近幾年來，純電動(dòng)客車因綠色、環(huán)保成為主要交通工具之一。每臺(tái)車為了滿足公交對(duì)于日均續(xù)駛里程的要求，都配備了2-3t的動(dòng)力電池，進(jìn)而整車質(zhì)量上升。為了節(jié)約能源，在保證骨架強(qiáng)度的同時(shí)，需對(duì)大客車車身結(jié)構(gòu)做輕量化設(shè)計(jì)。

目前車身骨架設(shè)計(jì)評(píng)估主要通過靜態(tài)應(yīng)變分析和動(dòng)態(tài)應(yīng)變分析，靜態(tài)應(yīng)變分析主要包括強(qiáng)度和剛度兩方面，即分析骨架的應(yīng)力和應(yīng)變情況；動(dòng)態(tài)應(yīng)變分析主要是進(jìn)行低階自由振動(dòng)的模態(tài)分析。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

實(shí)驗(yàn)的主要目的是驗(yàn)證有限元方法模擬仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，希望能為新能源客車輕量化設(shè)計(jì)提供一些幫助。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，根據(jù)某公司已有的有限元仿真模型及其計(jì)算結(jié)果，通過在實(shí)車骨架結(jié)構(gòu)部分重要節(jié)點(diǎn)處布置應(yīng)變片，進(jìn)行局部應(yīng)力及應(yīng)變的測(cè)量，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果相比較。

具體可分為以下5個(gè)部分：

1. 使用應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀進(jìn)行局部應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量，并記錄初始數(shù)據(jù)。

2. 根據(jù)仿真結(jié)果，在應(yīng)力應(yīng)變較大的區(qū)域以及異常的區(qū)域設(shè)置傳感器點(diǎn)，并打磨、焊接應(yīng)變片，為獲取實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。

3. 對(duì)實(shí)體客車載重配平，進(jìn)行靜態(tài)彎扭工況的變形及受力測(cè)量，并測(cè)量空載以及加載重物兩種情況下，左、右前輪一輪懸空時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變。

4. 進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試，主要分為空載以及加載重物2種情況，并模擬不同路面工況情況下，主要為剎車以及轉(zhuǎn)彎時(shí)的動(dòng)態(tài)應(yīng)力分布，實(shí)驗(yàn)中主要參考標(biāo)準(zhǔn)為GBT6792-2009。

5. 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

本次實(shí)驗(yàn)儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀、JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試儀。都是由應(yīng)變儀和軟件構(gòu)成，基于模塊化設(shè)計(jì)，能夠按照不同需求組成集散測(cè)試系統(tǒng)，各通道可接入不同類型傳感器，完成應(yīng)力應(yīng)變、振動(dòng)（加速度、速度、位移）等各種物理量的采集、測(cè)試和分析。多通道實(shí)時(shí)顯示應(yīng)變數(shù)值、直接顯示應(yīng)力，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存。

實(shí)驗(yàn)實(shí)施及結(jié)果

（1）應(yīng)變片粘貼及連接

應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)的選擇是依據(jù)之前有限元方法模擬仿真和計(jì)算的結(jié)果，在較大應(yīng)力區(qū)以及部分非正常應(yīng)力區(qū)粘貼應(yīng)變片。應(yīng)變片粘貼具體位置：客車左側(cè)圍3個(gè)應(yīng)變片的布置點(diǎn)，客車右側(cè)圍的3個(gè)布置點(diǎn)以及客車中門上部的4個(gè)布置點(diǎn)?？蛙嚨撞?7各布置點(diǎn)。

在進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試時(shí)，需要在底盤的車頭和車尾分別布置2個(gè)加速度傳感器。根據(jù)有限元模擬仿真計(jì)算中的加載量對(duì)實(shí)車進(jìn)行等量加載，本實(shí)驗(yàn)用沙袋代替人進(jìn)行配重。空載總質(zhì)量為12210kg，模擬加載時(shí)稱重為14410kg。

（2）靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)主要包含2個(gè)部分：

1. 靜態(tài)彎曲應(yīng)變測(cè)試，給客車加上配重，進(jìn)行彎曲應(yīng)變測(cè)試，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行比較。

2. 靜態(tài)和輪懸空測(cè)試，在本實(shí)驗(yàn)中，主要測(cè)量左前輪懸空、右前輪懸空、空載以及沙袋配重時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變，并用Tecplot軟件進(jìn)行畫圖，對(duì)比分析。

由靜態(tài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真應(yīng)力擬合后的曲線對(duì)比圖可知，實(shí)驗(yàn)和有限元方法仿真應(yīng)力曲線一致，在空載左前輪懸空試驗(yàn)中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢(shì)相同的測(cè)點(diǎn)共計(jì)24個(gè)，有效測(cè)點(diǎn)共計(jì)31個(gè)，占比77.4%，誤差在可接受范圍內(nèi)。在空載右前輪懸空試驗(yàn)中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢(shì)相同的測(cè)點(diǎn)共計(jì)25個(gè)，有效測(cè)點(diǎn)共計(jì)31個(gè)，占比80.6%。在加載彎曲工況試驗(yàn)中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢(shì)相同的測(cè)點(diǎn)共計(jì)25個(gè)，有效測(cè)點(diǎn)共計(jì)31個(gè)，占比80.6%。在加載左前輪懸空試驗(yàn)中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢(shì)相同的測(cè)點(diǎn)共計(jì)26個(gè)，有效測(cè)點(diǎn)共計(jì)31個(gè)，占比83.9%，符合要求。在加載右前輪懸空實(shí)驗(yàn)中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢(shì)相同測(cè)點(diǎn)共計(jì)25個(gè)，有效測(cè)點(diǎn)共計(jì)31個(gè)，占比80.6%。根據(jù)上述分析得出，在靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用有限元仿真模擬計(jì)算模型，能夠很好的反映實(shí)際情況，仿真具有一定的確準(zhǔn)性。

（3）動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試主況主要有2種。

1. 動(dòng)態(tài)急剎車應(yīng)變測(cè)試。將客車以30km/h的時(shí)速運(yùn)行，在途中緊急剎車，測(cè)試應(yīng)力應(yīng)變情況。

2. 2.急轉(zhuǎn)彎應(yīng)變測(cè)試。車輛急轉(zhuǎn)彎時(shí)，車身除受垂向載荷外，還承受橫向慣性力的作用，對(duì)車身頂蓋和地板骨架產(chǎn)生較大彎矩，而右轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑較左轉(zhuǎn)彎小，其承受的向心力較大，故考慮右轉(zhuǎn)彎工況。以30km/h的時(shí)速駕駛客車，并以轉(zhuǎn)彎角度為90°的直角進(jìn)行轉(zhuǎn)向，測(cè)試此時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變情況。

從動(dòng)態(tài)試驗(yàn)與仿真曲線的對(duì)比圖可知，在加載剎車試驗(yàn)中，仿真模擬結(jié)果與實(shí)際情況整體趨勢(shì)吻合度較高，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。而在加載轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果趨勢(shì)大體相同，但是誤差較大，其原因可能為動(dòng)態(tài)測(cè)量道路情況復(fù)雜，整車變形屬于瞬態(tài)工況，導(dǎo)致實(shí)際誤差較靜態(tài)測(cè)量大。

結(jié)果分析與結(jié)論

（1）靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果分析

在靜態(tài)空載、滿載下的彎曲和懸空工況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行分析，并與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，可以得到以下幾個(gè)結(jié)論。

1.靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果整體趨勢(shì)吻合度較高，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.兩類數(shù)據(jù)對(duì)比，局部位置精度達(dá)到95%以上，精度達(dá)標(biāo)點(diǎn)占總體布點(diǎn)數(shù)80%以上，精度達(dá)標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)滿足要求。

3.由于模擬過程中，模型的前后橋沒有準(zhǔn)確CAD數(shù)據(jù)，對(duì)最終模擬結(jié)果有一定影響。

4.考慮到安全及國(guó)標(biāo)要求，一輪懸空試驗(yàn)采用的是下降240mm，局部測(cè)點(diǎn)而模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果依然存在小范圍的偏差，偏差在允許范圍內(nèi)。綜上分析可知，靜態(tài)應(yīng)變實(shí)驗(yàn)的仿真精度較高，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與分析

在動(dòng)態(tài)剎車及轉(zhuǎn)彎剎車工況下，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行分析，并與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，可以得到以下幾個(gè)結(jié)論。

1.動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果整體趨勢(shì)吻合度較高，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.由于模擬過程中，模型的前后橋沒有準(zhǔn)確CAD數(shù)據(jù)，對(duì)最終模擬結(jié)果造成一定影響。

3.局部測(cè)點(diǎn)的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果依然存在小范圍的偏差，偏差在允許范圍內(nèi)。

4.總體而言，動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試結(jié)果與仿真相對(duì)應(yīng)結(jié)果，緊急制動(dòng)工況趨勢(shì)吻合度較高，而極速轉(zhuǎn)彎工況局部位置誤差較大，急轉(zhuǎn)彎工況誤差較大原因是由于應(yīng)力結(jié)果數(shù)值較小，基本在10-20MPa范圍之內(nèi)，所以微小的誤差占總體的權(quán)重較大，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果整體趨勢(shì)吻合度較高。

結(jié)語

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T6792-2009 客車骨架應(yīng)力和形變測(cè)量方法》，對(duì)純電動(dòng)車公交車整體骨架結(jié)構(gòu)在動(dòng)、靜狀態(tài)下的不同工況進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)，同時(shí)與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)；針對(duì)空載、滿載下的彎曲和懸空工況，靜態(tài)應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果整體趨勢(shì)吻合度較高。針對(duì)動(dòng)態(tài)剎車及轉(zhuǎn)彎剎車工況，動(dòng)態(tài)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果整體趨勢(shì)一致，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但具體數(shù)值存在一定誤差，需要對(duì)軟件程序進(jìn)行一定的修改。

此次電動(dòng)客車骨架應(yīng)變測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)試達(dá)標(biāo)測(cè)點(diǎn)占總成測(cè)點(diǎn)比例95%以上，達(dá)到電動(dòng)客車骨架測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變的實(shí)驗(yàn)要求。針對(duì)純電動(dòng)公交車進(jìn)行的有限元仿真結(jié)果在靜態(tài)部分可信且精度較高，可以為純電動(dòng)公交客車輕量化設(shè)計(jì)提供依據(jù)，而在動(dòng)態(tài)部分，總體趨勢(shì)與實(shí)際情況大致相同，但是精度不高，仍需改進(jìn)。