1.车身骨架与底盘车架一体化设计
车架设计应充分考虑车身如何与之相连，在需连接的部位预留连接梁或连接支架，这样做的好处是会极大地方便车身与底盘的连接，减少不必要的连接件，既增加了连接强度和刚度，也减轻了重量，这就是我所说的车身与车架一体化设计。举例来说，前面提到的几个外摆式后四气簧悬架，其为气簧的需要而增加了两个贯通左右的大断面横梁，这其实给车身与底盘连接带来了极大的方便。推而广之，前悬架也可以增加这样的横梁，板簧悬架也应该增加上这样的横梁。
一体化设计的另一个意思是“一件多能”，让一种零部件担当多种功用。如可以让水箱托梁也担负车架与车身的连接梁之职责，这是一种集约化的设计思路。
车身骨架与底盘车架一体化设计对于上部结构的贡献主要有两点：
（1）减轻重量 优化上部结构强度将轻量化设计摆到了台前，不只是车架、底盘部分的轻量化，车身上部的轻量化尤为重要。因为我们将从后面的理论探讨得知，侧翻时上部结构所吸收的能量与整车的重力势能成正比。因此，减轻任何一点重量都会使整车的重力势能减少，这正是设计者所追求的。
（2）坚固上部结构的基础 使上部结构相对于车架而言是固支结构，而不是简支结构。因为固支结构的固支点没有角位移，这会使上部结构不会产生多余的线性位移，从而满足生存空间的要求。
2.车身骨架宏观布局的设计
车身骨架宏观布局的设计的目的是保证力流传递的连续性，即采用“封闭环”设计，尽可能地做成“大环”，最次也要是“小环”。图3-40所示即是“大环”的设计结构。再如图3-49所示，顶盖弯梁是与侧窗立柱是严格对齐的，侧窗立柱必须要直通腰梁，侧窗立柱与侧舱立柱要尽可能对齐。这种从上到下都对齐的结构才有可能成为“大环”，如图中A—A剖面是大环，而C—C剖面则不是，因为其裙边没有与车架连接。B—B剖面只能算是“小环”，因为其侧窗立柱直通到腰梁后就截止了，若不采用斜撑与车架连接，它连“小环”也算不上。总之，不管是“大环”还是“小环”，只有与车架形成了可靠的刚性连接才能称之为“环”。所以我们说不能仅仅看到“环”的结构就说结构可靠，还要看环与车架是如何连接的以及连接的可靠性如何。
图3-49 车身骨架宏观布局的设计
针对图3-49所示结构的抗侧翻性能，我们进一步明确以下五点：
图3-50 骨架的十字接头
1）侧窗立柱必须要直通腰梁。为了提高侧围骨架在侧翻时抗变形能力，一个很有效的方法是加大侧窗立柱的管材规格，并在结构上将其从上至下贯通至腰梁，我们称这种型式的侧围骨架为“篱笆”型的结构。有计算表明，贯通方向的刚度比断开方向的刚度大约要高出30%。如图3-50所示的两种型式，AB方向的抗弯刚度要比A′B′方向的抗弯刚度高30%。而对于改变管材的规格，从力学角度讲增加车身厚度方向的尺寸对抗弯性能最有效，而从车身结构上讲这不太可行（因为要浪费车内空间），可行的做法是增加前后方向的尺寸，而这对增强侧翻时抗弯性能又帮助不大。
2）当侧窗立柱直通到腰梁后不能同侧舱立柱对齐时，必须在此点上增加力的传导通道：斜撑或直梁，将从窗立柱传下来的力引到车架上。实际上这也是给侧窗立柱做了一个固支结构。如果由于结构的限制而无法增加斜撑（如轮罩或行李舱的存在），那么应使地板骨架的梁与侧窗立柱实现对齐，如图3-43中所示的地板骨架与侧围骨架的对齐方式。
3）增加侧墙的高度H能提高侧翻的抗变形能力，即抬高侧窗下梁的高度。
4）侧围的斜撑也有助于提高侧翻的抗变形能力，但其高宽比h/W不能小于0.6，否则斜撑的作用不明显。
5）造型曲线对生存空间的影响见图3-51，车身1和车身2的车宽近乎相同，将乘客区地板对齐后，所得到的生存空间截面也基本相同。但车身的上部曲线不同：车身1的曲线比车身2的曲线外张，即车身1的曲线离生存空间截面较远，这意味着车身1的侧骨架变形空间大，在到达生存空间截面前会吸收更多的能量，因此，车身1比车身2更不容易侵入生存空间。这就是造型对侧翻性能的影响：造型越方正越有利于通过侧翻检验。
图3-51 造型曲线对生存空间的影响
3.车身骨架微观结构的设计
车身骨架微观结构的设计原则也是保证力流传递的连续性，这一点更重要。骨架的侧翻抗变形能力，都是由结构上的微观特点决定的。图3-52所示是“基础强度”设计中的三个典型的微观连接结构：顶盖与侧围、窗立柱与贯通的P形管窗下梁、腰梁与侧舱立柱。
图3-52d是简化的力学模型：如果AC边在力f的作用下产生1°的偏转角，那么构件BD的另一端将产生很大的线性位移，极不利于抗侧翻性能。图中的B点就是所谓的“塑性铰链”点，这是由于结构在微观上没有对齐，造成力流的传递不连续。这种“塑性铰链”点相当于将固支结构变成了简支结构，使侧翻时的抗变形能力变得极差。图3-52a、图3-52b、图3-52c都存在“塑性铰链”点。
图3-52 骨架设计中的三个典型微观连接结构
由此，我们给出提高上部结构强度的三点微观设计结论：
（1）侧窗立柱与侧窗下梁的连接 侧窗立柱直通腰梁后此问题已不存在，若侧窗立柱不能直通到腰梁，只能到侧窗下梁，此时侧窗下梁为前后贯通，则决不允许使用P形管材，必须使侧窗下梁与侧窗立柱在外形规格上等厚度，注意不是壁厚相等。如图3-53中的结构a比结构b和结构c都好。
图3-53 侧窗下梁贯通时的结构选择
（2）腰梁与侧舱立柱的连接 采用图3-54所示的三种结构，其中图3-54a是NEOPLAN的，其窗立柱直通腰梁，舱立柱直通窗下梁，二者在侧蒙皮这段区域内上下交错；图3-54b是IVECO的，其窗立柱直通腰梁，舱立柱与腰梁对齐；图3-54c是国内某车型的，其窗立柱直通腰梁，舱立柱与侧围立柱搭接。这三种结构都很好，都有利于抗侧翻变形。但这三个里面最好的结构是NEOPLAN的，其窗立柱与舱立柱的上下交错结构很好地提高了侧围骨架的抗变形能力，它的整车骨架就是图3-42。
（3）顶骨架与侧围骨架的连接 图3-55给出了三种连接的断面结构，分别解释如下：
结构a：侧围骨架和顶盖骨架仍各自成片，对接处靠两根贯通的方钢连接，要求是这两个方钢在骨架厚度方向上必须等宽。该结构的好处是工艺性好，顶蒙皮可与顶骨架预先组装好。
图3-54 三种侧围骨架断面结构
图3-55 顶骨架与侧围骨架的连接方案(www.xing528.com)
结构b：侧围骨架和顶盖骨架的对接处靠一根贯通的方钢连接，该方钢归属于哪个总成要看顶蒙皮的装配工艺安排。通常认为方钢归属在侧围骨架里好，这样有利于整车骨架的装配精度，但如果归在侧围，则顶蒙皮就只好在车顶上安装了。其实这种单根梁的结构完全是为了保证侧窗立柱（或顶盖横梁）能与对接的纵梁实现满焊。
结构c：其实这是结构b的变种，在结构b的基础上将侧围与顶盖的对接纵梁归于顶骨架，而在侧围骨架增加一道断续的纵梁，此纵梁不与顶盖骨架的边纵梁并接，而是故意下降70mm左右，让侧窗立柱贯通到顶盖边纵梁，从而实现侧窗立柱与顶盖边纵梁的满焊。该结构的优点是工艺性好，顶蒙皮可与顶骨架预先组装好，骨架强度和刚度也会增强；缺点是侧围骨架的工艺性变差。
通常认为结构b和结构c都很好，建议：如果顶蒙皮是在车上安装，那就选结构b。如果顶蒙皮是在车下安装，那就选结构c。
从结构力学的角度来说，应当采用单管连接方案，最好不采用双管并接方案。
4.乘客门前后柱的加强方法
由于侧翻检验都是翻向乘客门一侧（此侧较弱），所以我们可以将乘客门前立柱或后立柱做成弓形。图3-56所示的加强方法，实际上就是增强门立柱的抗弯刚度。如果结构允许，弓形的高越高越好。
图3-56 门后立柱的加强方案
图3-57所示为应用乘客门前后柱加强原理的两种情况：图a中中门上方的侧窗立柱与中门的前后立柱都不对齐，但它很好地实现了侧窗玻璃的均等；图b的结构尽可能地实现封闭环结构，中门后柱是上下贯通的，但其侧窗玻璃的均等性很差。如果不考虑侧翻，图a的布置是可以接受的，且侧窗立柱不贯通到腰梁也可以。但如果进行侧翻检验，图a的布置肯定不如图b的布置，因为图a的中门上方的侧窗立柱形同虚设，对侧围骨架的抗弯刚度不起任何作用，此时的中门前后柱无论怎样加强都没用，况且中门的位置也基本上是车辆重心所在的位置。
图3-57b的布置可以实现中门后柱的弓形加强结构，对于提高侧围骨架的抗弯刚度很有好处。
图3-57 中门位置与侧窗立柱的关系
5.骨架材料的选择原则
比刚度高的材料为骨架材料的首选，如高强度材料。
表3-1是车身骨架常用的几种钢材。仅从屈服极限考虑，WL510大约是20钢的1.45倍，也就是说同样的结构，采用WL510管材的壁厚可以是采用20钢的70%，能减重30%，理论上是这样。从侧翻试验的角度来讲，减轻上部结构的重量也有利于减小侧翻变形量，因为骨架变形所吸收的能量等于车体重力势能的减少值，且重心越低也越有利于侧翻。
表3-1 几种客车钢材的材料特性表
对于钢结构的客车车身，结构设计的主要问题是刚度，其次是强度。如果刚度能满足，则其强度也能满足。
但问题往往不那么简单，还要考虑价格因素，即性价比。
为了便于参考，我们提供MAN公司对于车身使用的矩形钢管材料性能要求，具体如下：
①由酸洗的热轧和冷轧钢带制造而成。
②焊缝必须在窄边的中部，必须在管材平面的外表面。
③棱圆角的半径为1.5至2倍的壁厚。
④直角度的偏差最大允许10°。
⑤管断面的侧边的允许翘曲t必须在棱边长的尺寸公差范围内，见图3-58。
⑥直线度的允许偏差最大允许为测量长度的0.20%（最小测量长度为1m）。
⑦允许的扭转（端面扭转角）最大允许1°/m。
图3-58 矩形管断面的侧边的允许翘曲t
⑧半成品型钢材必须具有一个与制造种类相适应的平滑的、无氧化层的内外表面。加工工艺引起的细微疤痕，气孔和纵向沟槽是允许的。
⑨交货状态必须是无氧化的，在保护气体下进行退火。
⑩建议的交货状态的强度特性参考值（这些值必须在冷变形时达到）如下：
a）拉伸强度为420MPa。
b）屈服极限为290MPa。
c）断裂延伸率δ为25%。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
