0 引言

柴油或汽油客车造成空气污染，增加二氧化碳排放，消耗不可再生的石油资源，而且振动、噪声大，影响乘坐舒适性，所以电动客车的需求日益增大。电动客车的动力电池组质量大，如果挂在客车纵梁侧面会使纵梁扭转刚度不足，而且侧碰时容易造成电池碰撞危险，所以将动力电池组叠加于驾驶室和车厢之间，为此设计专门的车架来承载。电机、驾驶室、车厢通过悬置安装在车架上，设计车架时需要满足强度、刚度要求，且要避免共振。本文应用ANSYS Worbench对车架进行静力学分析、模态分析和谐响应分析，然后对车架进行优化设计，最后分析验证。

1 车架结构设计及静力学分析

图1为车架结构示意图，车架由2根纵梁、7根横梁组成框架结构。车架材料选用510L，其抗拉强度为510 MPa～630 MPa，屈服强度≥355 MPa，弹性模量为210 GPa，泊松比为0.3，密度为7 850 kg/m3。

  

1-第一横梁；2-第二横梁；3-驾驶室支架；4-电池组支架；5-车厢支架；6-第四横梁；7-右纵梁；8-加强板；9-第七横梁；10-第六横梁；11-第五横梁；12-左纵梁；13-第三横梁

 

图1 车架结构示意图

静力学分析典型工况包括弯曲工况、扭转工况、制动工况和转弯工况。各工况下车架除了承受重力载荷以外，还承受不同的其他载荷。弯曲工况下车架只受重力载荷；扭转工况为当一个车轮处于路面凸起上或一个车轮掉入路面壕沟中，另一侧车轮支撑全部载荷，由于左、右侧悬架对车架的反作用力不一样，车架受到扭转力矩作用发生扭转；制动工况下车架还受到-0.75g的纵向惯性加速度[1]；转弯工况下车架还受到0.5g的横向惯性加速度和-0.6g的纵向惯性加速度[2]。

各工况下，车架的最大von-Mises等效应力值和最大变形值如表1所示。其中弯曲工况下垂直方向变形云图和等效应力云图如图2、图3所示。

 

表1 车架最大von-Mises等效应力值和最大变形值

  

工况参数数值发生部位弯曲工况等效应力(MPa)179.12电池组支架处变形(mm)0.98驾驶室支架处扭转工况等效应力(MPa)139.28纵梁上(靠近第五横梁处)变形(mm)18纵梁上(靠近左前轮处)制动工况等效应力(MPa)367.74电池组支架处变形(mm)1.98电池组支架处转弯工况等效应力值(MPa)372.2纵梁上(靠近第四横梁处)变形值(mm)12.66电池组支架处

  

图2 弯曲工况垂直方向变形云图

2 车架模态分析

分析得到的车架前10 阶固有频率、振型描述和最大变形值见表2。车架前2阶振型如图4、图5所示。

3 车架谐响应分析

(1) 将电池组支架上高40 mm、宽40 mm的方通改为高50 mm、宽40 mm的方通，并在方通下方加斜支撑。

  

图3 弯曲工况等效应力云图

 

表2 车架前10 阶固有频率、振型描述和最大变形值

  

阶数固有频率(Hz)振型描述最大变形值(mm)123.95车架中部扭转6.37245.78车架中部扭转弯曲组合7.54351.45车架尾部横向摆动8.77453车架中部弯曲扭转组合6.05564.35电池组支架纵向摆动7.98669.29车架中部扭转8.61789.12车架中部扭转11.34895.97电池组支架扭转8.799104.04车架中部扭转15.6910104.52车架中部扭转弯曲组合9.78

  

图4 车架的1阶振型

  

图5 车架的2阶振型

  

图6 驾驶室左后支架位移—频率响应曲线

大扁杏，富含大量的脂肪、蛋白质、糖分以及人体所需要的磷、钙、钾、铁等物质。既可生食，亦可制成杏仁霜、杏仁露等多种风味独特的食品和饮料。榆阳仅东南山区就有大扁杏产业基地10多万亩，均处于盛果期，大扁杏亩产杏仁50斤上下，是农业产业开发、产业链增值的最好事例。

  

图7 车厢右边第1个支架位移—频率响应曲线

4 车架优化及分析

基于模型的标定方式主要是通过在工业机器人建模、测量和参数识别层面上的校准补偿。该方法主要运用于由于运动学模型的参数误差，根据工业机器人而言，运动学模式的参数误差问题不能够直接用定位误差修正方式，这是因而模型中的相关参数都是非线性耦合的，这些参数之间相互影响，单纯的实现某一个参数的可靠性和精度的调整是不可能的。同时也是因为机器人的运动学的关节角的该变量的不定性所影响，当前可以对其的运动末端的位姿进行求解，主要方式如下：

根据前面的分析结果，对车架进行如下优化：

电机最高转速为6 600 r/min时，对应的激励频率为110 Hz，所以激励频率范围为0 Hz～110 Hz。将电机在车架上的安装点作为激励输入点，将驾驶室支架和车厢支架作为响应输出点,4个输入点的激振力幅值均为250 N，初始相位角为 0°[3-4]。通过对比分析驾驶室4个支架和车厢8个支架在垂直方向的位移响应，发现驾驶室左后支架和车厢右边第1个支架在垂直方向的响应位移最大，两点处的位移—频率响应曲线如图6、图7所示。

20世纪90年代至今，我国书法史学界对于清代碑帖学给予高度关注，取得了可喜的成果，不过在研究内容、方法、视角及研究人员等方面的不足制约了这一课题的研究向更高层次的发展。对近20年来学界关于清代碑帖学的研究成果进行梳理，为研究者提供借鉴，进而推动相关研究走向深入。

车架优化后的局部结构如图8所示。

(3) 在车架第二横梁与第三横梁之间增加第八横梁，所加第八横梁结构与第三横梁相同。

  

1-50×40方通；2-斜支撑；3-前平支撑；4-后平支撑；5-第八横梁

 

图8 车架优化后的局部结构

4.1 优化后车架静力学分析

车架优化后，分别在弯曲、扭转、制动、转弯典型工况下进行静力学分析。车架优化前、后最大应力对比如表3所示。

 

表3 车架优化前、后最大应力对比

  

工况发生部位优化前应力(MPa)优化后应力(MPa)减小量(%)弯曲工况电池组支架处179.1247.4374扭转工况纵梁上(靠近第五横梁处)139.2879.5843制动工况电池组支架处367.74133.5364转弯工况纵梁上(靠近第四横梁处)372.2181.3851

4.2 优化后车架模态分析

对优化后车架进行模态分析，优化前、后车架前10阶固有频率和最大变形值对比如表4所示。

(2) 在电池组支架上添加前平支撑和后平支撑。

由图6、图7可知，驾驶室左后支架在频率为104 Hz处出现位移峰值，为5.58 mm；车厢右边第1个支架在频率为64 Hz和70 Hz处出现位移峰值，分别为0.2 mm和0.3 mm；频率分别与第5阶、第6阶、第9阶固有频率对应或接近，因此会产生共振，影响乘坐舒适性和结构疲劳性。

3.2 糖尿病以及LA的MRI的研究现状 Park等［13］研究了社区1030例受试者，颅脑MRI检查发现28.8%的受试者患有LA。统计学分析表明，糖尿病与脑白质病变有相关性。Anan等［14］研究了90名受试者，分为WML阳性组和WML阴性组，受试者均完成颅脑MRI检查，检测空腹血糖、空腹胰岛素水平，糖化血红蛋白等指标，相关性分析结果显示糖尿病与WML的产生有明显的相关性。

 

表4 优化前、后车架前10阶固有频率和最大变形值对比

  

阶数优化前固有频率(Hz)优化后固有频率(Hz)优化前最大变形值(mm)优化后最大变形值(mm)123.9529.196.375.55245.7850.527.546.29351.4554.498.778.8445360.056.056.69564.3567.647.986.89669.2971.078.615.91789.1296.8111.3410.36895.97102.78.7915.269104.04104.9415.698.2210104.52109.699.786.49

4.3 优化后车架谐响应分析

优化后驾驶室左后支架、车厢右边第1个支架位—移频率响应曲线如图9、图10所示。驾驶室左后支架在102 Hz处仍存在共振，但位移值已由原来的5.58 mm下降到0.17 mm。车厢右边第1个支架在60 Hz、68 Hz处仍存在共振，但位移值已由原来的0.2 mm、0.3 mm下降到0.09 mm、0.16 mm。优化前、后支架上响应位移峰值对比如表5所示。

  

图9 优化后驾驶室左后支架位移—频率响应曲线

  

图10 优化后车厢右边第1个支架位移—频率响应曲线

经检验，车架优化后在驾驶室和车厢的其他安装支架处响应位移值都较小。

凸轮是原动件，故机构的行程速比系数K=从动件慢行程凸轮运动角/从动件快行程凸轮运动角。因Φ9= 2π- Φ，故若Φ<180，则从动件的推程是快行程，回程是慢行程，K= Φ9 /Φ= 2π /Φ- 1；若Φ>180，则从动件的推程是慢行程，回程是快行程，K=Φ/Φ9=1/(2π/Φ-1)。

5 结论

通过静力学分析、模态分析和谐响应分析，对车架进行优化设计，车架上应力值明显减小，驾驶室支架、车厢支架处虽然仍存在共振，但响应位移值明显减小，达到了优化车架的目的。

 

表5 优化前、后支架上响应位移峰值对比

  

参数优化前响应位移(mm)优化后响应位移(mm)减小量(%)驾驶室左后支架处垂向位移5.580.1797车厢右边第1个支架处垂向位移(60 Hz)0.20.0955车厢右边第1个支架处垂向位移(68 Hz)0.30.1647

参考文献：

[1] 林程,王文伟,陈潇凯.汽车车身结构与设计[M].北京:机械工业出版社,2014.

[2] 万明磊.基于ANSYS Workbench的电动城市客车车架轻量化研究[D].青岛:青岛大学, 2015: 30.

[3] 于一冰,李耀刚,琚立颖,等.纯电动公交车车架的谐响应分析[J].机械工程与自动化, 2016(3): 36-38.

[4] 张少波,邹志华.基于谐响应分析的叉车车架动态特性研究与改进[J].工程机械,2015，46(8):17-19.