：

1)经过拓扑优化，底架中段乘员舱地板结构和行李舱地板结构被设计成了具有较高弯曲刚度和扭转刚度的相似结构。其中底架中段乘员舱地板结构包括横向杆件I、II、Ⅲ、Ⅳ、V，如图5示；底架行李舱地板结构包括横向杆件I1、II2、Ⅲ3、Ⅳ4、V5，如图9示。其中乘员舱层横向杆件I与Ⅱ之间、II与Ⅲ之间、Ⅲ与Ⅳ之间、Ⅳ与V之间和行李舱层横向杆件I1与II2之间、Ⅳ4与V5之间分别是由三个三角形结构组成，行李舱层横向杆件II2与Ⅲ3之间和Ⅲ3与Ⅳ4之间分别是由两个三角形结构组成，这些三角形的顶点包括：a～f、h~m和a1～f1、h1、j1～o1。其中乘员舱层横向杆件I和II之间的两个三角形△adc和△bed的两个顶点a和b的位置分别由前悬结构的纵向传力杆件的横向位置来决定，顶点c和e的位置为它们所在的横向杆件的端点，顶点d为所在横向杆件的中点，横向杆件V和Ⅳ之间与I和II之间布置相同；横向杆件II和Ⅲ之间的两个三角形△cdf和△edh的两个顶点f和h分别位于它们所在横向杆件Ⅲ的1/6和5/6处，横向杆件Ⅳ和Ⅲ之间与Ⅱ和Ⅲ之间布置相同；行李舱层横向杆件I1和II 2之间、Ⅳ4和V 5之间的三角形结构同乘员舱地板结构两侧I和Ⅱ之间与Ⅳ和V之间布置相同；横向杆件Ⅱ2和Ⅲ3之间的两个三角形△fld1h1和△j1d1h1的顶点d1为所在横向杆件的中点，f1和j1为所在横向杆件的端点，h1为所在横向杆件的中点，横向杆件Ⅳ4和Ⅲ3之间和Ⅱ2和Ⅲ3之间的布置相同。由此，乘员舱层和行李舱层各个斜撑位置可定。其中乘员舱层各相邻横向杆件间距相近且相差不超过10％，同理行李舱层各相邻横向杆件间距也相近且相差不超过10％，并且上下两层对应的横向杆件位置相对应。申请人已根据本发明设计了一款8.9米的无龙骨全承载式平地板公路客车，其中该客车底架宽度为2.36m，底架中段长度为2.921m，如图5示。该种形式设计适合8～10m长的客车，其中底架中段宽度可为2.3～2.5m，底架中段长度可2.3～3.5m。

2)车身底架正视图如图4示，其中段为箱形框架无斜撑，其中不同位置的横向断面根据具体情况经拓扑优化后被设计成了具有较高垂向刚度的不同的杆件连接形式，横向断面A-A和C-C被设计成了具有较多杆件的相同样式，横向断面B-B被设计成了具有较少杆件的样式。这些不同形式的横向断面结构可以将底架载荷快速传向左右侧围，实现左右侧围主要承载。其中横向断面A-A由乘员舱地板层横向杆件I、行李舱地板层横向杆件I1及其之间的垂向杆件和斜撑组成，如图6示。同理，横向断面C-C由乘员舱地板层横向杆件V、行李舱地板层横向杆件V 5以及中间的垂向杆件和斜撑组成，如图8示。横向断面B-B由乘员舱地板层横向杆件Ⅲ、行李舱地板层横向杆件Ⅲ3和之间的斜撑组成，如图7示。其中横向杆件I和I1之间的断面A-A由竖梁aa1和bb1划分为三个区，每个区由十字交叉的斜撑构成，其中斜撑交点n、o、p分别为所在斜撑中点；所述的横向杆件V和V5之间的断面C-C同断面A-A布置相同；横向杆件Ⅲ和Ⅲ3之间的断面B-B由斜撑ff1、gg1、gi1、hj1构成，点q和r分别在ff1和hj1中点偏下不到2/3处，连接q、g1和i1、r构成斜撑。因此各个横向断面的斜撑和垂向杆件位置可定。申请人设计的8.9米的无龙骨全承载式平地板公路客车底架中段高度为0.915m，如图6示。该种形式设计适合8～10m长的客车，其中底架中段高度可为0.8～1.1m。

3)车身结构无龙骨，车身底架中段乘员舱地板结构和行李舱地板结构都是一些不贯通杆件连接结构。其中横向断面A-A与横向断面B-B之间，先通过乘员舱层斜撑ac、ad、bd、be和行李舱层斜撑a1c1、a1d1、b1d1、b1e1分别与横向杆件Ⅱ、Ⅱ2形成多三角形结构连接，再通过乘员舱层斜撑ef、df、dh、eh和行李舱层斜撑d1f1、d1h1、d1j1形成多三角形结构连接；同理，横向断面B-B与横向断面C-C之间，先通过乘员舱层斜撑fi、fj、hj、hk和行李舱层斜撑f1l1、h1l1、j1l1分别与横向杆件Ⅳ、Ⅳ4形成多三角形结构连接，再通过乘员舱层斜撑il、jl、jm、km和行李舱层斜撑k1n1、l1n1、l1o1、m1o1形成多三角形结构连接。其中乘员舱层横向杆件Ⅱ与行李舱层横向杆件Ⅱ2垂向上于点d、d1处通过垂向杆件1相连接；同理，乘员舱层横向杆件Ⅳ与行李舱层横向杆件Ⅳ4垂向上于j、l1处通过垂向杆件2相连接。显然，乘员舱层斜撑整体上为非前后贯通杆件，行李舱层斜撑整体上也为非前后贯通杆件。与同类车型相比，由于没有前后贯通杆件构成的龙骨式承载结构，故称无龙骨结构。这些不贯通杆件主要是用来承受垂直载荷，并通过与左右侧围相连接的杆件把载荷快速传向左右侧围。其中不贯通杆件可以有多种斜撑设计形式。

4)左右侧围结构如图10、11所示，根据底架结构情况合理设计左右侧围各纵向、垂向杆件和斜撑，左侧围上下腰梁3、4间与右侧围上下腰梁5、6间皆为桁架结构形式，能快速接收由底架传递来的载荷，并承担这些载荷，从而实现左右侧围的主要承载，同时也使左右侧围载荷合理传向前后悬架部分，实现前后悬架部分的承载。

5)车身底架前后段、顶盖和前后围可根据具体情况灵活设计。

申请人已根据本发明设计了一款8.9米的无龙骨全承载式平地板公路客车，其中底架中段长为2.921m，宽为2.36m，高为0.915m。该车的车身结构正视图详见图12。车身结构性能的CAE分析结果如下：

1)车身弯曲刚度为：

K＝9.33×10⁶N/m

同类车型参考值为：(5.99-10.41)×10⁶N/m

2)车身扭转刚度为：

K＝6.44×10⁴N.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：19.65HZ

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：12.369HZ

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：177MPa

材料(Q235)屈服极限：235MPa

6)车身左轮悬空工况最大应力为：182MPa

材料(Q235)屈服极限：235MPa

7)车身右轮悬空工况最大应力为：159MPa

材料(Q235)屈服极限：235MPa

8)车身结构的重量为：1392kg

同类车型参考值为：2000kg左右

以上分析结果表明该车各项性能指标都介于或优于同类车型，但车身结构的重量比同类车型减少了500余公斤。

Claims

1.一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于底架中段乘员舱地板结构和行李舱地板结构都是一些不贯通杆件连接的结构，没有前后贯通式的龙骨结构，这些不贯通杆件主要是用来传递纵向力，而不是承载；底架中段纵向断面，从侧面看去为箱形框架无斜撑，横向断面则为若干个带斜撑的桁架结构，可以将底架载荷快速传向左右侧围，实现以左右侧围为主要承载结构的目标。

2.根据权利要求1所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的乘员舱地板结构由5根(I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V)横向杆件构成，各相邻横向杆件间距相近且相差不超过10％，每两根相邻杆件之间分别由三个三角形构成。

3.根据权利要求2所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的横向杆件I和II之间的两个三角形△adc和△bed的两个顶点a和b的位置分别由前悬结构的纵向传力杆件的横向位置来决定，顶点c和e的位置为它们所在的横向杆件的端点，顶点d为所在横向杆件的中点，横向杆件V和Ⅳ之间与I和II之间布置相同。

4.根据权利要求2所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的横向杆件II和Ⅲ之间的两个三角形△cdf和△edh的两个顶点f和h分别位于它们所在横向杆件Ⅲ的1/6和5/6处，横向杆件Ⅳ和Ⅲ之间与II和Ⅲ之间布置相同。

5.根据权利要求1所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的行李舱地板结构也由5根(I1、II2、Ⅲ3、Ⅳ4、V5)横向杆件构成，各相邻横向杆件间距相近且相差不超过10％，并且与乘员舱横向杆件位置相对应，两侧的两组横向杆件之间都是由三个三角形构成，中间的两组横向杆件之间都是由二个三角形构成。

6.根据权利要求5所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的横向杆件I1和II2之间、Ⅳ4和V5之间的三角形结构同乘员舱地板结构两侧布置相同。

7.根据权利要求5所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的横向杆件Ⅱ2和Ⅲ3之间的两个三角形△f1d1h1和△j1d1h1的顶点d1为所在横向杆件的中点，f1和j1为所在横向杆件的端点，h1为所在横向杆件的中点，横向杆件Ⅳ4和Ⅲ3之间和II2和Ⅲ3之间的布置相同。

8.根据权利要求1所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的车身乘员舱地板和行李舱地板之间横向断面由所在位置的受力情况经拓扑优化后可设计成不同形式，主要用来承受垂向载荷。

9.根据权利要求8所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的横向杆件I和I1之间的断面A-A由竖梁aa1和bb1划分为三个区，每个区由十字交叉的斜撑构成，所述的横向杆件V和V5之间的断面C-C同断面A-A布置相同。

10.根据权利要求8所述的一种无龙骨全承载客车车身结构，其特征在于所述的横向杆件Ⅲ和III3之间的断面B-B由斜撑ff1、gg1、gi1、fj1构成，点q和r分别在ff1和hj1中点偏下不到2/3处，连接q、g1和i1、r构成斜撑。