第１期
Ｎｏ．１
２０１０
基金项目：“８６３”国家高科技计划项目（２００６ＡＡ１１０１０４）
作者简介：何洪军（），男，吉林大学汽车工程学院硕士研究生。
１９８５－Ａｂｓｔｒａｃｔ：A method is proposed to analyze the structure strength of the semi-morocoque bus,which considers the chassis frame deformation during the process of the manufacture of the bus body,heightening accuracy of the analysis to some extent in order to provide references to the structure lightweight design in more deeper stage.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：semi-morocoque bus;chassis frame deformation;structure strength
摘要：关键词：基于半承载式客车车身结构的生产过程，提出一种考虑车架变形影响半承载车身结构强度的分析方法；在一定程度上提高仿真分析的精度，为在更深层次上探讨结构轻量化设计提供参考。半承载式客车；车架变形；结构强度中图分类号：文献标识码：文章编号：Ｕ４６８．８２２
Ａ１００６－３３３１（２０１０）０１－０００８－０２
＋
车架装配中的变形对半承载式客车车身结构强度的影响研究
何洪军，那景新
（吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春
１３００２５）
有独立车架的半承载式客车与非承载式客车的主要区别在于车身与车架是刚性连接的，使得车身也部分地参与到整车的承载当中，可以一定程度上减轻车架的重量。由于同属于有车架结构，半承载式客车在生产工艺上继承了较多非承载式客车的成熟技术，其车身结构设计及生产工艺相对简单，容易实现企业分工和批量生产。
虽然半承载客车结构技术并不先进，但是对于国内企业来说，由于全承载客车技术还并不十分成熟，所以在一段时间内半承载式客车仍然会是客车的主流产品。如何做好客车车身骨架结构的轻量化设计，需要准确地掌握客车骨架结构的受力情况。因此，对半承载式客车结构的相关分析技术进行深入探讨和研究，仍具有十分重要的实际意义。
有独立车架的半承载式客车车身骨架的生产流程
１
生产特点及其有限元分析特点
１．１
半承载式客车车身骨架生产特点
通常是将车架结构先焊装完毕，然后将储气筒、备胎、发动机、变速器、转向系等动力总成安装到车架上，待底架焊装完毕之后再将前围、后围、侧围、底架等分总成焊接到底架及车架上，最终完成整车车身骨架的焊接。
正是这种组装工序使得车架在与侧围等分总成焊接之前就在发动机、变速器、备胎等部件的重力作用下产生一定的变形。
笔者在文献［１］中得出结论：是否考虑车架变形对整车有限元分析结果有很大的影响。所以想要得到较为准确的应力分布情况，对半承载式客车的分析则需要充分考虑车架变形带来的影响。目前采用的客车车身骨架的有限元仿真分析都是在假定结构的初始状态是无应力、无变形的基础上进行的，即在建立有限元分析的车身骨架模型时不考虑结构本身已经存在的应力和变形。例如车身结构在重力作用下会产生相应的应力和变形，但由
１．２
半承载式客车车身骨架有限元分析特点
客
车技术与研究
ＢＵＳ
ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＲＥＳＥＡＲＣＨ
８
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｔｒｅｎｇｔｈｏｆＳｅｍｉ－ｍｏｒｏｃｏｑｕｅＢｕｓＢｏｄｙｉｎＶｉｅｗｏｆ
ＦｒａｍｅＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＤｕｒｉｎｇｔｈｅＡｓｓｅｍｂｌｅ
ＨＥＨｏｎｇ－ｊｕｎ，ＮＡＪｉｎｇ－ｘｉｎ
（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＤｙｎａｍｉｃＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖ．，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００２５，Ｃｈｉｎａ）
于其非常小，故在建立有限元分析模型的过程中并不考虑。
而针对半承载式客车的有限元分析建模，如果没有考虑到车架在与其他车身骨架分总成相连之前已经发生变形的情况，在整车车身骨架模型的建立过程中，也是将整体模型假定为无初始应力和变形的基础上，这显然不符合半承载式客车的车架在车身骨架焊接完成之前已经发生变形的事实。
本文在充分考虑车身骨架焊装过程中车架已产生变形的基础上，利用有限元方法探讨车架变形对整车车身骨架强度的影响。
以某半承载城市客车为例，首先建立不考虑车架
变形的整车车身骨架有限元模型，这与常规分析模型的建立过程没有区别。本文选取梁单元进行建模。
然后建立考虑车架变形的有限元模型。这需要分两步来进行：
１）建立车架的有限元模型，并将发动机等安装在车架上的部件以集中质量的形式施加到车架相应连接或者支撑节点上，对车架进行分析。
２）将所得到的车架变形情况作为初始输入条件，再进行整车的有限元模型建立。如图１所示。
２
车架变形的影响分析
２．１
有限元模型建立
表１
车架变形其分析结果差异
两种分析方法的模型均忽略蒙皮和玻璃的影响，但在施加载荷时考虑其质量的影响。
３）施加载荷。将玻璃、乘客、座椅、发动机等外加质量等效为集中质量施加到相应安装位置或者支撑的节点上。而对于车身、车架本身的重量以及蒙皮的质量按照均布载荷的形式施加到整车各节点上。
４）计算工况选取对车身结构强度影响最大的满载弯曲工况和满载扭转工况。本文的满载扭转工况选
取
左、右前轮分别单轮悬空的极限工况。由于城市路面状况比较好，通常车速也较低，所以在分析考察中，满载弯曲工况下取动载荷系数为１．５，满载扭转工况取下动载荷系数为１．２。对考虑车架变形的有限元模型进行分析，其载荷的施加方式、分析工况的选取、边界条件的施加以及动载荷系数的选取等分析参数的设置均与不考虑车架变形的有限元分析模型的分析参数设置相同。
对两个模型分析之后，提取各分总成结构在三种工况下的最高应力进行对比分析。各分总成结构最高应力水平如表１所示。
２．２
两种有限元模型分析结果的对比
第１期９
何洪军，等：车架装配中的变形对半承载式客车车身结构强度的影响研究图１考虑车架变形的某半承载式低地板城市客车ＣＡＥ模型
１）底架的最高应力位置发生在左轮悬空极限工况时的车身前段部位；而对于车架变形来说，其主要
集中在后段安装发动机等部件的部位。所以单纯考察位于底架前段的最高应力处不足以得到车架变形对整车车身骨架强度的影响。故另外取发动机附近底架上高应力点进行统计对比。
２）通过应力水平分析可知，半承载式客车的车架在装配过程中产生的变形对整车车身骨架强度影响的一般规律为在装配过程中车架的变形会增加车架本身的承载比重，而侧围等分总成的承载比重则会相应减少。
３）车架变形主要影响在车架上安装发动机等部件附近的底架结构，以及与车架直接相连的左、右侧围部分，而对顶盖和前、后围等分总成来说，其影响相对较小。
本文研究的结果表明，车架的变形对整车车身的部
３结束语
（下转第１６页）
各分总成前、后围左侧围右侧围顶盖底架前段车架底架后段
１０１．６９２１３．２５１７４．３４１１２．８５２２４．１２９２．６５２０１．９２
左轮悬空右轮悬空满载弯曲１０４．５２１８２．５６１４０．８２１１７．４２１９．６８１４０．４７１７４．９７
２．７８－１４．３５－１９．２３４．０３－１．９８５１．６１－１３．３５
左轮悬空右轮悬空左轮悬空左轮悬空满载弯曲满载弯曲
左轮悬空右轮悬空右轮悬空左轮悬空满载弯曲
不考虑车架变形最高应力统计
最高应力值（ＭＰａ）分析工况考虑车架变形最高应力统计
最高应力值
（ＭＰａ）分析工况最高应力
百分比差
日野汽车（％）
参考文献：
［１］范炳良，林朝平，石常青．混合动力总成的研究与开发［Ｊ］．
机械研究与应用，２００７，（６）
［２］刘文杰，邓建军．ＴＥＧ６１２８ＳＨＥＶ串联式混合动力城市客车
总成设计［Ｊ］．客车技术与研究，２００９，（１）：１５－１６．
［３］王家明，等．新型混联式混合动力客车动力系统分析［Ｊ］．汽
车技术，２００８，（９）
［４］熊伟威，等．一种混联式混合动力客车动力系统参数匹配［Ｊ］．
上海交通大学学报，２００８，（８）
收稿日期：２００９－０６－０８
例如ＧＭ、日野等整车企业均有完整的零部件开发、生产体系；Ｅａｔｏｎ在变速器、离合器系统的设计上有数１０年的开发、生产经验，实力雄厚。国内的主流客车厂均开展了混合动力总成系统的开发，但除了东风、一汽等少数企业具有完善的零部件设计、生产体系之外，很多整车厂缺乏对零部件
的控制，缺乏集成设计能力，从而限制了总成技术方案的选择及实施。
２）耦合器方案选择。国内的动力总成系统（并联、混联）方案均采用变速器耦合及离合器耦合。选择该方式的主要原因是立足于企业自身及国内零部件现状，便于产业化。国外的动力总成系统方案则更丰富，对于混联方案多采用结构复杂的行星齿轮系统。对总成各零部件的可靠性要求较高，但性能更完善。
３）集成设计能力。国外整车集团及实力雄厚的零部件公司，对于总成系统的关键零件均采用自已开发。例如丰田公司认为，电动汽车开发中，关键总成必须由整车单位自身开发；Ｅａｔｏｎ公司凭借其在变速器总成的设计优势，将电机及驱动单元集成设计在变速器上面。国内企业缺乏零部件集成设计能力，例如发动机开发，国内的动力总成系统所选用的发动机多数是市场上成熟的国Ⅲ、国Ⅳ电控发动机，例如康明斯发动机等；由于整车厂与发动机往往不是同一主体单位，整车厂对发动机的控制优化很有限，不能最大限度地利用发动机的潜力。
４）试验能力。国外由于开发主体为整车集团或实力雄厚的零部件公司，因此，有能力建立完善的试验
体系；国内开发主体受投入不足的影响，相关试验能力还处于完善阶段，动力总成系统的性能优先还具有很大潜力。当然可以充分依靠第三方的试验检测能力。
２００９年１月，国家财政部、科技部正式公布了《节
能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》，以财政补助的方式鼓励在公交、出租、公务、环卫和邮政等公共服务领域率先推广电动汽车。这使得国内众多汽车厂家开发混合动力客车的热情空前高涨。但是值得指出的是，利好政策只是外部因素，要想真正将此次政策利好作为推动混合动力汽车的开端，国内众多客车厂家还需要提高整车性能质量，特别是动力总成方案的设计及零部件性能上需进一步提高。否则，推广活动可能成为一个阶段性活动，或者将国内培育出来的市场拱手让给国外产品。４结束语
分结构强度具有较大影响。考虑车架变形进行有限元分析得到的分析结果更为贴近实际状况。科学地控制车架在装配过程中的变形，可以使车身骨架各个分总成的载荷分配趋于合理。所以如何通过控制车架的预变形来改善整车的强度是值得继续深入探讨的课题。参考文献：
［１］那景新，何洪军．半承载式客车车身结构分析技术研究［Ｃ］．
中国客车学术年会论文集，２００９．
［２］赵韩，等．半承载式客车车身结构有限元分析［Ｊ］．汽车工程，
收稿日期：２００９－１１－２０
（上接第９页）
客车技术与研究１６２０１０年２月
２００７，（４）
［３］曹文钢，曲令晋，张代胜．某款半承载式客车车身有限元建
模的分析研究［Ｊ］．合肥工业大学学报（自然科学版），２００９，（５）［４］尹茂华．基于有限元法的半承载式客车车身结构分析［Ｊ］．
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合肥工业大学学报（自然科学版），２００７，（４）