管式桁架结构车辆底盘承载框架设计

　　这套管式桁架承载框架，是针对小尺寸单人休闲类车辆开发的主承载结构，日常主要适配场地休闲代步、非道路短途通勤类的小型四轮车辆，也可经过局部参数调整后适配轻量化特种作业小车的承载需求，比如园区巡检小车、小型场地转运车的主车架都能参考这套结构的设计逻辑做适配。从实际装车的使用场景来看，这类桁架结构相比传统冲压焊接的板式车架，最大的优势是在同等整备质量下能获得更高的扭转刚度，对于没有独立承载式车身的小型车辆来说，车架本身要承担全部的路面冲击载荷、驾乘人员重量以及车载附属部件的安装固定，所以结构的刚度冗余设计是整个建模过程中最先考量的核心指标。做结构设计的时候，最先确定的是驾乘人员的坐姿人机边界，按照成年男性95百分位的人体尺寸，

　　预留出腿部放置空间、座椅安装位以及转向操纵机构的布置空间，整个框架的前部收窄结构就是为了给前轮转向留出足够的跳动和转动余量，避免转向过程中轮胎和车架杆件发生运动干涉。框架的下部是整个结构的主承载平面，所有的杆件交汇节点都做了三角形稳定结构处理，没有出现四边形的无支撑悬空框，从正视图能清晰看到主斜向支撑的走向，从前端下部的防撞梁位置一直延伸到后部上方的座椅靠背安装点，这根主支撑是承担正面碰撞冲击力和路面颠簸带来的纵向弯矩的核心受力件，建模的时候特意调整了这根杆件的壁厚参数，比周边辅助支撑杆件的壁厚高出0.8毫米，避免应力集中导致的杆件开裂。整个框架的安装边界做了统一的预留设计，下部的四个主支点是用来安装悬架摆臂和减震器的连接座，

　　每个连接座的位置都经过运动校核，保证减震器在全行程压缩和拉伸的时候，安装角度始终处于厂家推荐的最佳受力区间，不会出现侧向力过大导致减震器漏油的问题。后部的上方横杆是用来安装座椅靠背和后置储物架的固定点，横杆上预留的安装孔位统一采用M8的标准螺纹孔，孔位间距按照通用改装座椅的安装尺寸做了适配，后期更换不同款式的座椅不需要重新打孔焊接。前部的收窄段除了给转向轮留空间，还预留了电池组、控制器以及转向机的安装空间，整个前部的框架内部净空尺寸刚好能放下两组常规的铅酸电池或者同体积的锂电池组，电池安装位的下部做了横向加强筋处理，避免车辆过坎的时候电池重量带来的局部变形。从结构设计的思路来说，这套桁架没有采用复杂的异型管件，全部采用标准圆形无缝钢管做拼接，所有的相贯线切口都在三维建模阶段做了精准的拟合，实际生产的时候只需要按照模型导出的切割参数做激光切管，就能直接在工装夹具上完成组焊，不需要现场反复修配切口，能大幅降低小批量生产的加工工时。建模过程中特意规避了过小的焊接夹角，所有杆件交汇的角度都不小于30度，保证焊接的时候焊枪能顺利伸到焊缝位置，避免出现假焊、虚焊的问题，同时所有的杆件端部都做了封闭处理的预留设计，后期生产的时候可以在管口焊接封堵盖，避免雨水进入管材内部造成锈蚀，延长车架的整体使用寿命。在做结构校核的时候，重点模拟了三种极限工况的受力情况：第一种是正面以15km/h速度撞击刚性障碍物的碰撞工况，

　　验证前部吸能区的变形量是否会侵入驾乘人员的生存空间；第二种是单侧车轮压过15厘米高路肩的扭转工况，验证整个框架的对角线变形量是否在允许范围内，避免出现车门或者附属部件被卡滞的问题；第三种是满载状态下紧急制动的纵向载荷工况，验证前部支撑结构和座椅安装点的强度是否满足要求，不会出现座椅滑脱或者车架前部弯折的问题。整个框架的外形尺寸控制在小型车辆的常规边界内，宽度方向没有超出常规代步车的限宽要求，高度方向的最高点距离车架下平面的尺寸刚好满足驾乘人员的坐姿高度需求，不会出现顶头或者坐姿过于蜷缩的问题。另外在细节设计上，所有的杆件连接位置都没有出现锐角突出，所有超出主框架平面的管端都做了圆弧过渡的预留，避免驾乘人员上下车的时候被尖锐的管端磕碰划伤，布线的过孔位置也在框架的杆件上做了预留，后期安装整车线路的时候不需要在管材上额外钻孔破坏结构强度，线路可以顺着管材的内腔走向布置，既美观又能避免线路被外物刮蹭破损。