【摘要】：在全球性能源匱乏以及環(huán)境污染問題日趨嚴峻的今天,傳統(tǒng)燃油動力汽車市場受到不小沖擊,電動汽車則以其諸多優(yōu)勢蓬勃發(fā)展,客車作為重要的公共交通工具,其電動化趨勢也愈發(fā)明顯。如今,各大客車企業(yè)將電動化產(chǎn)品從單一的城市公交客車拓展到公路客車,動力形式也從單一的純電動向純電動、增程式電動、燃料電池等多樣化電動形式發(fā)展。但這也加重了客車企業(yè)車型多、產(chǎn)量小的生產(chǎn)現(xiàn)狀,使工裝的制造成本與產(chǎn)品的產(chǎn)量之間形成了嚴重矛盾。針對目前電動公路客車在生產(chǎn)及使用過程中存在的通用性、靈活性方面的問題,并考慮未來的拓展性,本文提出了一種模塊化動力單元的設(shè)計思想,基于該思想并結(jié)合客車相關(guān)設(shè)計理論及法規(guī),設(shè)計了一種能夠同時適用于純電動、增程式電動、燃料電池三大類型,10m、11m、12m三種長度的通用化電動公路客車車身結(jié)構(gòu),解決了客車企業(yè)生產(chǎn)過程中的主要困境。結(jié)合課題組現(xiàn)有的對于客車結(jié)構(gòu)的分析方法,利用CAE分析手段,對所設(shè)計車身結(jié)構(gòu)進行靜態(tài)性能分析及改進。本文主要完成內(nèi)容如下:第一,基于模塊化動力單元的電動公路客車的總體方案設(shè)計。首先針對電動公路客車當前存在的問題進行詳細分析,分析角度包括:企業(yè)生產(chǎn)制造過程中存在的矛盾;用戶使用過程中所受的局限;未來電動客車發(fā)展的需求等。根據(jù)分析內(nèi)容,提出模塊化動力單元設(shè)計思想,使公路客車結(jié)構(gòu)的設(shè)計兼具通用性、靈活性、可拓展性,解決了生產(chǎn)過程中成本與產(chǎn)量之間的矛盾,滿足用戶的變化需求,適應(yīng)未來動力單元的發(fā)展。再根據(jù)該思想結(jié)合相關(guān)客車設(shè)計標準設(shè)計電動公路客車整體結(jié)構(gòu),并確定關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸。最后以純電動類型為研究對象,考慮整車軸荷分配、左右側(cè)結(jié)構(gòu)載荷分配、整備質(zhì)量等限制因素,對結(jié)構(gòu)進行極限動力布置方案的研究。第二,基于模塊化動力單元的電動公路客車初始模型的建立。根據(jù)電動公路客車總體設(shè)計方案,分總成建立初始結(jié)構(gòu)的幾何線框模型并完成拼合處理。再根據(jù)幾何線框模型結(jié)合課題組以往的項目經(jīng)驗初步確定各桿件截面尺寸參數(shù),完成初始參數(shù)車身骨架有限元模型的建立。按照所設(shè)計的多種極限動力布置方案分別對骨架模型進行有效工作載荷的施加,最終完成多個初始結(jié)構(gòu)有限元模型的建立。第三,初始模型的基本性能分析。對初始模型進行相關(guān)靜態(tài)性能分析,其中包括自由模態(tài)、整體剛度、不同動力布置方案下的強度分析,最終得到初始結(jié)構(gòu)有限元模型的基本性能參數(shù),并確定各項性能參數(shù)是否符合安全設(shè)計要求。第四,初始模型車身結(jié)構(gòu)的改進。針對初始模型強度不達標、可輕量化空間較大的情況,首先基于桿件內(nèi)力應(yīng)力分析方法,分析高應(yīng)力單元位置的桿件內(nèi)力情況,以及應(yīng)力成分占比,重新合理化桿件布局,降低車身結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力水平,使車身結(jié)構(gòu)在任一動力布置方案下均符合強度要求。再針對低應(yīng)力桿件進行截面尺寸調(diào)整和適當刪減,減輕部分車身質(zhì)量,在各項基本性能達標的同時,兼顧車身的輕量化設(shè)計,最終得到符合各項性能安全要求、輕量化優(yōu)勢明顯的電動公路客車車身結(jié)構(gòu)。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U463.82;U469.72
【圖文】：

吉林大學碩士學位論文由更換適應(yīng)變化的行駛需求，客車的利用率得以提高。同一輛客車根據(jù)實際需求的不同，可以選擇裝配合適的動力單元模塊，例如：要求公路客車能夠保證中長途運行時，可以選擇容量較大的動力電池模塊、或在動力電池模塊之外加裝增程器模塊或搭載多組動力電池模塊，以保證公路客車的續(xù)航里程；當公路客車短途運行時，可選擇容量較小的動力電池模塊，以減輕整車質(zhì)量，降低能源消耗。模塊之間的靈活組合特性也使得客車模塊空間可以充分利用。車身結(jié)構(gòu)中動力單元模塊的裝配空間在不裝配動力單元模塊時，將作為行李艙使用。當一個模塊空間裝配動力單元模塊時，可分為以下三種情況（如圖 2.1 所示）：裝配一個大尺寸模塊；裝配一個小尺寸模塊，其余空間用作行李艙；裝配動力單元組合模塊。

第 2 章 基于模塊化動力單元的電動公路客車總體方案設(shè)計外，動力單元固定于幾種標準外廓尺寸的立方體封裝箱內(nèi)，箱內(nèi)必須間以便于動力單元的安裝和拆卸，以及布置緩沖材料等動力單元保護為動力電池模塊，考慮到目前動力電池的能量密度還處于較低的水平的續(xù)航能力，動力電池需有相當?shù)捏w積。綜上考慮，動力電池模塊的封裝箱尺寸應(yīng)設(shè)計的盡可能大。因此在設(shè)計公路客車底架結(jié)構(gòu)時，盡區(qū)域可以利用的空間，具體設(shè)計內(nèi)容如下：、將車門設(shè)置在右側(cè)圍的前后兩端，側(cè)圍中段保證桁架結(jié)構(gòu)完整，如圖樣的設(shè)計使得車身中段不存在踏步占用空間，底架中段可利用的模塊外，右側(cè)圍桁架結(jié)構(gòu)的完整性優(yōu)于傳統(tǒng)中門客車，有利于提高整車車

圖 2.2 右側(cè)圍結(jié)構(gòu)示意圖、取消傳統(tǒng)公路客車常用的底架龍骨結(jié)構(gòu)，在底架的中心縱向剖面設(shè)計架結(jié)構(gòu)，將底架內(nèi)部空間平均分成左、右兩部分；、在底架軸間區(qū)域設(shè)置兩個橫向斷面（與側(cè)圍立柱和頂蓋橫梁形成兩個，結(jié)合縱向桁架斷面，將該區(qū)域分割成大小完全相同的 6 塊空間，即 6單元模塊布置區(qū)域；、選擇雙 U 型后副車架結(jié)構(gòu)，其特點在于：空氣彈簧的位置發(fā)生了變化體的縱向長度減小、垂向高度增加，從縱向長度上增大了底架中段可間，雙 U 型后副車架與傳統(tǒng)的 C 型梁后副車架的結(jié)構(gòu)對比如圖 2.3 所

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