客車底盤結構安全性分析與輕量化設計

黃健

摘 要：傳統的車輛已經難以滿足現在市場的需求，因為傳統的汽車在設計與車輛優化方面完全依賴于專家給出的數據結論。因此傳統的汽車在開發研究上因為開發周期長浪費許多的人力和物力，導致成本高，價格貴，并且安全系數得不到保證。但是，隨著經濟的發展，科技的進步，專家研究出了新的技術，為車輛結構設計與車輛優化提供了有效的數據。首先，本文就以客車底盤結構安全性為研究對象，對客車底盤結構的安全性進行分析并且說明輕量化設計車架的優勢。由此，先進行對客車底盤結構設計帶來的安全性進行分析，然后再研究國內外客車車身結構輕量化現狀，并且進行輕量化設計。

關鍵詞：結構安全;輕量化設計;客車底盤

“衣”、“食”、“住”、“行”是人類生存生活的四大需要，并且這四大需要還是經濟進步的基礎。在經濟快速發展的條件下，就“行”而言，在公共交通運輸業方面要提出更高的要求，并且大型客車在交通運輸業方面占巨大的地位，所以一定要保證大型客車的運載能力，舒適可靠的安全性能。因此，保證大型客車這些條件的滿足，就必須在大型客車動力學性能、操作的安全穩定性以及舒適的體驗上面不斷的進行改造，直至最優化。

1 客車的底盤設計

底盤是客車的重要組成部分，所以客車底盤的設計是十分關鍵的，只有將底盤方面設計的完美，才能保證客車的安全性。設計底盤首先要了解底盤的組成部分，客車的轉向、懸架、制動都是屬于客車底盤內的系統。因此客車的舒適度、安全性能、操控性都離不開底盤的系統。所以底盤系統必須要與車載能源多樣化相適應，并且還要與高度集成體系相符合，并且要注意客車的內部使用空間以及外觀造型。因此，對于客車底盤結構安全性與使用性的設計要求一定要提高。

2 客車的底盤設計安全性分析及具體方法

2.1 設計客車底盤考慮其安全性

既然客車底盤決定客車的整個安全性，就必須在設計底盤的時候充分將安全因素考慮在設計理念中，首先要打破傳統的客車設計理念，因為傳統的客車底盤設計理念對客車的安全因素，起不到完全控制的作用。并且既浪費時間又浪費成本，所以新的設計是從整體因素考慮規劃設計客車的底盤。因此設計出了，滑板式底盤”的設計理念，這種理念是首先是將原始的機械形式改變成現在的電器形式，電器形式首先僅僅擁有一個通向客車車身的電器連接，通過電力的控制使之達到可以控制客車的方向與制動系統，這一用電代替機械的設計理念不但可以提高客車底盤的安全系數，還可以節約時間節約成本。

2.2 三聚磷酸鋁在客車底盤設計中的應用

為了考慮客車的整體安全性，客車的底盤設計一定要非常嚴格的進行。在底盤設計的時候底盤涂料也是關鍵點，一定要用最優質的漆，如果使用劣質的漆，就會導致客車在行駛的過程中底盤容易受到腐蝕，造成安全事故。在客車底盤用漆中，三聚磷酸鋁是最佳的涂漆材料，因為三聚磷酸鋁在儲藏過程中有較好的穩定性，并且可以有效的防腐蝕，有利于穩定客車底盤的物理性質，從而達到底盤安全性的要求。所以想要將客車安全的運行，必須重視客車底盤的制造，因為客車底盤是決定客車安全運行最重要的因素，所以在設計底盤，漆用材料上一定要大力推行用最佳的防腐蝕材料。

3 客車輕量化材料發展現狀

隨著經濟的快速發展，科技的不斷進步，客車的保有量也在不斷地增加，正因為客車的增加，為人們的出行提供了便利。但是提供便利的同時，也帶來了環境的污染，近年來我國非常重視環境的治理，因此汽車污染也是必須加大力度治理的一個方面。由于我國客車保有量不斷的增長，每年的增長速度飛快導致霧霾現象非常嚴重，汽車對環境造成的污染壓力是不可估量的。所以必須通過客車底盤輕量化改革，減少汽車尾氣的排放，這是我國目前最重要的汽車改革。并且對環境的改善有非常重要的意義。在實現客車輕量化之前，研究專家作出了許多的研究嘗試，首先對鎂合金等輕質材料進行了專業的試驗研究，并且尋找合適的時機，成熟了條件之后，開始在客車底盤生產加工中運用輕質材料，輕質材料的研究是一項非常復雜并且具有挑戰性的工作，所以一些高校和科研單位也加入到了研究輕質材料的行列中來，進行客車底盤輕質材料的研究應用。通過各界精英人員的研究，最新的科研成果慢慢成形涌現出來，并且將輕質材料的輕度，鋼的提升做到的最完美的程度并且研究出來的輕質材料，在國際上也數一數二，占有非常重要的地位。所以鎂合金在通過實驗合格之后，開始正式投入客車底盤的量化生產，各大汽車企業都在推廣使用鎂合金作為客車底盤的輕質材料，并且鎂合金不僅適用于客車底盤，它還適用于汽車的其他部件，比如汽車座椅等，所以它的應用范圍是非常廣泛的。其次，我國另一個輕量化的材料研發的重點是成型高強度鋼材。

成型高強度鋼材，主要運用在汽車的防撞配件上，因為高強度鋼材的防撞性能好，所以汽車生產企業在大力的使用高強度鋼材。因為通過在汽車中的運用，分析出高強度鋼材不僅可以起到非常好的量化效果，提高汽車的剛度與強度也是具有非常明顯的優勢。這些輕質材料為我國汽車量化生產的質量作出了巨大的貢獻。所以，經過上面的論述，我們可以看到，我國輕便材料的發展是非常可觀的，它使客車底盤輕量化得到了很大的提升，并且使用輕便材料也使客車底盤有了可觀的成果。這些成果都離不開所有研究人員的貢獻，正是因為他們的貢獻，才能使客車底盤材料得到有效的提升，使客車的安全性得到了有效的保障。

4 輕質材料實現客車輕量化

對客車車身進行合理的優化設計外，使用汽車材料輕量化也是一個重要的途徑。因為在汽車輕量化中汽車材料的輕量化有著非常重要的作用，所以輕質材料在汽車工業被廣泛的應用。廣泛運用的輕質材料有兩種。第一種是高強度的鎂，鋁、鈦等以輕合金為主的輕質材料。這些輕質材料不僅可以很好的為客車底盤帶來實質性地使用效果，并且還能保證客車運行的安全性。第二種是高強度的工程塑料以及復合性的材料，它們都是非金屬。鎂、鋁、鈦的密度非常小，所以它們是輕量化材料的首選，因為他們密度小所以不僅可以減輕客車的自重更能提高客車的環保性與節能性。另外，這些輕便的金屬材料，還具有較高的比強度與比剛度，它們的導熱性與導電性能也非常的好，并且阻尼減震性和電磁屏蔽性都很強。因此它們易于客車底盤的加工成形，加工完剩下的廢料也非常好處理。廢料可以回收再利用。正是因為這些輕便金屬材料的方方面面的優點，導致可以在汽車行業廣泛的被推廣使用，因為這些輕便的材料可以滿足客車使用性，使客車在安全節能和環保功能也能得到很大的提升。

5 客車底盤結構輕量化設計

動力系統、電氣系統、底盤系統等等多種設備是構成 一輛標準的汽車的體系。在這些設備中，汽車底盤占到了整個汽車的百分之三十。所以汽車底盤輕量化的優化設計對于汽車節油具有十分重要的意義。所以要求汽車底盤進行輕量化的設計。在設計的過程中既然考慮材料的輕便使用度還有考慮使用材料的環保性，所以經過上文的研究發現使用鎂鋁合金材料可以滿足客車底盤的輕量化與環保性。因此現在客車生產已經將鎂鋁等輕便材料替換了鋼材。首先是從汽車底盤的加工技術開始進行改革。對于汽車底盤輕量化的優化途徑首先選擇的是材料的輕量化設計，如使用輕質的鎂鋁合金材料代替鋼材料。從汽車底盤加工的成型技術入手進行改革，采用改革的方式是，利用高強沖壓將配件放入熱加工爐中加熱，并且加熱的時間要嚴格把控，不能多也不能少，要剛好達到四分鐘。使配件均勻奧氏體化，用機械手臂將其取出，并且取出后要迅速將配件轉移到熱沖壓模具上快速沖壓成形。成形的底盤配件的強度要求一定要達到一千二百兆帕才算合格。汽車底盤的構造主要有三種形式的沖壓梁，分別是U形、W形和V形。因此，這三種汽車底盤沖壓梁是在汽車構造中發揮著不同的作用。V形梁是汽車底盤防撞結構的主要形式，它對于汽車整體性的提高具有十分重要的意義。因為它作為中間結構提升了汽車的剛度與強度。并且它使用的是輕量化的材料，所以它的重量在汽車底盤也具有十分重要的意義。W梁起到了減少橫截面跨度超過V形梁的作用，它可以提高V形梁的安全系數，所以W梁也被廣泛地運用在了汽車底盤的設計與制造當中。因此，在汽車底盤的結構加工成型之后，還要繼續對汽車結構進行優化處理，所以首先要提升汽車底盤的輕量化，提升輕量化首先要在構件外形方面進行加工并且改進。例如比如通過構建空心化加工，減小構件的尺寸等方法。并且在汽車底盤設計中，圓形孔洞是最常用的方式，因為圓形孔洞可以均勻地分布構件所受應力，同時還可以節約輕便材料，實現成本的降低，為進行汽車底盤輕量化的革新作出最大的優化。

6 結語

綜上所述，本文對客車底盤結構安全性進行分析與汽車底盤輕量化設計進行研究。得知只有實現車輛底盤結構輕量化，才能保證客車使用的安全性與環保性，希望此文可以為汽車企業制造客車底盤帶來有效的參考價值。

參考文獻：

[1]王祝堂.“全鋁車身+全鋁底盤”客車路試順利[J].輕合金加工技術，2018，46（08）：42.

[2]許樹龍. 面向安全逃生的電動公交客車結構優化設計及分析[D].華南理工大學，2016.

[3]田文華. 華晨純電動全承載式公交客車的輕量化研究和設計[D].大連理工大學，2015.