CN106428240A - 一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，包括：第一安全隔断，其位于所述车身结构的前部，所述第一安全隔断的内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖前横梁，下部固定于车身结构的底架前下横梁，在内侧立柱与车身结构的前侧围之间安装多个第一斜撑，并且所述第一斜撑与内侧立柱形成多个三角形结构；第二安全隔断，其位于所述车身结构的后部，所述第二安全隔断的内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖后横梁，下部固定于车身结构的底架后下横梁，在内侧立柱与车身结构的后侧围之间安装多个第二斜撑，并且所述第二斜撑与内侧立柱形成多个三角形结构。

Description

一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构
技术领域
本发明涉及客车车身结构领域，具体涉及一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构。
背景技术
全承载客车车身结构是一种由格栅底架和车身骨架组成的可承受全部载荷的客车车身空间结构形式，亦称“客车承载式车身”。采用全承载车身结构比采用非承载车身和半承载车身结构理论上应具有低重量、高刚度、高安全性、高燃油经济性、良好舒适性等优点，是客车车身结构发展的主流方向。为提高大型公路旅游客车的安全性，GB7258-2012《机动车安全技术条件》规定车长大于11m的公路客车和旅游客车及所有卧铺客车，车身应为全承载整体框架结构。
为了满足客车强度和刚度的性能要求，提高客车的整体抗弯承载能力，本发明人在专利201310350144.5中提出了一种平行三桁架式全承载客车车身结构，和传统客车车身结构相比，平行三桁架式全承载客车车身结构使车身整体受力更加协调，整体强度和刚度性能都得到了较大的提高；但是，平行三桁架式全承载客车车身结构在客车侧翻安全性方面改善不够明显，在客车发生侧翻时，车身结构主要承受沿车身坐标系Z轴方向的弯曲载荷及绕X轴的扭转载荷，根据理论计算分析，原有的全承载车身结构主要是靠车身侧围立柱和顶盖横梁的矩形钢管弯曲变形抵抗碰撞载荷，由于小截面杆件承受弯曲载荷的能力很差，大大降低这种三桁架式全承载客车车身结构的弯曲载荷承载能力，降低了骨架结构材料的承载利用率，同时也限制了结构轻量化潜力。
发明内容
本发明设计开发了一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，本发明的发明目的是解决客车在侧翻时车身结构抗变形的能力，并且减轻车身重量的问题。
本发明提供的技术方案为：
一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，包括：
第一安全隔断，其位于所述车身结构的前部，所述第一安全隔断的内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖前横梁，下部固定于车身结构的底架前下横梁，在内侧立柱与车身结构的前侧围之间安装多个第一斜撑，并且所述第一斜撑与内侧立柱形成多个三角形结构；
第二安全隔断，其位于所述车身结构的后部，所述第二安全隔断的内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖后横梁，下部固定于车身结构的底架后下横梁，在内侧立柱与车身结构的后侧围之间安装多个第二斜撑，并且所述第二斜撑与内侧立柱形成多个三角形结构。
优选的是，所述第一安全隔断位于车身结构的前门后端，所述第二安全隔断位于车身结构的后门前端。
优选的是，所述第一安全隔断分别与所述顶盖前横梁以及底架前下横梁焊接固定。
优选的是，所述第二安全隔断分别与所述顶盖后横梁以及底架后下横梁焊接固定。
优选的是，所述第一斜撑分别与所述前侧围以及所述第一安全隔断的内侧立柱焊接固定。
优选的是，所述第二斜撑分别与所述后侧围以及所述第二安全隔断的内侧立柱焊接固定。
优选的是，所述第一安全隔断以及所述第二安全隔断沿所述车身纵向中心线对称。
优选的是，所述车身结构用矩形管拼焊固定。
本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：
1、安全隔断的内侧立柱上部与顶盖横梁焊接相连，下部与底架横梁焊接相连、侧围通过斜撑的形式与侧围立柱焊接相连，形成一个由一系列三角形所组成的整体式桁架结构，在客车发生侧翻时，原有的车身结构主要是靠车身侧围立柱和顶盖横梁的弯曲变形抵抗碰撞载荷，而本发明的安全隔断能通过一系列的三角形结构，将客车侧翻时承受的碰撞载荷分解、转变成安全隔断中斜撑的轴向载荷，由于杆件抵抗轴向载荷的能力是抵抗弯曲载荷能力的数十倍。因此，本发明的安全隔断结构可以充分发挥杆件抗轴向载荷能力极强的优势，从根本上提高车身侧向抗变形的能力，改善客车侧翻安全性；
2、杆件在发生弯曲变形时，很大的变形只能吸收较小的能量；发生轴向变形时，则完全相反，很小的变形可以吸收很大的能量，带有安全隔断的新型车身结构从原理上改变了车身结构的吸能方式，只要结构发生很小的变形就可以吸收较大的能量，有效的改善整车结构的吸能特性；
3、由于带有安全隔断的承载式车身结构提高了客车侧翻安全性，故在同等的性能要求下，车身结构的侧围立柱、顶盖横梁及底架横梁结构的质量都可以得到进一步的减轻，更有利于实现客车整体轻量化的目标；
4、本发明所提出的安全隔断结构在前门后和后门前形成了两个刚性断面，对车身结构的扭转刚度也显著的改善。
附图说明
图1为本发明车身整体骨架三维示意图。
图2为本发明所提安全隔断在车身中位置侧视图。
图3为本发明客车结构分解示意图。
图4为本发明所述的第一安全隔断与车身相连接结构的断面图。
图5为本发明所述的第二安全隔断与车身相连接结构的断面图。
图6为本发明所述的不带安全隔断结构的车身断面变形图。
图7为本发明所述的带安全隔断结构的车身断面变形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供了一种带安全隔断的承载式客车车身结构，其是在本发明人已提出的平行三桁架式全承载车身结构的基础上所设计的新型车身结构，原有的平行三桁架式全承载客车车身结构包括中桁架、左桁架及右桁架三部分，这三部分所形成的整体抗弯承载结构，承担了车辆行驶时车身承担的主要弯曲载荷，满足了客车强度和刚度的性能要求，如图3所示，本发明是在原有的前围330，左侧围340，后围350，右侧围360，顶盖370及底架380结构的基础上，增加两组安全隔断结构，分别为第一安全隔断100、第二安全隔断200。
如图2所示，第一安全隔断100位于前门310后端，第二安全隔断200于后门320前端。安全隔断结构在前门310后端和后门320前端所形成的两个刚性断面显著地改善了车身结构的扭转刚度。
如图2～5所示，第一安全隔断100内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖前横梁341，下部固定于车身结构的底架前下横梁381，在内侧立柱110与车身结构的前侧围之间安装多个第一斜撑111～115，并且第一斜撑111～115形成连续的三角形结构；第二安全隔断200内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖后横梁342，下部固定于车身结构的底架后下横梁383，在内侧立柱210与车身结构的后侧围之间安装多个第二斜撑211～215，并且第二斜撑211～215形成连续的三角形结构。
在另一种实施例中，第一安全隔断100分别与顶盖前横梁341以及底架前下横梁381焊接固定，第二安全隔断200分别与顶盖后横梁342以及底架后下横梁383焊接固定。
在另一种实施例中，第一斜撑111～115分别与前侧围以及第一安全隔断的内侧立柱110焊接固定，第二斜撑211～215分别与后侧围以及第二安全隔断的内侧立柱210焊接固定。
如图4、图5所示，每组安全隔断结构都包含沿xoy平面左右对称的两部分，每个部分都由一根内侧立柱和五根斜撑组成，两组安全隔断的内侧立柱与顶盖横梁焊接相连，下部与底架横梁焊接相连，侧围通过斜撑的方式与侧围立柱焊接相连，形成一个由一系列三角形所形成的整体式平面桁架结构。
在客车发生侧翻时，原有的车身结构主要是靠车身侧围立柱和顶盖横梁的弯曲变形抵抗碰撞载荷，而本发明的安全隔断能通过一系列的三角形结构，将客车侧翻时承受的碰撞载荷分解、转变成安全隔断中斜撑的轴向载荷，充分发挥杆件抗轴向载荷能力极强的优势，从根本上提高车身侧向抗变形的能力，改善客车侧翻安全性；同时，杆件在发生弯曲变形时，很大的变形只能吸收较小的能量；发生轴向变形时，则完全相反，很小的变形可以吸收很大的能量，带有安全隔断的新型车身结构从原理上改变了车身结构的吸能方式，只要结构发生很小的变形就可以吸收较大的能量，有效的改善整车结构的吸能特性。此外，在同等的性能要求下，由于带有安全隔断的承载式车身结构提高了客车侧翻安全性，故而车身结构的侧围立柱、顶盖横梁及底架横梁结构的质量都可以得到进一步的减轻，有利于实现客车整体轻量化的目标。
下面结合具体的实施例做进一步说明。
本发明所提出的带安全隔断的承载式车身结构形式是基于平行三桁架式承载客车车身结构进行设计的，车身整体骨架如图1所示，整车结构全采用矩形管拼焊而成。
由图3所示，原有的平行三桁架结构包括中桁架、左桁架和右桁架三部分，该车身总体由前围330，顶盖340，左侧围350，后围360，右侧围370，底架380及第一安全隔断100、第二安全隔断200组成。
如图2所示，第一安全隔断100位于前门310后端，第二安全隔断位于后门320前端，由安全隔断结构在前门后端和后门前端所形成的两个刚性断面显著的改善了车身结构的扭转刚度，两组安全隔断结构都包含沿xoy平面左右对称的两部分，每部分都是由一根内侧立柱和五根斜撑这6部分组成；在本实施例中，内侧立柱为40×40mm的矩形钢管，斜撑均为30×40mm的矩形钢管。
如图4所示，第一安全隔断100的内侧立柱110高2820mm，上部与顶盖前横梁341焊接相连，下部与底架前下横梁381焊接相连，斜撑111一端与前侧围立柱331顶端焊接相连，另一端与内侧立柱110和顶盖前横梁341连接处焊接相连，斜撑112一端与内侧立柱110焊接相连，距离内侧立柱110顶端806mm，另一端与斜撑111和前侧围立柱331连接处焊接相连，斜撑113一端焊接于前侧围立柱331顶端下侧1060mm处，另一端与内侧立柱110和斜撑112连接处焊接相连，斜撑114一端与内侧立柱110和底架前上横梁382连接处焊接相连，另一端与前侧围立柱331和斜撑113连接处焊接相连，斜撑115一端与前侧围立柱331和底架下横梁381连接处焊接相连，另一端与斜撑114和内侧立柱110连接处焊接相连。
如图5所示，第二安全隔断200的内侧立柱210高2500mm，上、下部分别与顶盖后横梁342和底架后下横梁383焊接在一起，斜撑211一端与后侧围立柱361顶端焊接相连，另一端与内侧立柱210和顶盖后横梁342连接处焊接相连，斜撑212一端与内侧立柱210焊接相连，连接处距离内侧立柱210顶端806mm，另一端与斜撑211和后侧围立柱361连接处焊接相连，斜撑213一端与后侧围立柱361顶端下侧1060mm处焊接相连，另一端与内侧立柱210和斜撑212连接处焊接相连，斜撑214一端与内侧立柱210和底架后上横梁384连接处焊接相连，另一端与后侧围立柱361和斜撑213连接处焊接相连，斜撑215一端与后侧围立柱361和底架后下横梁383连接处焊接相连，另一端与斜撑214和内侧立柱210连接处焊接相连。
第一安全隔断100及第二安全隔断200都包含沿xoy平面左右对称的两个部分，左右两个部分之间的距离为780mm，以满足客车内乘客通过性的要求。两组安全隔断结构都通过内侧立柱和斜撑与车身顶盖横梁、侧围立柱及底架横梁之间进行焊接，形成一个由一系列三角形所形成的整体式平面桁架结构。在客车发生侧翻时，原有的车身结构主要是靠车身侧围立柱和顶盖横梁的弯曲变形抵抗碰撞载荷，而本发明的安全隔断能通过一系列的三角形结构，将客车侧翻时承受的碰撞载荷分解、转变成安全隔断中斜撑的轴向载荷，充分发挥杆件抗轴向载荷能力极强的优势，从根本上提高车身侧向抗变形的能力，改善客车侧翻安全性；同时，杆件在发生弯曲变形时，很大的变形只能吸收较小的能量；发生轴向变形时，则完全相反，很小的变形可以吸收很大的能量，带有安全隔断的新型车身结构从原理上改变了车身结构的吸能方式，只要结构发生很小的变形就可以吸收较大的能量，有效的改善整车结构的吸能特性。
为了验证带有安全隔断的客车侧翻性能的有效性，特选取第二安全隔断200所在的客车封闭环结构，与不带第二安全隔断200的客车封闭环结构进行有限元对比分析，对不带第二安全隔断的客车封闭环结构进行分析时，客车封闭环顶盖横梁及侧围立柱采用60×40×3mm的矩形钢管，为了模拟客车结构侧翻时所受的作用工况，约束底架横梁与左右侧围立柱的两个连接点的6个自由度为边界条件，在侧围立柱上方施加10KN的集中载荷来分析，变形如图6所示；对带有安全隔断的客车封闭环结构进行分析时，为了保证该断面质量与不带安全隔断结构的断面质量相同，取客车封闭环顶盖横梁与底架横梁为40×50×2mm的矩形钢管，第二安全隔断200的内侧立柱210采取40×40×2mm的矩形钢管，斜撑采取40×30×2mm的矩形钢管，同样限制底架横梁与两侧侧围立柱的两个连接点的6个自由度，在侧围立柱与斜撑211焊接处施加10KN的约束力，得到的变形结果如图7所示。
通过对比分析图6和图7的变形结果可知：在相同的作用工况下，不带有安全隔断的客车封闭环的变形为9.62×10-2，最大弯曲应力为4.94×108pa，而带有安全隔断的客车封闭环的最大变形为1.04×10-2，最大弯曲应力为2.16×108pa，同时带有安全隔断的车身结构的顶盖横梁和侧围立柱的尺寸都可以得到减少；因此，由分析可知：带有安全隔断的客车车身结构不仅进一步增强了车身整体的的抗弯承载能力，提高了客车侧翻安全性，而且在同等的性能要求下，由于带有安全隔断的承载式车身结构提高了客车侧翻安全性，故而车身结构的侧围立柱、顶盖横梁及底架横梁结构的质量都可以得到进一步的减轻，有利于实现客车整体轻量化的目标。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，包括：
第一安全隔断，其位于所述车身结构的前部，所述第一安全隔断的内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖前横梁，下部固定于车身结构的底架前下横梁，在内侧立柱与车身结构的前侧围之间安装多个第一斜撑，并且所述第一斜撑与内侧立柱形成多个三角形结构；
第二安全隔断，其位于所述车身结构的后部，所述第二安全隔断的内侧立柱的上部固定于车身结构的顶盖后横梁，下部固定于车身结构的底架后下横梁，在内侧立柱与车身结构的后侧围之间安装多个第二斜撑，并且所述第二斜撑与内侧立柱形成多个三角形结构。
2.如权利要求1所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述第一安全隔断位于车身结构的前门后端，所述第二安全隔断位于车身结构的后门前端。
3.如权利要求1或2所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述第一安全隔断分别与所述顶盖前横梁以及底架前下横梁焊接固定。
4.如权利要求3所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述第二安全隔断分别与所述顶盖后横梁以及底架后下横梁焊接固定。
5.如权利要求4所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述第一斜撑分别与所述前侧围以及所述第一安全隔断的内侧立柱焊接固定。
6.如权利要求4或5所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述第二斜撑分别与所述后侧围以及所述第二安全隔断的内侧立柱焊接固定。
7.如权利要求6所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述第一安全隔断以及所述第二安全隔断沿所述车身纵向中心线对称。
8.如权利要求6所述的带安全隔断的承载式大型公路客车车身结构，其特征在于，所述车身结构用矩形管拼焊固定。
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