客车车身骨架轻量化材料与轻量化设计

吕晓龙， 梁 爽

(北京福田欧辉新能源汽车有限公司， 北京 102206)

客车轻量化技术主要方法有三种，一是轻量化材料，二是轻量化设计[1]，三是轻量化工艺。随着纯电动汽车对轻量化的需求，高强钢用量在不断攀升。高强钢强而稳定的性能、优良的折弯性与表面质量及其完善的成型工艺，也对整车轻量化有着巨大的贡献。铝合金材质的车身虽重量更轻，但成本较高，而高强钢材质在制造成本上的优势明显，且不会影响现有主机厂的制造工艺流程，整车材质使用高强钢将会是纯电动客车的发展趋势。

1 普通钢与高强钢对比分析

选取某10 m纯电动城市客车车型，在结构、零件规格不变的情况下，将车身矩形管由厚度3 mm和2 mm的普通钢替换为厚度为2 mm和1.5 mm的高强钢。通过CAE仿真分析结果可知：

1) 在使用了高强钢之后，模态频率的总体趋势逐渐降低。其中一阶固有频率由7.077 Hz降低到6.977 Hz。

2) 弯曲刚度降低了31.88%，扭转刚度降低了23%。

3) 减重约30%，即如果部分采用高强钢，重量虽然可以大幅度的降低，但刚性也随之降低。因此在后续设计中，要充分考虑结构的优化，不可盲目切换[2-7]以避免刚性下降带来的影响。

2 车身骨架轻量化设计思路

2.1 整车主体框架采用闭环结构

目前客车车身骨架结构基本上都是采用矩形管焊接而成，矩形管件的力学特点是承受拉压载荷的性能强，承受弯扭载荷的性能弱。因此提高骨架的弯扭性能，一般都采用闭环结构[8]。所谓闭环结构，是指整车骨架某一截面上的顶盖弯梁、侧围立柱及车架横断面在同一平面上形成一个完整的闭环状态，如图1所示。……