CN104309708A - 超高强度轻量化客车车身骨架结构 - Google Patents

超高强度轻量化客车车身骨架结构 Download PDF

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胡平
盈亮
于野
赵曦
范蓉
戴明华
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Abstract

本发明公开了一种超高强度轻量化客车车身骨架结构，所述车身骨架包括侧围立柱和顶围横梁，其特征在于：所述侧围立柱和所述顶围横梁均为辊压成型的C型梁结构；所述侧围立柱与车身骨架横梁连接处还设有局部加强部件。本发明通过合理的结构布局，能够有效降低车身骨架重量，进而提高电动/混合动力客车的续航里程，同时保障客车的侧翻安全性，提高乘客在侧翻事故中的存活几率，具有轻量化与实用化于一体等优点。

Description

超高强度轻量化客车车身骨架结构
技术领域
本发明涉及一种客车车身骨架优化结构，具体地说是一种超高强度轻量化客车车身骨架结构。
背景技术
随着经济发展，环境污染等问题日益严重，环保措施和政策越来越多，尤其是近些年电动汽车及混合动力汽车的快速发展，使得电动汽车以及混合动力汽车替代传统汽车成为可能，将大幅度减少汽车尾气污染，符合绿色低碳这一交通运输业的环保理念。然而电池作为电动汽车和混合动力汽车的最为重要的能量来源，目前发展还不算成熟，不能保证汽车的足够动力续航，通常对于客车、校车及城市公交车等大型汽车，加大电池数量是保证动力续航的唯一有效措施，通常电池的重量占大型汽车满载整车重量的10％-20％。但是电池重量存在临界值，且主要由车身重量决定，继续增加电池数量不会增加续航里程，因此需要对车身进行轻量化设计减重，以增加续航能力。
另一方面，再减重的同时，仍然要保障足够高的安全性，一般对于客车、校车等大型汽车，侧翻是其最主要的事故形式，而车身侧围立柱及顶围横梁是在侧翻碰撞过程中最主要受力部件和变形最大的部件，其强度和刚度越大，越能保护车内生存空间不被车身部件侵入，即侧翻安全性越高。现有技术中有通过变截面的客车侧围立柱来提高侧翻安全性，但是其结构增加了车身质量，故不利于轻量化电动/混合动力客车的发展需要，其次变截面梁的制造工艺较等截面梁的工艺相对复杂，增加成本。
发明内容
根据上述提出的现有的电动/混合动力的客车校车车身重，车身骨架稳定性差等技术问题，而提供一种超高强度轻量化客车车身骨架结构。本发明的车身骨架主要C型梁结构及其连接部设置局部加强部件，从而起到减轻车体重量，同时增强其强度刚度的效果。
本发明采用的技术手段如下：
一种超高强度轻量化客车车身骨架结构，所述车身骨架包括侧围立柱和顶围横梁，其特征在于：所述侧围立柱和所述顶围横梁均为辊压成型的C型梁结构；所述侧围立柱与车身骨架横梁连接处还设有局部加强部件。
所述车身骨架横梁包括侧围腰梁、窗腰梁等横梁连接处，所述局部加强部件可以加大局部连接强度。所述侧围立柱和所述顶围横梁，是由焊接、铆接或粘接工艺连接成一体，能够进一步增强侧翻碰撞时的承受冲击能力。
进一步地，所述C型梁是由高强度或超高强度的钢板或铝板经过连续辊压工艺成型的，所述C型梁的壁厚为0.8mm-4.5mm，所述C型梁的短边长度L1为28.0mm-52.0mm，所述C型梁的长边长度L2为32.0mm-68.0mm，L2：L1＝(1.20-1.85)：1。
进一步地，所述C型梁的壁厚为1.0mm-4.0mm，所述C型梁的短边长度L1为30.0mm-50.0mm，所述C型梁的长边长度L2为35.0mm-60.0mm，L2：L1＝(1.25-1.80)：1。
以上C型梁的结构参数可以保障所述C型梁的截面惯性矩足够大，进而提供足够的刚度。
进一步地，所述高强度或超高强度的钢板屈服强度为400MPa-1200MPa，所述铝板屈服强度为250MPa-400MPa，以保障所述C型梁有足够的强度。
进一步地，所述局部加强部件是由钢板或铝板制成的“几”字型结构，所述局部加强部件设置于所述侧围立柱与车身骨架横梁连接处的侧围立柱的内侧。所述局部加强部件通过焊接、铆接或粘接等连接工艺形式与侧围立柱及车身骨架横梁连接成为一体，具有加大局部连接强度和提高骨架整体结构强度的功能。
进一步地，所述局部加强部件的板料厚度为1.0mm-5.0mm，所述局部加强部件装配方向(装配方向是指垂直于“几”字平面所在的方向)宽度W2比所述侧围立柱内侧宽度W1宽0.02mm-0.05mm，这样保证装配后有一定的预紧压力，可以提高连接处的性能，所述局部加强部件与侧围立柱内侧贴合边缘应做打磨处理，以贴合侧围立柱内侧的内棱边圆角。
较现有技术相比，本发明所述超高强度轻量化客车车身骨架结构，以其高强度轻量化的侧围立柱及顶围横梁结构设计，可广泛应用于客车、校车、城市公交车、机场摆渡车以及专用车等存在侧围立柱及顶围横梁的车身骨架结构的交通运输工具。本发明能够有效降低车身骨架重量，进而提高电动/混合动力客车的续航里程，同时保障客车的侧翻安全性，提高乘客在侧翻事故中的存活几率，有利于电动/混合动力等新能源客车、校车、城市公交车等大型汽车的推广和应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明车身骨架的结构示意图。
图2是图1中A处局部放大图。
图3是本发明C型梁截面示意图。
图4是本发明局部加强部件的结构示意图。
图5是本发明局部加强部件安装在C型梁内侧的示意图。
图6是现有技术中车辆侧翻变形示意图。
图7是本发明侧翻变形示意图。
图中：1、侧围立柱2、顶围横梁3、局部加强部件。
具体实施方式
如图1所示，一种超高强度轻量化客车车身骨架结构，所述车身骨架包括侧围立柱1和顶围横梁2，所述侧围立柱1和所述顶围横梁2均为辊压成型的C型梁结构，所述侧围立柱1和所述顶围横梁2是由焊接、铆接或粘接工艺连接成一体，能够进一步增强侧翻碰撞时的承受冲击能力；所述C型梁(如图3所示)是由高强度或超高强度的钢板或铝板经过连续辊压工艺成型的，所述C型梁的壁厚为1.6mm，所述C型梁的短边长度L1为40.0mm，所述C型梁的长边长度L2为58.0mm，L2：L1＝1.45，以保障所述C型梁的截面惯性矩足够大，进而提供足够的刚度，所述高强度钢板采用DP980钢材质，其屈服强度为552MPa左右，抗拉强度为972MPa左右，以保障所述C型梁有足够的强度。
所述侧围立柱1与车身骨架横梁连接处(如图1中A处所示，图2为其局部放大图)还设有局部加强部件3，所述局部加强部件3(如图4所示)是由钢板或铝板制成的“几”字型结构，所述局部加强部件3设置于所述侧围立柱1与车身骨架横梁连接处的侧围立柱1的内侧(如图5所示)。所述局部加强部件3通过焊接、铆接或粘接等连接工艺形式与侧围立柱1及车身骨架横梁连接成为一体，具有加大局部连接强度和提高骨架整体结构强度的功能。所述局部加强部件3的板料厚度为2.0mm，所述局部加强部件3装配方向宽度W2比所述侧围立柱1内侧宽度W1宽0.02mm-0.05mm，保证装配后有一定的预紧压力，可以提高连接处的性能。所述局部加强部件3与侧围立柱1内侧贴合边缘应做打磨处理，以贴合侧围立柱内侧的内棱边圆角。
如图6、7所示，为验证和说明本发明的客车车身骨架结构的安全及轻量化有效性，基于LS-DYNA大型有限元分析软件，对装配本发明的整车(某款长头型校车)和原始结构整车进行侧翻碰撞有限元模拟计算并对计算结果进行分析和评价。通过获取侧围立柱的变形量的平均值来评价其侧翻碰撞安全性，变形量越大，车内生存空间越容易被侵入(侧围立柱与生存空间的距离越近)。原始校车的侧围立柱及顶围横梁采用16Mn钢材质的矩形管，其尺寸是50mm×40mm×2mm。采用本发明结构的尺寸是58mm×40mm×1.6mm，材料选用DP980钢材质的C型梁。经侧翻碰撞模拟仿真后的结果显示，原始校车结构的侧围立柱变形量平均值是574.5mm，而采用本发明结构的侧围立柱变形量平均值是548.3mm，并且其侧围立柱和顶围横梁共减重74.2kg，因此基于侧翻碰撞仿真分析，本发明可以有效减轻车身重量的同时保障了侧翻安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超高强度轻量化客车车身骨架结构，所述车身骨架包括侧围立柱(1)和顶围横梁(2)，其特征在于：所述侧围立柱(1)和所述顶围横梁(2)均为辊压成型的C型梁结构；所述侧围立柱(1)与车身骨架横梁连接处还设有局部加强部件(3)。
2.根据权利要求1所述的超高强度轻量化客车车身骨架结构，其特征在于：所述C型梁是由高强度或超高强度的钢板或铝板经过连续辊压工艺成型的，所述C型梁的壁厚为0.8mm-4.5mm，所述C型梁的短边长度L1为28.0mm-52.0mm，所述C型梁的长边长度L2为32.0mm-68.0mm，L2：L1＝(1.20-1.85)：1。
3.根据权利要求2所述的超高强度轻量化客车车身骨架结构，其特征在于：所述C型梁的壁厚为1.0mm-4.0mm，所述C型梁的短边长度L1为30.0mm-50.0mm，所述C型梁的长边长度L2为35.0mm-60.0mm，L2：L1＝(1.25-1.80)：1。
4.根据权利要求2所述的超高强度轻量化客车车身骨架结构，其特征在于：所述高强度或超高强度的钢板屈服强度为400MPa-1200MPa，所述铝板屈服强度为250MPa-400MPa。
5.根据权利要求1所述的超高强度轻量化客车车身骨架结构，其特征在于：所述局部加强部件(3)是由钢板或铝板制成的“几”字型结构，所述局部加强部件(3)设置于所述侧围立柱(1)与车身骨架横梁连接处的侧围立柱(1)的内侧。
6.根据权利要求5所述的超高强度轻量化客车车身骨架结构，其特征在于：所述局部加强部件(3)的板料厚度为1.0mm-5.0mm，所述局部加强部件(3)装配方向宽度W2比所述侧围立柱(1)内侧宽度W1宽0.02mm-0.05mm。
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