随着汽车节能环保的要求越来越严格，混合动力技术在城市公交车的应用也越来越广泛，由于其动力系统与传统汽车存在较大区别，同时电池的大量应用对整车结构也提出了更高要求，且目前大部分混合动力客车不是重新开发的车型，故此结构变化对车身结构静态性能有一定的影响。客车车身骨架是整车主要的承载部件，直接决定了客车结构的强度和刚度［1-2］。文中以某混合动力城市公交车为例，运用有限元分析方法完成其车身骨架静力性能分析，分析附加系统对其静态性能的影响。

1 车身骨架有限元模型

该混合动力客车在传统车型的基础上，添加混合动力系统，整车主要参数如表1所示。

 

表1 某车型混合动力客车技术参数

  

项目长/mm宽/mm高/mm额定载客整车整备质量/kg参数11 000 2 490 3 260 37+1 11 000项目额定质量总质量/kg轴距轮距/mm轮距/mm参数15 500 5 600 2 020 1 860

利用Catia软件完成车身骨架CAD模型的创建，并在此基础上运用Hyperwork软件通过几何清理、抽中面、网格划分等步骤完成车身骨架有限元模型的创建，客车车身骨架结构采用闭口矩形管和钣金薄壁件，对薄壁构件来说，壳单元具有较高的准确度，计算时间较短，因此选用壳单元。如图1所示，共有493 706个单元和503 776个节点。

该客车车身上骨架、侧围及顶部骨架部分材料为Q235，车身底骨架部分材料为16 Mn，密度均为7.85×10-9t·mm-3，弹性模量均为2.06×105MPa，泊松比均为0.3，其他材料力学性能参数如表2所示。

  

图1 混合动力客车车身骨架有限元模型

 

表2 客车车身骨架材料特性

  

材料Q235 16Mn屈服极限/MPa 235 345强度极限/MPa 460 675

2 车身骨架静态性能分析

2.1 主要部件质量的处理

为确保仿真结果的准确性，有限元分析的模型总质量应尽可能地接近整车实际质量，此处将主要部件以若干质量单元的形式布置在该部件与骨架连接的位置，其中座椅与人的质量以一个质量点的形式加载在车身地板与座椅相连的位置，所考虑的主要部件质量参数如表3所示。

紧急转弯工况时，客车车身骨架除承受车辆自身及乘客等的载荷作用外，还受到横向惯性力综合作用的响应。文中主要对向右紧急转弯工况进行分析。除了客车自身所要承受的载荷外，因离心作用还要受横向力，参照根据GB7258-2012中的规定，在车身骨架施加横向0.4 g的加速度来模拟。［3］图4 a为急转弯工况下车身骨架应力云图，结构的高应力处集中在车身右侧后桥附近。由于横向惯性力的作用，整体应力值相对于水平弯曲工况要大。图4 b为急转弯工况下最大应力位置，该部件是车身后部右侧上下纵梁的连接件，最大应力值为146.6 MPa。图4 c为急转弯工况下车身骨架总位移图。由图4 c可得知，车身结构变形最大的区域主要集中在上车身顶部后方，最大变形量为7.596mm。另外车身顶部前端和车架后部的变形量也较大，车身结构垂直方向的大变形区域也是集中在上车身顶部后方，最大垂向位移为4.212mm，车身结构横向的大变形区域同样集中在上车身顶部后方，最大横向变形量为6.807mm。可看出车身结构在紧急转弯工况下的横向位移大于垂向位移，主要原因是由于横向惯性力的作用引起。

混合动力客车静态性能分析主要考虑了客车在水平弯曲、紧急制动、紧急转弯和极限扭转工况下的强度、刚度，4种工况的约束设置见表4。

 

表3 整车主要部件质量参数

  

数量部件乘员及行李座椅发动机变速箱离合器电池油箱水箱压缩机数量38 38 1111111质量/kg 75 20 700 250 100 200 400 50 80部件电机前后桥总成左后侧玻璃右后侧玻璃前窗玻璃后窗玻璃两侧玻璃整车车身骨架总计1111111 0——质量/kg 50 1 692 20 24 159 80 40 2 779 10 594

2.2 危险工况下静态性能分析

该项目10株变异单株是从300万株组培苗后代中选出的，中选率为3.3×10-6，可见利用无性系变异选育新品种虽然快速有效，但效率极低。为了进一步提高突变体筛选的效率，今后可采用诱变剂对中间繁殖体进行处理。

 

表4 不同工况的约束情况汇总表

  

工况 约束自由度右后轮水平弯曲紧急制动紧急转弯右前轮悬空右后轮悬空左前轮x,y,z x,y,z x,y,z y,z x,y,z右前轮x,z x,z x,z zzz x,z x,z左后轮y,z y,z y,z x,y,z y,z

2.2.1 水平弯曲工况

2）右后轮悬空工况

  

图2 车身结构水平弯曲工况

2.2.2 紧急制动工况

从图6 a可以看出，客车在右后轮悬空工况下的整体应力值明显比在左前轮悬空工况下的应力值要大，主要是发动机后置导致的。右后轮悬空时客车车身大部分都处于应力较小区域，应力稍大处多为零件连接处，其中应力最大的地方在底骨架前部与中部的连接处，图6 b所示，最大应力值为243.9 MPa，而该处材料的屈服极限为345 MPa，原因为该处结构存在应力集中现象，而该处材料的屈服极限为345 MPa，强度满足要求，但需要在后续改进设计中关注。图6 c给出了右后轮悬空时客车车身的总位移云图。车身结构在右后轮悬空工况下的变形比左前轮悬空工况大得多，说明右后轮悬空工况更恶劣，主要是发动机后置、整车重心偏后导致，车身尾部变形很大。该工况下大变形主要位于车身尾部和车身右侧，最大变形量是42.94mm，在车身顶部后端与右侧围骨架连接的地方。车身结构的垂向最大位移为31.611mm，位于车身右侧围骨架最后端。这些都满足右后轮悬空工况的实际情况。右后轮悬空工况是客车行驶过程中最恶劣的工况。

  

图3 车身结构紧急制动工况

2.2.3 急转弯工况

他撰写和翻译科普著作——《大流感——最致命瘟疫的史诗》就出自他的手笔，DNA结构发现者詹姆斯·沃森的传记《基因女郎伽莫夫——发现双螺旋之后》和访谈录《DNA博士》等书也是他和团队翻译完成的。博闻强识，幽默风趣，“钟氏”译笔有一种独特的魅力。

  

图4 车身结构急转弯工况

2.2.4 极限扭转工况

1）右前轮悬空工况

当客车行驶在坑坑洼洼不平路面时，车身会由于幅度较大的扭动产生扭转［4］。由于客车这种情况产生的载荷时间上变化缓慢、惯性较小，故在进行分析时把它当成是静态问题来处理。在极限扭转工况下，通过模拟客车在不平的坏路面上低速行驶时的极限状态，文中分析右前轮悬空，其它3轮着地及右后轮悬空，其它3轮着地2种情况。

2.5 两组产妇产后42 d母乳喂养率及产后并发症发生率比较 观察组母乳喂养率明显高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。观察组产妇产后乳腺炎发生率明显低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。观察组子宫收缩不良发生率也低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。观察组产妇子宫脱垂、尿失禁发生率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表5。

从图5 a中可以看出，车身大部分区域应力值较小，整体的应力值比水平弯曲工况要大，高应力部分位于车身底盘左侧前部与中部的过渡处，图5 b为车身右前轮悬空工况下最大应力位置，最大应力值为156.6 MPa，该处出现集中应力现象，其原因为前桥连接件结构设计不合理及后部乘客质量点分布不均导致，在后续的改进设计中需关注。图5 c为右前轮悬空工况下客车车身的总位移云图。上车身前方变形较大，由于右前轮悬空，故前端右侧的变形大于左侧，最大变形处位于顶部前端右侧围骨架，位移值为10.828mm。车身结构的最大垂向变形为8.904mm，同样位于车身前端右侧的车门附近，该方向的变形为主要变形。

牧区除国家投资打的深机井外，牧民自己为解决人畜饮水和浇灌小型草牧场，打的多数都是大口井或者是浅机井，这些井出水量不大，受季节影响很强，动水位波动剧烈，用离心泵抽水会导致水位下降太快。在内蒙古地区当水位下降到8 m以下时，再用离心泵就无法抽上水来，所以风电提水用户基本上都选配潜水泵，这种泵因工作条件所限，其本身散热是采取水浸方式，若井出水量较小，潜水泵工作很短时间内，就会使泵体积露在水外，失去了散热条件，导致电机烧坏的现象发生。

水平弯曲工况是模拟客车在4轮着地、满载并匀速行驶在水平良好路面上的工况，该工况是客车行驶的常见工况。图2 a为客车车身骨架在水平弯曲工况下的应力云图。车身绝大部分结构应力都较小。高应力区主要集中在车身底骨架的后部，底骨架应力最大的位置位于后部右侧主纵梁与第2根竖梁的连接处，具体位置如图2 b所示，其原因为发动机后置所导致的，最大应力值为106.9 MPa。图2 c为客车水平弯曲工况下的总位移云图。总位移为4.518mm，垂直位移为4.425mm，垂直方向的变形是主要变形方向，其最大变形位置位于车身骨架上方，其原因是由于该混合动力客车电池放置在顶部，较大的电池重量引起的大变形。

紧急制动工况下，客车车身骨架除了承受静态载荷之外，车身骨架还会受到自身重力引起的惯性力作用，即纵向力作用。文中参照根据国标GB7258-2012中的规定，在客车纵向施加0.8 g的减速度来模拟。图3 a和图3 b所示分别为制动工况下的客车车身骨架应力分布云图及最大应力位置，应力最大位置在底骨架中部靠后左侧横梁与纵梁的接合处，最大应力为102.7 MPa。图3 c为紧急制动工况下车身结构的总位移云图。车身骨架最大变形值为5.189mm，位于车身顶部放置电池的区域，车身上部前端变形较大，这是由于惯性力的作用，车身有小幅前倾所致，车身结构的垂向变形较大区域主要集中在上车身顶部后端，最大垂向变形为4.266mm，车身结构纵向位移较大的地方主要分布在上车身顶部，车身骨架的最大纵向变形量为2.882mm。总体来看，该工况下结构强度和刚度的余量较大。

相关研究表明，当辅路行车速度在30km/h以下时，主线出口的通行能力的提高与辅路速度的增长呈明显正相关性；行车速度在30km/h以上时，主线出口的通行能力和辅路速度的关系就基本保持稳定，不再随辅路行车速度提高而提高。因此，辅路行车速度宜控制在30km/h以上。根据城市道路规范规定，快速路辅路设计速度宜为主路的0.4～0.6倍。因此，主路与辅路速度差不宜过大。

  

图5 车身右前轮悬空工况

  

图6 车身右后轮悬空工况

3 结论

通过对该车型车身骨架进行危险工况下静态性能分析，可以得出：1）各种工况下客车车身骨架应力最大值满足结构强度满足要求，但分析也表明，一些部位存在着应力集中情况，后续的改进设计需要重点考虑；2）各种工况下其变形和实际情况吻合，但车身骨架在极限扭转工况下较其他工况发生的位移较大，比较危险，如何减小其变形值是在后续改进设计中需考虑的；3）电池和混合动力系统的增加使结构最大应力和变形的位置和数值都发生了变化，后续的结构改进设计需要局部加强；4）电池质量较大且安装在顶部，后续设计改进中可以考虑安装在车身骨架底部，使车身材料和车身结构可以更好地适应变化。

目前的分析仅考虑了结构静态性能，后续的改进设计及轻量化还需进行车身结构动态性能及被动安全性能的分析，综合考虑方案的可行性。

参考文献：

［1］王海亮，金先龙，林忠钦.低地板城市客车车身结构有限元分析［J］.汽车工程，2002，24（2）：141-144.

［2］马迅，赵幼平.轻型客车车身结构刚度与模态的有限元分析［J］.机械科学与技术，2002，21（1）：86-88.

［3］全国汽车标准化技术委员会.客车定型试验规程：GB/T 13043-2006［S］.北京：中国标准出版社，2006:14.

［4］汪中传，周涛，李锦锦.HFF6137K86型客车骨架静动态有限元分析［J］.客车技术与研究，2010，32（4）：17-19.