客车车身设计：上部强度效果

与“基础强度”不同，“上部强度”指的是车身上部结构在侧翻时的抗变形能力，即GB/T 17578—1998里规定的“车身结构的上部强度”。

GB 13094—2007《客车结构安全要求》引用了GB/T 17578—1998《客车上部结构强度的规定》，实施日期是2008年2月1日。

GB/T 17578标准是等效地采用了欧洲经济委员会（ECE）66号法规，简称R66法规。该法规定义了客车上部结构的生存空间和检验上部结构强度的测试方法，我们要先对生存空间的定义和测试做一简略介绍。

1.生存空间的定义

如图3-47所示，首先定义了一个生存截面，此截面是侧翻时客车的上部结构不能侵入的区域。它在车身中的定位是以座椅的R点来定位的，但此R点不是座椅的实际R点，而是按地板面和侧墙面来定义的，如图中的R′点所示。与座椅的R点相比较，实际情况是：R点比R′点靠外约50mm，高度约低15mm。

图3-47 客车生存空间的定义

定义了生存截面后，将此截面从最前排的座椅R点沿最前排到最后排最外侧座椅的R点连线扫掠得到的空间称为生存空间。

2.侧翻测试

图3-48所示是标准定义的侧翻测试台。

图3-48 侧翻测试台

（1）试验条件

1）被试客车可以未全部完工，但整车整备质量、质心位置和质量分布应符合该车技术要求的规定，即在空载状态下进行侧翻试验，若未完工则可以通过配载来达到等效的空载质心高度。

2）驾驶员和乘客的座椅靠背若为可调式，靠背应处于垂直的位置；如座椅高度可调，应处于最高位置，即尽可能地抬高质心。

3）客车的门、窗都应关闭、闩上，但不能锁死，即尽可能地降低车身刚度，减少吸能部件。

4）轮胎气压应符合生产厂的规定。如客车装有空气弹簧悬架系统，应把车身离地高度调整至生产厂的规定值，减振器应工作正常。

5）燃料、蓄电池的酸液和其他易燃、易爆或腐蚀材料应由其他材料替代，但替代后应符合质量、质心相当的要求。

6）撞击面应是水平面，可以由水泥或其他坚硬材料构成。

（2）试验步骤(www.xing528.com)

1）客车停放在一个水平的翻转平台上。

2）翻转平台的位置如图3-47所示：

①翻转轴中心线平行于客车的基准Y平面。

②翻转轴中心线距台阶侧面0～200mm。

③翻转轴中心线应位于客车右侧轮胎的外侧，且距最外侧轮胎的外侧面0～100mm，即向右侧翻。

④翻转轴中心线低于车轮所处的翻转起始水平面0～100mm。

⑤翻转起始水平面与撞击面之间高度差为800mm。

3）采取措施防止客车纵向滑移。

4）试验装置采用侧向挡壁防止车轮侧向滑移。

5）试验装置应确保客车各轴的同步侧倾。

6）客车在没有摇晃和不受其他外力影响的情况下侧倾直至翻倒。侧倾角速度不应超过5°/s（0.087rad/s）。

7）采用高速摄影、变形规或其他适宜的装置来确认GB/T 17578标准的第4章的要求是否得到满足。此要求至少应在两个位置进行验证，一般是在乘客区的前部和后部。变形规应固定在车身结构的不易变形的坚固部件（如车辆地板）上。现在大都采用的是变形规。

3.对测试结果的要求

客车按上述方法进行试验时及试验后，应确保其上部结构具有足够的强度和刚度，具体要求为：

①车身任何部分的位移都不允许侵入生存空间。

②生存空间内的任何部分都不能突出至变形的车身结构外。

上述规定适用于客车上的所有结构零件、部件、板件以及所有突出的刚性零件如行李架、通风装置等，但不适用车内的隔板、隔墙以及酒吧、厨房或洗手间等固定设施。

至此，我们已经可以看出，“上部强度”是完全不同于“基础强度”的，“上部强度”考验的是车身骨架的抗变形能力，这就是刚度问题。我们也可以这样说：“基础强度”是基于“强度”来进行设计的，而“上部强度”是基于“刚度”来进行设计的，因此车身的上部结构强度实际上就是如何做强上部结构的刚度问题。基于此，我们将分两部分来论述这个问题：一是从实际经验中总结出来的力学结构设计原则，二是给一个理论上的验算实例来看看从纯力学理论的角度上是如何预测上部结构的刚度问题。