客车车身结构及其设计Word下载.docx

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图5-1城市客车

图5-2长途客车

图5-3机场摆渡客车

（3）旅游客车

旅游客车是为旅游而设计和装备的客车，其与长途客车的设计原则基本相近，但在外观和舒适性等方面比长途客车好，车内设施及附件设备也更豪华和高档。

为使观光方便，旅游客车的视野一般较开阔。

中高档长途客车和城郊城市客车均可作为旅游线路客运车辆使用。

（4）专用客车

专用客车在其设计和技术特性上只适合于需经特殊布置设计后才能载运人员的车辆。

这类客车与长途客车类似，但可无行李箱。

一般有学校客车、机场摆渡客车、采血车和会议客车等款式。

它们根据特定要求，按专门规定的设计标准和用途来制造。

图5-3所示的是厦门金龙联合汽车工业有限公司的一款型号为XMQ6139B的机场摆渡车。

2、按承载形式分

按车身承载形式，客车车身结构可分为非承载式、半承载式和承载式三大类。

非承载式和半承载式车身结构都是属于有车架式的，而承载式车身则属于无车架式的。

从设计的角度看，这类分法是比较合理的。

按承载形式对车身结构进行分类，表征了不同形式的车身结构的组成以及车身制造工艺过程中的差异。

（1）非承载式客车车身

非承载式车身（图5-4）是指在底盘车架上组装而成的车身结构形式。

这类车的底盘有较强的车架，车身骨架是通过多个橡胶衬垫或弹簧沿车身总长安装在车架上的。

车身骨架与车架弹性连接，安装在车架上的车身对车架的加固作用不大，车架是支承全车的基体，承受着安装在其上面的各个总成的各种载荷；

车身只在很小程度上承受由车架弯曲和扭转所引起的载荷，所以严格说来，车身并非完全不承载。

车架的振动通过弹性元件传到车身上，由于弹性元件的挠性作用，大部分来自路面的振动和冲击能被减弱或消除，在坏路行驶时可以对车身起到保护作用。

在我国客车发展的初期，其车身通常由专业化车身厂家生产，然后安装在现成的货车底盘车架上。

国内的轻型客车，其绝大部分都是这种非承载式车身壳体结构，一般是在货车三类底盘（包括一部分进口轻型货车底盘）或者在专用客车底盘上直接改装车身。

该车身结构形式具有传统底盘-车身结构的优点：

1）连接车身和车架的橡胶衬垫或弹簧可以起到一定的缓冲、隔振和降低噪声的作用，车厢内噪音低，缓冲隔振性能和乘坐舒适性较好；

2）底盘与车身可以分开以后再组装成一体，便于生产装配及在同一底盘上安装不同的车身，简化了装配工艺，便于组织专业化生产；

3）有车架作为整车的基础，便于在汽车上安装各总成和部件；

4）安全性能由底盘加强，遇到撞车事故时，车架可以对车身起到一定的保护作用，车厢变形小。

基于上述优点，非承载式车身形式在现阶段我国轻型客车的设计中应用广泛。

但其在结构上也存在明显的缺陷：

1）在设计时候没有考虑车身参与承载，而是由底盘单独承载，所以必须保证车架的强度足够大以满足设计要求，这样就使得整车的质量增大，不符合车身轻量化的设计趋势；

2）车架的存在使得车身地板高度的降低受到一定的限制，不适合城市客车地地板化的趋势；

3）车架纵梁是大型零件，其制造需要大型锻压设备、装焊夹具及检验等一系列昂贵复杂的生产设备；

4）底盘结构调整不易，改进成本高，开发周期长；

5）客车质心高，高速行驶时稳定性较差。

图5-4非承载式客车的底盘及车身

（2）半承载式客车车身

半承载式车身就是车身与车架刚性连接，车身部分承载的结构形式。

其结构特点是底盘仍保留有车架，车身通过焊接、铆接或螺钉与车架作刚性连接，是一种介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构。

它的车身本体与底架（此时的车架也可称之为“底架”）用焊接或螺栓刚性连接，将车身骨架侧壁立柱与车架纵梁两侧的外伸横梁或牛腿连接在一起，加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用，故车身也可以分担一部分弯曲和扭转载荷，例如发动机和悬架都安装在加固的车身底架上，车身与底架成为一体共同承受载荷。

半承载式车身结构的优点是结构简单，对车辆进行改装容易，可以适当地降低地板

的高度；

同时车身部分参与了承载作用，可在一定程度上减弱底架的强度和刚度，减轻客车的自身重量。

但由于保留有底架，半承载式车身还是一种过渡结构，车身地板的高度受底架的限制而难以很大的降低；

整车的轻量化仍受到一定的限制；

车架纵梁的制造需要大型锻压设备、装焊夹具及校验等一系列昂贵复杂的生产设备；

此外，底盘的结构调整也比较繁琐，改进成本高，开发周期长。

图5-5所示是典型的半承载式客车车身结构，一般是在现有的客车专用底盘（其车架由两根前后直通的纵梁27与若干横梁10、23等组成）上将车架用若干悬臂梁25加宽并与车身侧壁立柱刚性连接，使车身骨架也承担车架的一部分载荷。

图5-5客车半承载式车身

1-顶灯地板；

2-换气扇框；

3-顶盖横梁；

4-顶盖纵梁；

5-前风窗框上横梁；

6-前风窗立柱；

7-前风窗中立框；

8-前风窗框下横梁；

9-前围搁梁；

10-车架前横梁；

11-前围立柱；

12-后风窗框下横梁；

13-后围搁梁；

14-后围裙边梁；

15-侧围窗立柱；

16-车轮拱；

17-斜撑；

18-腰梁；

19-侧围搁梁；

20-侧围立柱，21-侧围裙边梁；

22-上边梁；

23-车架横梁；

24-门立柱；

25-车架悬臂梁；

26-门槛；

27-车架纵梁

（3）承载式客车车身

应用在客车上的全承载车身技术是高档豪华客车制造技术中的重要项目。

该技术是德国凯斯鲍尔公司于上个世纪50年代首创，将飞机制造的整体化框架结构技术应用于客车生产，并通过严格的碰撞试验，性能优越，使客车具有经济、安全和舒适等优点，尤其适应高速长距离客运。

在传统技术条件下，客车产品达到低地板、轻量化、配置人性化、低排放、环保化、乘客空间大等种种要求越来越难，而全承载车身技术的出现，适应了时代的要求.目前，全承载车身技术已应用到多家客车生产厂的客车产品上，引发了国内客车制造业的一场技术变革。

承载式车身就是无独立车架的整体车身结构形式，其结构构特点是底盘不是传统的冲压成型铆接车架式结构，而是由矩形钢管构成的格栅式结构。

底架、前围、后围、左右侧围、车顶六大片组成全承载式车身。

车身采用封闭环结构，由于没有车架，故可降低地板和整车高度。

载荷由整个车身承受，车身上下部结构形成一整体，在承受载荷时，整个车身壳体可以达到稳定平衡状态。

在具有较大的抗扭刚度的格栅式结构的底架上，配置发动机、前后桥等总成，可以保证各总成正确的相对位置关系。

承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷。

图5-6奔驰O404大客车的承载式车身

1-侧窗立柱；

2-顶盖纵梁；

4-顶盖斜撑；

5-上边梁；

6-前风窗框上横梁；

7-前风窗立柱；

8-仪表板横梁；

9-前风窗框下横梁；

10-前围搁梁；

11-后风窗框上横梁；

13-后围加强横梁；

14-后围立柱；

15-腰梁；

16-角板；

17-侧围搁梁；

18-斜撑；

19-底架横格栅；

20-侧围裙边梁；

21-裙立柱；

22-门立柱；

23-门槛；

24-底架纵格栅

图5-6所示是奔驰O404大客车的承载式车身结构，其底架是薄钢板冲压或用型钢焊制的纵横格栅，以取代笨重的车架。

格栅是高度较大（约500mm）桁架结构，因而车身两侧地板上只能布置坐席，而坐席下方高大的空间可用做行李舱，故适用于大型长途客车。

整体承载式车身结构的特点是所有的车身壳体构件都参与承载，互相牵连和协调，充分发挥材料的潜力，使车身质量最小而强度和刚度最大。

承载式车身的优点是：

1）车身结构在设计时就进行了有限元分析和计算，优化了车身结构，使得车身重量降低，结构强度与刚度提高；

2）简化构件的成型过程，提高材料利用率；

3）整车重心低，高速行驶稳定性较好；

4）加工不需要大型的冲压设备，便于产品改型和系列化，容易实现多品种系列化生产。

5）被动安全性好，承载式客车采用的格栅式结构，能使整车在受力时将力迅速分解到全车各处，按照欧洲的客车被动安全测试，这种结构能够在汽车翻滚及相撞时，保证乘客的安全空间。

但采用全承载式车身也存在一些不足和现实问题需要解决。

首先，由于取消了车架，来自道路的负载会通过悬架装置直接传给车身本体，而车厢本身又是易于形成引起空腔共鸣的共振箱，因此噪音和振动较大，恶化了乘坐舒适性，因此对隔振降噪的设计要求较高，使得成本和质量都会有所增加。

其次是需要严格控制下料精度，承载式车身主要采用小截面方管焊接结构，需要重点控制下料尺寸、角度以及下料后弯折的加工精度，下料的准确度关系到小总成乃至车身焊接总成的准确度。

最后，需要严格控制焊接变形和焊接应力。

全承载式车身相对于半承载式和非承载式车身，其焊接工作量明显增加，焊接接头的数量也成倍增加。

由于其结构特点导致整车骨架对接头处焊接质量更加敏感，因此需要研究焊接工艺，提高焊接水平，更加严格的控制接头处的焊接质量。

根据客车车身上部和下部受力程度的不同，承载式客车车身又可分为基础承载式和整体承载式两种，其受力原则简图如图5-7所示。

a）b）

图5-7承载式客车车身受力原则简图

a）基础承载式b）整体承载式

①基础承载式

这种承载车身形式是将车身侧围腰线以下部分，包括窗台以下到地板的侧壁骨架和底部结构，设计成强度和刚度较大的主要承载件，车顶则设计为不参与承载的部分，这样窗立柱就可以适当缩小尺寸。

基础承载式车身结构底部的纵向和横向构件一般采用薄壁型钢或薄板来制造。

其高度可达0.5m左右，可充分利用车身地板下面的空间来作为行李舱

②整体承载式

整体承载式车身就是整个车身的全部构件都参与承载。

其车身的上下部结构形成一个整体，在承受载荷时，以强济弱，可使整个车身壳体达到稳定平衡状态。

如果可以从理论分析和结构上进行优化设计，发挥材料的最大承受限度，就可以设计出等强度的空间栅格结构，使车身质量达到最轻而强度和刚度最大。

3、按车身结构分类

根据车身结构上的差异，可将客车车身分为薄壳式、骨架式、复合式、单元式和嵌合式结构等几种。

（1）薄壳式结构

薄壳式车身结构无较强的独立骨架结构，构成车身整体的是板块式构件，蒙皮也参与承载，是飞机机身薄壳结构的移植和运用。

图5-8为一薄壳式车身结构的客车，其骨架采用截面为带凸缘的U型钢材，强度和刚度较弱，必须依靠牢固铆接在骨架上的外蒙皮来予以加强，因此，把这种结构一般称之为应力蒙皮结构。

其具有质量轻、材料消耗小、生产率较高及易于改型等优点。

但是窗立柱较粗，侧窗开口的大小受到限制；

车身外表面裸露的铆钉，既是锈蚀源，又影响美观，同时表面也不平顺，刚性差。

图5-8客车的薄壳式车身结构

薄壳式客车车身的底部由优质钢板冲压而成，一般加焊了贯通式纵梁和横向的局部加强结构，以保证车身具有良好的承载能力和安装发动机及底盘各总成。

这种车身结构形式广泛应用于轻型客车上。

（2）骨架式结构

这种车身结构的骨架是由抗扭刚度很大的异型钢管构成的，车身不依靠外蒙皮加强，外蒙皮主要起装饰作用。

骨架型钢多采用性价比高的碳素结构钢，其中Q235应用比较广泛。

如图5-9所示，在组焊成的独立骨架上装配车门、车窗、侧窗顶盖和地板等，结构应力主要由车顶骨架、底骨架和侧围骨架承担，由于不依靠外蒙皮的加强，可以采用张拉蒙皮，这样就可以保证客车外表面平整光顺。

骨架式车身结构可以分为六大片，分别是顶骨架、左右侧围骨架、前围骨架、后围骨架和底骨架，这六大片通过焊接等连接方式合成整体空间骨架。

这种车身结构具有承载能力好，整体强度高，窗立柱较细，侧窗开口大且视野开阔等优点，广泛地应用于大客车车身。

但焊接工艺较复杂，改型不容易。

图5-9骨架式客车车身

图5-10复合式车身骨架

（3）复合式结构

复合式车身结构是将薄壳式和骨架式两种结构融为一体的一种车身结构。

在受力较少的部位用薄壳式结构，而受力大的部位则采用骨架式结构。

图5-10所示的是日本三菱汽车公司生产的一款复合式车身的客车，该车的前后围为薄壳式结构，第二立柱与最末立柱之间为框架结构。

同时采用内蒙皮结构，解决了外蒙皮上铆钉多的问题。

复合式车身结构比薄壳式车身结构弯曲刚度高，质量有所减轻，比骨架式结构的生产效率高。

（4）单元式结构

单元式车身结构是采用纵向构件将若干个由地板横梁、立柱、顶横梁等构成的环箍单元连接起来，形成一种独特的车身结构。

图5-11所示的是GMC公司生产的客车车身，它由5～6个长度为1.5m左右的可以互换的单元体和前后两个单元体组成，每个单元体的两端用贯通的矩形材料密封。

横向构件均为压制件，在焊接架上组焊成独立的单元件之后，再送到流水线上进行组装。

图5-11GMC公司的单元式结构客车车身

（5）嵌合式结构

嵌合式车身结构（图5-12）是根据车身不同部位的受力情况，有针对性的将铝挤压型材嵌合而组成车身的侧壁。

型材嵌合后将环氧树脂挤入连接处，树脂硬化后即可将铝型材牢固的粘结在一起，这种连接方式称为Rohrlok连接法。

铝型材上有纵向整体式加强筋，可以用铆钉与钢质的竖框铆接在一起，因此车身强度高、质量轻且不易损坏。

这种车身采用蜂窝状夹层结构的铝板制成顶盖和地板，中间填充经发泡处理的氨基甲酸乙酯。

顶盖和地板再与前述的挤压铝型材侧壁构件一起构成整个车身的壳体，其装配前的各分组件如图5-13所示。

嵌合式车身结构具有强度高、质量轻和寿命长等优点，适合于中型客车的车身。

图5-12嵌合式客车车身侧壁结构及Rohrlok连接法

图5-13嵌合式结构车身组组件图

1-后围；

2-空调装置；

3-侧壁（挤压铝型材）；

4-顶盖（氨基甲酸乙酯泡沫）；

5-前脸；

6-侧壁边缘；

7-地板组件（氨基甲酸乙酯泡沫）；

8-前操纵部分；

9-储气罐；

10-后悬架和发动机

5-2车身总布置设计

5.2.1、发动机与车门的布置

1、发动机布置

客车车身的总布置设计在很大程度上与发动机的布置相关联，发动机布置主要有前置、中置和后置三种。

如图5-14所示。

（1）发动机前置后驱（FR）方案

发动机前置后驱方案是4×

2型汽车的传统布置方案，主要应用于轻型客车上，如图5-14（a）所示。

这种方案结构简单，工作可靠，操纵方便，发动机的冷却效果好，前后轮的质量分配比较理想。

但由于发动机前置，凸起于车厢地板表面之上，使得车厢的面积利用率差；

传动轴从车厢地板下通过，导致地板平面离地距离较高，乘客上下车不方便；

此外发动机的噪声、气味和振动难以隔绝，很容易传入车厢内影响乘员的乘坐舒适性；

有一扇乘客门布置在轴距范围内，降低了车身的刚度。

针对中开门设计导致车身强度降低的缺点，可以采用车门前开的布置，这样可以改善车身的刚度，但是前悬必须得加长，可能出现前轴超载的现象。

（2）发动机中置后驱（MR）方案

发动机中置后轮驱动方案如图5-14（b）所示，传动系统的这种方案布置有利于实现较为理想的质量分配，车厢面积的利用率高，乘客门可以布置在车辆前轴之间。

但是发动机维修困难，所以对发动机的可靠性要求很高；

由于中置车厢地板下，发动机冷却效果差，地板高度也难以降低；

此外，发动机的噪声、气味和振动还是可以传入车厢内。

所以这种布置方式只在部分大中型客车上采用，并未获得推广。

（a）发动机前置后轮驱动

（b）发动机中置后轮驱动

（c）发动机后纵置后轮驱动

（d）发动机后横置后轮驱动

图5-14客车发动机布置方案

（3）发动机后置后驱（RR）方案

发动机后置可有纵置和横置两种方式，分别如图5-14（c）及5-14（d）所示。

这种布置形式的发动机、离合器和变速器一般都置于后桥之后；

主减速器与变速器之间的距离较大，其相对位置经常变化，所以应设置万向传动装置和角传动装置。

将发动机布置在车厢后部，容易做到汽车总质量在前后轴之间的合理分配，增大车厢面积利用率，降低地板高度，隔绝发动机噪声、气味和振动，车门可开在前悬之前，发动机的维修也比较方便。

同时，由于后轴的簧上质量和簧下质量之比增大，可以改善车厢后部乘客的乘坐舒适性。

因此，发动机后置的的布置方案在大中型客车上广泛盛行。

由于发动机在车辆后部，其冷却条件差，必须采用冷却效果强的散热器；

发动机、离合器和变速器是远距离操纵，操纵机构复杂，但是随着发动机结构的改进以及机电液一体化技术的发展，上述问题已经得到了妥善的解决。

在发动机横置的情况下，发动机的动力系通过成斜角布置的传动轴由变速器传至车轴，此布置较为紧凑，但结构比较复杂而且传动效率也会有所降低。

2、客车车门布置

客车车门有乘客门、驾驶门和应急门三种。

对于不同尺寸不同类型的车型，其布置形式各不相同。

客车乘客门是乘客上下车的出口，是客车设计的重要组成部分，按通道宽度可分为单引道门和双引道门。

单引道门主要用于乘客上下车不频繁的长途客车、旅游客车和团体客车上，轻型客车应用也比较广泛；

双引道则主要用于乘客上下车频繁的城市客车上。

乘客门在设计布置时候需满足国家标准的规定，一般布置在客车右侧，其中至少应有一个乘客门在车辆的前半部。

但对在道路中央设置的公共汽车专用道上运营使用的公共汽车，由于公交站台位置的原因需在车身左侧上下乘客时，允许在车身左侧开设乘客门，而车身右侧则不允许再设乘客门。

一般乘客门的数量设置如表5-1所示：

表5-1客车乘客门的最少数量-

客车类型

Ⅰ级

Ⅱ级、Ⅲ级

车长L/m

L≤10

10＜L≤13.7

L≥13.7

L≤12

L＞12

乘客门最少数量

1

2

3

驾驶门是驾驶员上下车专用门，设置在方向盘同侧，一般中低档乘客门中置的大型客车和一些中型客车采用。

应急门又称安全门，当客车内发生危险时，乘客可通过应急门进行紧急撤离，一般应用在特大型的长途或旅游客车上。

国家标准并未对应急门的布置做出明确限制，但是合理布置应急门的位置是相当重要的，通常布置在客车右侧中部偏后位置。

5.2.2、外廊尺寸和有关总布置尺寸

国家标准对客车的相关尺寸做了详细的规定。

客车的外廊尺寸见GB1589-2004《汽车外廓尺寸限界》中的规定，客车外廓尺寸的最大限值如表5-2所示：

表5-2客车外廓尺寸的最大限值

外廓限值类型

限值

总高

4m（对于定线行驶的双层客车为4.2m）

总宽（不包括后视镜）

2.5m

总长

二轴客车

12m

三轴客车

13.7m

单铰接客车

18m

GB/T13094-1991《客车通用技术条件》规定了客车的其它总布置尺寸要求，如表5-3所示：

表5-3客车其它总布置尺寸要求

规定项目

按近角

≥12°

离去角

≥9°

转弯半径

≤12m

转弯时的通道宽度

≤6.7m

最小离地间隙

长途或旅游客车

≥270mm

城市客车

≥240mm

此外，《客车通用技术条件》还对前、后悬长，轴距等许多总布置尺寸作了相应规定。

如窗距的确定，需要满足10t顶置载荷作用的要求。

5.2.3、车箱布置及横截面尺寸

1、座椅布置

客车一般根据用途、乘客数及车长布置座位排列方式和排数。

城市客车行驶的车站距离近，乘客频繁流动，主要应保证乘客上下车方便和便于在车内走动。

一般多采用单、双排座的布置方案，以增大过道的宽度和站立面积。

近年来，城市公共交通迅速发展，为了满足人们上、下班及节假日时候客流高峰的需要，可以沿车辆两侧壁布置座椅，这样可以显著的增加乘客站立面积，从而增大载客量。

但是这种座椅纵向布置的方案恶化了一般使用情况下乘坐的舒适性，此外，由于进行汽车承载系统（包括车身骨架、底架和行驶系）的强度设计中必须考虑高峰载荷值，所以将会使汽车的自重相应，在占大部分使用时间的非客流高峰时刻，汽车设计的强度是过剩的，这样显然是不经济的。

图5-15所示的是VOLVO汽车公司的7700-02城市大客车的平面布置。

该车的发动机装在地板下面，有效载客面积22.52

乘客座椅面积10.82

，总容量为110人，客流高峰时刻可容纳120人以上。

为了充分利用车厢面积，前轮罩上设了一排朝前布置的座椅，而后轮罩上则设了两排座椅，分别朝前和朝后布置。

城市客车车厢的平面布置在相当大的程度上受城市居民收入水平的影响。

在西欧一些国家，城市客车的座位布置一般为前部1+1，后部2+2的形式，但是随着经济的发展和城市居民收入水平的提高，城市客车的舒适性也逐步提高，座位数朝着增加趋势发展。

于此相反，在我国及一些发展中国家，城市人口密集，居民收入水平有限，城市客车的座位布置多采取前部1+1，后部2+2的形式。

图5-15VOLVO7700-02城市大客车平面布置

图5-16豪华长途大客车平面布置图

长途客车由于乘客乘坐时间长，车站距离也较远，客流量一般比较稳定，座椅布置主要应保证乘坐的舒适性，而且尽可能使乘客面朝前方乘坐。

为了增加载客量，可在两排座椅中间的过道处增设活动座椅。

图5-16所示的是国内某客车企业投产的一款豪华长途大客车平面布置图，该车的发动机后置，与城市客车相比，其特点是只开了一扇乘客门，座椅舒适性好且间距较大、过道较窄，同时在车厢的中间还设有卫生间，车厢内的前部和中部各装有一台壁挂电视机。

2、客车横截面及相关尺寸

客车横截面如图5-17所示，GB13053-2008《客车车内尺寸》对其各尺寸做了详