全承载技术在纯电动客车上的应用分析

黄赟鹤　王建武

【摘 要】汽车是当代工业文明的核心代表，自研发应用后便为人们平常生活、工作带来了诸多便利。本文主要从全承载客车车身结构特征以及设计纯电动客车的技术特征展开分析，并提供此技术在纯电动客车相关环节中的实际运用，以供参考。

【关键词】全承载技术；纯电动客车；车身结构

中图分类号： U469.72 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）11-0089-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.11.037

【Abstract】Automobile is the core representative of contemporary industrial civilization. It has brought a lot of convenience to people's daily life and work since its development and application.In this paper， the structural characteristics of the main fully loaded passenger car body and the technical features of the design of the pure electric bus are analyzed， and the practical application of this technology in the pure electric bus is provided for reference.

【Key words】Full bearing technology； Technology；pure electric bus； Body structure

0 引言

新能源汽车囊括FCV、EV、HEV等汽车。其中HEV汽车技术比较成熟，但是其混合动力总成结构繁杂，而且动力输出主要依赖化石燃料，导致其可持续发展后劲不足；FCV汽车技术和应用条件目前尚不成熟，处于研发和完善阶段；EV纯电动汽车，由于其具备噪音小、能源效率高、无污染以及能源获取多元化等优点，成为最具潜力的新能源汽车种类，是重点发展方向。

1 全承载技术客车车身结构特征

全承载技术是飞机生产技术在客车制造中的合理转化和有效应用。全承载客车结构，是一种参考了飞机机身结构设计理念，针对客车实际使用和法规要求而研发的一种总体框架式客车结构，此类车身结构的客车同时也叫做无底盘客车，其最显著的优点在于车身总体受力均衡，在某一点遭受外界强力碰撞时，能把冲击力扩散到全身各个受力节点，充分利用整车骨架结构吸能，进而保持车身总体受力平衡，保证旅客的生命安全。与此同时，全承载客车抗压性的矩形管结构的硬度和强度是一般小轿车的三到六倍。所以，全承载客车是我国现阶段主推且最为可靠、安全的一种客车。

通过使用全承载车身结构，能让客车在行进过程中同时具备转向灵活性、车身稳定性以及安全性与可靠性。同时因其结构灵活多变，可根据实际需求铺设骨架结构，所以兼备人性化布置、绿色环保、空间大等优点，完全展现出当代社会提倡的保护生态平衡的理念，真正实现可持续发展，彰显出全承载客车独特的产品特色[1]。

2 利用全承载技术设计纯电动客车的技术特征

（1）应用闭环结构

闭环结构是指将总体车身的断面，设计成为不同的刚性封闭环负荷结构，尤其是在前后悬架的相应断面位置。这样不但能符合力流的传输规律，并且还能提高车身总体刚度，尤其是客舱的刚性，从而提升车身结构的稳定性与可靠性。

（2）运用窗立顶横对齐式结构

对于这一结构来说，具体是指侧窗立柱与顶盖横梁的对齐衔接。此种结构组合方式有助于力流的传输，能提升车身顶部的负荷水平。

（3）利用力学稳定结构

在力学范畴中，三连杆是一种稳定结构，四连杆则是一种不稳定结构。基于这个原理，全承载客车在结构设计过程中优先选取三角形结构。尤其是底架截面梁以及车身侧围腰梁，均运用了这一原理[2]。

（4）使用首尾相接式结构

全承载客车底架截面梁间的纵梁要确保科学设计，纵梁间需利用首尾相接式连接。

（5）利用群在技术制作电动客车的优点探究

非承载式车身具备底盘大梁架，其利用橡胶垫和车架做软性连接。在此种状况下，车架是装载汽车所有总成以及承担不同载荷的主体，承受大量载荷。而装备在车架上的车身无法通过车架来分摊其载荷，或是仅承担少部分车架扭转及变形带来的一些外力。非承载式车身无法良好的运用车身分摊载荷，进而导致整车承载能力利用效率严重低下。另外，刚性车架同时也是致使电池仓容量不高的重要因素。全承载式车身结构是无底盘、无大梁的结构，其最大优势就是无车架，车身就是配置車辆所有总成以及承担不同载荷的主体，这样汽车的结构设计较为科学，受力点均衡散布，骨架极其稳定和可靠，能切实展现一体化，轻量化的设计理念，是满足纯电动客车需求的车身结构，全承载车结构的底架是通过大量的杆件构成的格栅式界面，针对各种规格的电池来讲，只要挑选出正确的格栅截面位置与标高，便能满足与之相适用的电池装配。全承载车身结构最为显著的特点便是车身总体稳定，受力均衡，被动安全性高。依据外国的客车被动安全监测，此种结构可在汽车撞击、侧翻过程中，有效的保证客车和人的安全。

3 全承载技术在纯电动客车上运用的改善措施

（1）车身结构有限元模型的创建

全承载客车车身是通过相关矩形钢管焊接完成的，在展开有限元分析建模过程中，一般有梁单元模型以及壳单元模型2种方式。

其中壳单元模型运算结果较为准确，能精准的反映出接头位置的应力聚集还有关键地方的应力转变。然而壳单元模型建模作业量较多，并且单元数据庞大，运算耗费时间多。

梁单元模型，虽然其运算准确度较低，但是建模却非常简单，并且求解效率高，方便依据运算结果对模型进行优化。所以，创建梁单元模型对纯电动客车车身结构分析研究是一种更为有效的方法。

把Catia中的车身框架模型添加到MSC、PATRAN之中，将单元大小控制在半米左右，针对车身框架模型展开网格区分。

因为在针对车身结构展开研究前，不能获取各个梁的受力特征，所以先把各个梁的截面大小分别设置成40mm乘以40mm乘以2mm，材料选择16Mn（Q345）。依据以上步骤创建客车车身结构有限元模型，经过对其展开有限元分析且依据最终结果予以改善，从而获得理想的车身模型[3]。

（2）有限元研究法車身结构模型优化

首先，载荷的处置。公交客车自身所负荷的载荷重点涵盖车身骨架重量、所有总成和设施重量、旅客自重等。车身骨架重量可将材料密度导入程序，程序自动运算获得。把载荷均衡配置到相应的装备支撑点中。旅客自重参照1㎡8人，按每人70Kg运算，得到的载荷均衡配置到一定的承载梁中。因为蒙皮质量较低，而且其对车身刚度与硬度影响不大，所以可把此部分质量直接忽略。

其次，车身强度的运算。针对原始模型车身强度的评判，重点鉴别左、右轮悬空以及满载弯曲3类工况的分析运算结果。

满载弯曲工况重点在于模仿客车在满载状态下，匀速前进在笔直道路的状况。针对路线不变的公交车来说，这是其主要运作工况。所以要挑选较高的动荷指数，以此确保其赋予的疲劳强度，可将其指数设置为2.5。

左弯曲、右弯曲工况是客车最容易出现安全事故的一种工况，模仿客车自平整的道路遇到坑洼或者爬坡等状况，这时两轮并不在相同平面上，车身遭受非对称纵向应力。因为该极限工况出现率极低，所以要将动荷指数控制在1.2左右。

最后，车身刚度的计算。车身刚度是评判车身性能的一个关键标准，主要有整车扭转刚度、轴间弯曲刚度。第一，关于轴间弯曲刚度。具体运算形式是撤掉悬架，稳定约束后轴、前轴。在两轴重点断面统一给予F力，利用软件统计模拟车挠度曲线图，算出相应弯曲挠度。第二，整车扭转刚度。扭转刚度运算手段同样是率先撤掉悬架，稳定约束后轴。在前轴支点位置加入相应扭矩T。统计运算整车转角大小，同时依据相应公式获得车身扭转刚度的大小。第三，开口变形运算。开口变形是车身不同部分刚度的一个关键参数，其直接关联着车身活动结构的搭配联系。

（3）车身梁截面大小改善措施

实际改善办法可参考以下方法：第一，根据型材和车的应力能力创建不同大小梁截面库。第二，利用MSC.Nastran运算出不同梁在左、右轮悬空、满载弯曲3种状况下的受力状况。第三，建设一个计划应力能力，依据不同梁的受力状况，运算出截面库中不同大小的梁截面形态相适应的应力能力，在梁应力能力小于计划应力的截面库之中挑选尺寸最小的截面。第四，把运算出的不同梁适应的相应截面大小带回模型之中，获得改善后的车身结构模型。第五，因为结构的耦合影响，所以以上环节要循环多次，反复进行，以此让运算结果误差不断减小，从而获得良好的改善效果。

鉴于以上需要人为处理的环节作业量较大，可利用制定Fortran语言程序来完成以上改善过程。

4 结论

综上所述，全承载客车车身具备要件制作过程简单，车重心较低等优点，而且操控性及可靠性也非常优秀，备受国内外广泛关注。相关人员一定要对其加以深入研究，充分利用其良好性能，提高全承载技术在纯电动客车上的应用质量。

【参考文献】

[1]董刚，赵理想.全承载技术在纯电动客车上的应用[J].安徽科技，2013，（06）：37-39.

[2]刘开春.“全承载车身”，果真是最安全的吗？——客车安全应突破“全承载”的拘囿[J].商用汽车，2016，（08）：58-60.

[3]徐军，刁国虎，袁葭杰.9m客车的半承载与全承载车身结构的有限元分析[J].客车技术与研究，2016，38（01）：11-13.