城市客车轻量化研究

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3、市建设缺乏长远规划，市区内基本已成定局的城市道路系统很难予以有效的改造，使其适应不断增长的交通运输量的需要。而城市客车是城市客运的主要载体，大力发展大型、环保型城市客车是缓解城市交通压力、治理城市大气污染的有效途径之一。客车车身是客车整车的重要组成部分，对整车产品的设计在艺术美学、人机工程学、燃油经济性和安全性等方面有重要影响[2],成功的车身设计是功能与形式的完美统一。随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性能要求的提高，汽车空调、安全气囊、隔热隔音装置、废气净化装置、卫星导航系统、无线电通讯等设备越来越多的被安装到汽车上，这无形中增加了汽车的质量、耗油量和耗材量[3]。因此，着眼于长远的可

4、持续发展，节约资源、减少环境污染，要使汽车节油，首选措施是让汽车“瘦身”，减少车辆自身重量。据统计，客车车身质量占汽车总质量的30%-40%，车身制造成本占整车制造成本的比重超过50%。因此，车身轻量化对整车的轻量化起着举足轻重的作用，对车身轻量化的研究显得十分重要。大客车车身是一个复杂的空间薄壁杆件结构，从结构力学来看，大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构建组成的空间高次超静定结构。由于结构需要，各杆件结构形状各异，而且杆件之间的连接也是各种各样的。车身骨架的受力情况也比较复杂，特别是我国道路行驶条件差，通常为B级或C级路面。在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时，整个客车车

5、身骨架会反复受到扭转，产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。所以结构分析的难度较大，许多汽车厂家进行设计初期，因为没有实测数据，故只能依赖于经验和类比设计，缺乏建立在力学特性（强度、刚度）分析基础上的科学依据，从而使设计偏于保守，承载构件得不到充分使用，汽车自身质量过大，成本过高。因此国内外汽车厂家对汽车车身轻量化设计都非常重视。轻量化途径有很多种，大概可以分为：1、采用新型材料，如高强度钢、铝及其合金、纤维增强塑料等。奥迪（Audi）公司1994年生产的全铝A8轿车，采用铝合金车身，使车身质量降低了40%。2、新型制造加工技术，如专用焊接技术、专用机械紧固元件等。德国某公司采用CO

6、2激光焊接11m长的焊缝，使其焊接处强度提高50%。国外某些汽车厂家采用TailoredBlank（泰勒法）工艺制造车身零件，用这种工艺冲压的车门，各处厚度可以不相等。3、优化结构设计，尽量减少零件数量。用有限元法建立车身模型，使车身各处承载截面及厚度更加合理。1995年德国保时捷（Porsche）公司的美国分公司完成了ULSAB（钢车身轻量化设计）的项目，使轿车车身的总质量由271kg降至205kg。轻量化的目的就在于确保车体强度、刚度的前提下，减轻车身骨架的质量，不仅可以减少钢材和燃油的消耗，减少污染排放，提高车速，改善汽车起动和制动性能，而且可以有效减少振动和噪声，增加汽车和公路使用

7、寿命[4]。1.2有限元技术1.2.1有限元法简介一般机械结构的几何外形相当复杂，所受的外力载荷种类相当多，理论分析往往无法进行，欲求得其解答，则需简化其结构，或者采用其它有效的数学物理方法。当前的数学物理方法大致可分为解析法与数值法两大类，解析法因为数学工具不尽完善而只能求解少量简单问题，故主要是应用计算机进行数值解法。其中应用较多的有限差分法(FDM:FiniteDifferenceMethod)和有限元法(FEM: