CN103786800A - 一种半挂式公路客车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半挂式公路客车，驾驶舱后围为内凹的圆弧面结构（3），乘客舱前围为前凸的圆弧面结构（4）；乘客上车门由三道门组成，分别为一道外部上车门和两道上车通道门，在驾驶舱右侧围开设外部上车门（5），上车踏步分为驾驶舱内踏步（8）与乘客舱内踏步（9）两部分；牵引车（1）和半挂式车身（2）均为双桥结构，牵引车前桥（10）为转向桥，后桥（11）为驱动桥，半挂式车身双桥（12）均为联动转向桥；驾驶舱后围与乘客舱前围间隙很小，减小行驶风阻的同时增加了驾驶舱与乘客舱内空间，增大载客量，联动转向关系的建立，不仅减小了转弯通道宽度，节省道路资源，而且保证转弯时车身尾部无外摆，提高行驶安全性。

Description

一种半挂式公路客车

技术领域

本发明涉及客车与半挂客车的车体结构，更具体而言,设计一种半挂式公路客车结构。

背景技术

近半个世纪以来，在国外曾经运营的半挂式公交车销声匿迹。传统的半挂式客车存在整车过重、乘员与驾驶员交流不便、牵引车和车厢之间空间利用率不高以及整车转弯占用较大道路资源等问题。但是半挂式客车本身所具有的载客量大、安全性高、舒适型好等优势是不容忽视的。

近年来，基于全承载式客车大量涌现，全承载设计技术日臻完善，车内通讯，电子影音技术等都飞跃发展,中国专利申请号201310177331.8公开了一种半挂式全承载客车车身结构，解决传统半挂式客车整车过重、驾驶员与乘客交流不便的问题，但是由于在驾驶舱后围与乘客舱前围之间布置裸露在外的乘客上车踏出，所占空间较大，导致空间利用率不高，行驶空气阻力也较大，并且裸露在外的踏步不仅不易保持清洁而且影响雨雪天乘客上车方便性，安全性。

此外，传统半挂式客车转弯占用较大道路资源等问题仍未解决。中国专利申请号201310164321.0公开了一种四轴单铰链铰接式客车副车联动转向桥轮轴中点偏转角α与主车与副车之间的相对摆角β之间的联动关系：

通过采用最小二乘法数值拟合方法将其简化为线性关系α＝kβ。该方案在很大程度上减小了大型铰接客车的转弯通道宽度，但是采用数值拟合方法简化后的线性联动转向关系α＝kβ会导致转弯过程中副车可能出现外摆现象，不利于驾驶员驾驶，影响行车安全。

因此，若能在传统半挂式客车优势的基础上解决所存在的各种问题，半挂式客车将有很大发展空间。现针对以上问题结合我国公路客车发展现状提出一种新型半挂式公路客车结构。

发明内容

本发明提出一种半挂式公路客车，能够减轻车身重量，增大载客量的同时保证车身承载能力；有效利用驾驶舱与乘客舱之间的空间，提高乘员上车安全性和乘坐舒适性，进一步的目的是，基于保证转弯时车身尾部无外摆的设计思想，建立了一种后桥联动转向关系，减小了转弯通道宽度，提高了行驶安全性，加强了结构方案的实用性。

一种半挂式公路客车，包括牵引车和半挂式车身，通过牵引座和牵引销将牵引车和半挂式车身铰接在一起；驾驶舱后围为内凹的圆弧面结构，乘客舱前围为前凸的圆弧面结构，两圆弧面同轴,同轴的轴线为牵引销轴线；乘客上车门由三道门组成，分别为一道外部上车门和两道上车通道门，在驾驶舱右侧围开设外部上车门，在驾驶舱后围及乘客舱前围对应位置开设乘客上车通道门；上车踏步分为驾驶舱内踏步与乘客舱内踏步两部分；所述的牵引车和半挂式车身均为双桥结构，牵引车前桥为转向桥，后桥为驱动桥，半挂式车身双桥均为联动转向桥。

作为进一步的优选，所述的驾驶舱后围为内凹的圆弧面结构，乘客舱前围为前凸的圆弧面结构，两圆弧面同轴，同轴的轴线为牵引销轴线,两圆弧面之间的间隙是在200～300mm范围内取值。

作为进一步的优选，所述的乘客上车门由三道门组成，分别是一道外部上车门和两道上车通道门；在驾驶舱右侧围设置外部上车门，设置在前轴后部，降低乘客上车高度；在驾驶舱后围及乘客舱前围对应位置开设乘客上车通道门。

作为进一步的优选，驾驶舱内踏步为三级踏步，沿驾驶舱后围圆弧面的弧形走向布置，乘客舱内踏步为两级踏步。

作为进一步的优选，牵引车前桥和半挂式车身双桥均为双轮布置，即左右各一个车轮，牵引车后桥为四轮布置，即左右各两个车轮。

作为进一步的优选，还包括使牵引车和半挂式车身的车桥同时转向的联动转向机构。

作为进一步的优选，所述联动转向机构具有联动关系；即半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β之间的关系α＝kβ，其中k是固定系数。

作为进一步的优选，所述固定系统k的取值是0.35至0.4之间。有益效果：

本发明所述的驾驶舱内凹的圆弧面后围与乘客舱前凸的圆弧面前围同轴，并且间隙很小，减小行驶风阻的同时增加了驾驶舱与乘客舱内空间，增大载客量；转弯过程中驾驶舱后围与乘客舱前围始终保持等间隙，无运动干涉；上车门开设在驾驶舱右侧围前轴后部，降低乘客上车高度，方便上车；上车驾驶舱内踏步布置为沿驾驶舱后围圆弧面的弧线走向，充分利用驾驶舱内空间；在驾驶舱后围及乘客舱前围对应位置开设上车通道门，采用弧形侧滑同步舱门，并装有安全保护装置，节省了车内空间并且提高了乘员安全性；基于保证转弯时车身尾部无外摆的设计思想，提出的一种后桥联动转向关系的确定方法，减小了转弯通道宽度，提高了行驶安全性，加强了结构方案的实用性。半挂式车身两悬架既可以采用独立悬架结构，提高乘坐舒适性，也可以采用非独立悬架降低成本，为生产企业提供了更广阔的选择空间。

附图说明

图1为本发明所述的半挂式公路客车整车示意图。

图2为本发明所述的半挂式公路客车结构半挂式车身整体骨架示意图。

图3为本发明所述的半挂式公路客车结构整车俯视图。

图4为本发明所述的半挂式公路客车结构牵引车示意图。

图5为本发明所述的半挂式公路客车结构半挂式车身示意图。

图6为本发明所述的半挂式公路客车结构驾驶舱后围上车通道门局部示意图。

图7为本发明所述的半挂式公路客车结构乘客舱前围上车通道门局部示意图。

图8为本发明所述的半挂式公路客车结构转弯示意图。

图9为本发明的半挂式公路客车的主要尺寸参数示意图。

图10为本发明的半挂式公路客车的联动转向装置示意图。

其中：1、牵引车2、半挂式车身3、驾驶舱后围4、乘客舱前围5、乘客外部上车门6、驾驶舱上车通道门7、乘客舱上车通道门8、上车驾驶舱内踏步9、上车乘客舱内踏步10、牵引车前桥11、牵引车后桥12、半挂式车身双联动转向桥13、驾驶舱后围与乘客舱前围结构间隙。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。

本方案中使用的主要尺寸参数如图9所示，其中：L_C是牵引车前悬长度，L_D是牵引车轴距，L_E是牵引销轴线到牵引车后轴的距离（牵引座前置距），L_L是牵引销轴线到半挂式车身第一根轴的距离（大轴距），L_S是半挂式车身第一根轴到第二根轴的距离（小轴距），L_F是半挂式车身后悬长度，W是整车宽度。

半挂式车身整体骨架结构如图2所示，为采用小截面杆件拼焊而成的全承载式整体结构。半挂式公路客车结构整车示意图如图1所示，俯视图如图3所示，牵引车1和半挂式车身2均为双桥结构，整车为四桥结构，牵引车前桥10为转向桥，后桥11为驱动桥，半挂式车身双桥12均为联动转向桥，其中只有驱动桥为每侧双轮胎布置，其他车桥均为每侧单轮胎布置，转向时，半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β联动。

驾驶舱后围为内凹的圆弧面结构3，乘客舱前围为前凸的圆弧面结构4，如图4、5所示。两圆弧面同轴，轴线为牵引销轴线，两圆弧面间隙13是在200～300mm范围内选取的某值，此间隙值要符合GB/T20070-2006道路车辆牵引车与半挂车之间机械连接互换性的相关规定。半挂式车身前悬（牵引销轴线至半挂式车身最前端的距离）即是乘客舱前围圆弧面的半径，转弯过程中驾驶舱后围与乘客舱前围始终保持等间隙，保证转弯时无运动干涉，此结构设计不仅充分利用了驾驶舱与乘客舱之间的空间，增大载客量，而且也减小了行驶过程中的空气阻力。

乘客上车门由三道门组成，分别为一道外部上车门和两道上车通道门。在驾驶舱右侧围开设外部上车门5，如图1所示，设置在前轴后部，降低乘客上车高度，方便上车；在驾驶舱后围及乘客舱前围对应位置开设乘客上车通道门6、7，如图4、5所示，采用弧形侧滑同步舱门，作为一种优选，并且装有安全保护装置，保证车辆行驶时乘客上车通道门不能开启，开启时车辆不能启动，节省了车内空间并且提高了乘员安全性。

上车踏步由驾驶舱内踏步8与乘客舱内踏步9与两部分组成，如图6、7所示。驾驶舱内踏步8为固定在牵引车车架上的三级踏步，沿着驾驶舱后围圆弧面的弧形走向布置，乘客舱内踏步9为两级踏步，布置在两侧龙骨中间，一级踏步深度结束于前围与侧围的焊接平面。这种上车方式有效的利用了驾驶舱与乘客舱内空间，保证了半挂式车身结构的对称性和完整性，提高车身承载能力。

半挂式公路客车结构的转弯情况如图8所示，半挂式客车在转弯时牵引车的转向轮外轮、驱动轮和半挂式车身的双联动转向轮都绕同一中心点O转弯。转弯通道宽度A为R与r的差值，即A=R-r，其中，R为整车最外点在地面上的投影所形成的外圆周轨迹半径，r为整车最内侧部位在地面上的投影所形成的内圆周轨迹半径。为保证在转弯过程中牵引车与半挂式车身的转弯中心重合，可通过控制半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β联动来实现。

一种联动转向关系的确定方法：为了避免转弯时出现车身尾部外摆现象，可通过控制m＝n来保证车身的前后运行轨迹一致，其中m为牵引车和半挂式车身铰接点h到半径为R圆周的最小距离，n为半挂式车身最后端中点t到半径为R圆周的最小距离。

根据图8中的几何关系，推导出半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β之间的联动关系，过程如下：

过转弯中心O做半挂式车身纵向中心线垂线，可得∠iOp＝β，∠pOq＝α；

由m＝n，可得ΔOph≌ΔOpt，所以hp＝pt，

在ΔOpi中，有Op＝ipcotβ，在ΔOpq中，有Op＝pqcotα，

由ipcotβ＝pqcotα，

代入ip＝hp-hi，hi＝hj/cosβ，hp＝（L_L+L_S+L_F）/2，hj＝L_E，

pq＝pt-qt，pt＝（L_L+L_S+L_F）/2，qt＝L_S+L_F，

可得[（L_L+L_S+L_F）/2-L_E/cosβ]cotβ＝[（L_L+L_S+L_F）/2-L_S+L_F]cotα，

整理可得α＝arccot{[cosβ(L_L+L_S+L_F)-2L_E]/[sinβ(L_L-L_S-L_F)]}。

但是此联动关系过于复杂，工程上难以实现，需要对其进行简化。

由于在转弯过程中驾驶员较难观察到车辆外摆的情况，影响车辆行驶安全性，并且GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》中对车辆外摆值有所限制（不得大于0.8米），所以本发明通过控制车辆转弯过程中无外摆或者轻微内摆来提高行驶安全性，这可以通过合理的联动关系α＝kβ实现，需要找到α与β之间的最小比值k。

利用导数求最值过程如下：

令

f(β)＝α/β＝arccot{[cosβ(L_L+L_S+L_F)-2L_E]/[sinβ(L_L-L_S-L_F)]}/β

通过

求出f_min(β)，

令k＝f_min(β)。

但是上述求解k（f_min(β)）过程较为复杂，此处采用简化思想近似求出k：

根据GB/T20070-2006道路车辆牵引车与半挂车之间机械连接互换性规定，在转弯状态下，铰接角β应能达到90度，但是由于本发明是应用于客运的半挂式结构，不同于普通货运半挂车，此处参照一般铰接客车主副车水平转角的限值，选取铰接角β上限值为45度。

本发明利用在[0°，45°]区间内选取若干个铰接角β_i（i＝0，1，...，n），通过α＝arccot{[cosβ(L_L+L_S+L_F)-2L_E]/[sinβ(L_L-L_S-L_F)]}联动关系求出对应的α_i，令k_i′＝α_i/β_i，从中选取k′＝min(k_i′)。上述方法计算出的k′一定大于或者等于f_min(β)，为了保证在转弯过程中，β为[0°，45°]区间内的任意值时，车辆都无外摆，令

其中为安全系数，。

简化后的线性联动关系α＝kβ可以有多种实现方式，本发明仅提供一种较为简单的机械方式作为示范性说明，如图10所示，机械式联动转向机构主要由角度转换机构、传递机构以及双摇杆机构组成。角度转换机构包括小齿轮15和大齿轮16：小齿轮15和大齿轮16安装在半挂式车身鹅颈部，其中小齿轮15的中心线即为牵引销轴线，小齿轮15和大齿轮16半径比r₁/r₂＝α/β＝k，小齿轮15上开有键槽14，转弯过程中，通过牵引车鞍座上机构与键槽配合，带动小齿轮15转动，转动角度即为β，从而带动大齿轮16转动，转动角度即为α；传递机构包括摇臂17、连杆18和摇臂19：通过焊接在大齿轮16上的摇臂17、连杆18以及焊接在转向板20上的摇臂19实现角度α的传递，摇臂17与摇臂19等长；摇臂19带动转向板20绕固定点A转动α，从而带动双摇杆机构AA₁A₂A₃和AA₄A₅A₆，实现左右车轮转动，左右车轮转动角度γ₁与γ₂与α的关系可以通过设计摇杆机构杆件长度实现，在忽略轮胎侧偏角和侧向滑移的情况下，理想的左右车轮转动角度可以保证转弯过程中车轮为纯滚动状态。

以下结合附图给出的示范性实施例对本发明作进一步详细描述。

本方案基于GB1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》，以车辆通道圆的外圆半径12.50米作为车身最外点的转弯半径R。本方案中，主要尺寸参数如下（单位：米）：牵引车前悬长度L_C=1.00，牵引车轴距L_D=3.50，牵引销轴线到牵引车后轴的距离（牵引座前置距）L_E=0.50，牵引销轴线到半挂式车身第一轴的距离（大轴距）L_L=8.00，半挂式车身第一根轴到第二根轴的距离（小轴距）L_S=1.30，半挂式车身后悬长度L_F=2.4，整车宽度W=2.50。半挂式客车牵引车长度5.50米，半挂式车身长度13.20米，牵引销轴线到车头的垂直距离4.00米，牵引销轴线到车尾的垂直距离11.70米，客车总长度15.70米。

根据图8中的几何关系，计算出车身最内侧部位在地面上的投影所形成的内圆周轨迹半径r，从而求出转弯通道宽度A。

采用如下公式近似求出r值：

$R^2={\{\sqrt{{(r+W/2)}^2+{[(L_L+L_S+L_F)/2]}^2}+W/2\}}^2+{(L_C+L_D)}^2$

由于L_E值较小且转向中心到铰接点的距离较大，故在推到上述公式时，可将转向中心到铰接点的距离近似等效为转向中心到牵引车后轴中点的距离。

代入数据求出r值约为7.36m。

由A=R-r，得到A值约为5.14m。

由于客车市场中与本方案相似车型很少，故此处选取一般12米公路客车作为参考。一般12米公路客车（宽2.5米，轴距6米，前悬2.5米，后悬3.5）转弯通道宽度A为5.80米左右。本实施例的15.7米半挂式公路客车所需的转弯通道宽度相比普通12米公路客车还减小了大约0.70米，达到了减小转弯通道宽度的目的。

本方案通过采用数值求最值方法找到半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β之间的最小比值k，将复杂的联动关系α＝arccot{[cosβ(L_L+L_S+L_F)-2L_E]/[sinβ(L_L-L_S-L_F)]}简化为线性关系α＝kβ，过程如下：

在[0°，45°]区间内每隔1度选取一个铰接角β，即β_i（i＝0，1，...，n）为0，1、2…44、45度，由解析式α＝arccot{[cosβ(L_L+L_S+L_F)-2L_E]/[sinβ(L_L-L_S-L_F)]}求出对应α_i（解得α_i=0、0.402、0.804、1.207、1.610、2.014、2.420、2.827、3.236、3.646、4.059、4.474、4.893、5.314、5.738、6.166、6.598、7.034、7.475、7.920、8.371、8.827、9.289、9.758、10.233、10.715、11.205、11.702、12.208、12.723、13.248、13.782、14.327、14.883、15.450、16.030、16.624、17.231、17.852、18.489、19.143、19.813、20.502、21.210、21.938和22.687度)，令k_i′＝α_i/β_i(i≠0)（解得k_i′=0.402、0.402、0.402、0.403、0.403、0.403、0.404、0.404、0.405、0.406、0.407、0.408、0.409、0.410、0.411、0.412、0.414、0.415、0.417、0.419、0.420、0.422、0.424、0.426、0.429、0.431、0.433、0.436、0.439、0.442、0.445、0.448、0.451、0.454、0.458、0.462、0.466、0.470、0.474、0.479、0.483、0.488、0.493、0.499、0.504），从中选取k′＝min(k_i′)＝0.402，令

选取安全系数

为0.9，k＝0.9k′≈0.362，即半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β之间的联动关系为α＝0.362β。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种半挂式公路客车，包括牵引车（1）和半挂式车身（2），通过牵引座和牵引销将牵引车（1）和半挂式车身（2）铰接在一起；其特征在于：驾驶舱后围为内凹的圆弧面结构（3），乘客舱前围为前凸的圆弧面结构（4），两圆弧面同轴；乘客上车门由三道门组成，分别为一道外部上车门和两道上车通道门，在驾驶舱右侧围开设外部上车门（5），在驾驶舱后围及乘客舱前围对应位置开设乘客上车通道门（6、7）；上车踏步分为驾驶舱内踏步（8）与乘客舱内踏步（9）两部分；所述的牵引车（1）和半挂式车身（2）均为双桥结构，牵引车前桥（10）为转向桥，后桥（11）为驱动桥，半挂式车身双桥（12）均为联动转向桥。

2.根据权利要求1所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：所述的驾驶舱后围为内凹的圆弧面结构（3），乘客舱前围为前凸的圆弧面结构（4），两圆弧面同轴，同轴的轴线为牵引销轴线，两圆弧面之间的间隙（13）是在200～300mm范围内取值。

3.根据权利要求1所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：所述的乘客上车门由三道门组成，分别是一道外部上车门和两道上车通道门；在驾驶舱右侧围设置外部上车门（5），设置在前轴后部，降低乘客上车高度；在驾驶舱后围及乘客舱前围对应位置开设乘客上车通道门。

4.根据权利要求1所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：驾驶舱内踏步（8）为三级踏步，沿驾驶舱后围圆弧面的弧形走向布置，乘客舱内踏步（9）为两级踏步。

5.根据权利要求1所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：牵引车前桥（10）和半挂式车身双桥（12）均为双轮布置，即左右各一个车轮，牵引车后桥（11）为四轮布置，即左右各两个车轮。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：还包括使牵引车和半挂式车身的车桥同时转向的联动转向机构。

7.根据权利要求6所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：所述联动转向机构具有联动关系；即半挂式车身第一桥轮轴中点偏转角α与牵引车和半挂式车身铰接角β之间的关系α＝kβ，其中k是固定系数。

8.根据权利要求6所述的一种半挂式公路客车，其特征在于：所述固定系统k的取值是0.35至0.4之间。

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