向光波　辛培防　賈華坡　王雪峰　樊利芳

摘 要：針對目前新能源公交車地板材質(zhì)的選用問題，分析國內(nèi)公交車地板采用竹編地板、PVC地板、木質(zhì)膠合地板和PP蜂窩地板四種不同材質(zhì)地板的研究現(xiàn)狀，性能特征、應(yīng)用環(huán)境策略，影響承載力和變形量因素、結(jié)合公交車運營特殊環(huán)境，為后續(xù)純電動公交地板設(shè)計選型提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地板基材 純電動公交 對比研究 承載力 變形量

1引言

公交車輛是城市出行的主要交通工具，已成為城市的名片和窗口[1]。隨著國家新能源產(chǎn)業(yè)政策支持和行業(yè)發(fā)展，到2019年新能源公交占比達到60%以上[2]，新能源公交中純電動公交發(fā)展最為迅速，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，由于純電動公交受電池續(xù)航里程限制，需要降低自重增加續(xù)航里程，一般公交車身的重量約占總重量的40%，研究表明新能源汽車每減重10%，續(xù)航里程可提升5%-6%，車身輕量化成為新能源公交節(jié)能、降耗、增加續(xù)航里程的重要技術(shù)路線[3]。

地板是公交車身內(nèi)底部重要的承載部件，主要用來承載車內(nèi)乘客，同時將車內(nèi)與車外分隔開，使車內(nèi)形成一個“密封”的空間，因此，公交地板在結(jié)構(gòu)上既要有足夠的強度和承載力，又要有隔音、降噪、減振、密封的功能[4]。公交車在行駛過程中會頻繁啟停受到交變載荷的作用、乘客頻繁上下車作用等多種因素的影響，這些因素對公交車廂地板在承載力、安全、可靠性、耐久性方面提出更高的要求，因此公交地板材質(zhì)合理選擇對提高公交乘客的乘坐安全性、舒適性起非常重要作用[4-5]。

本文通過介紹不同材質(zhì)地板研究現(xiàn)狀及在新能源公交車中應(yīng)用，分析不同環(huán)境策略下地板選擇、性能特點、裝配工藝等縱向、橫向?qū)Ρ妊芯浚治鲇绊懙匕蹇煽啃猿休d力和變形量的因素，對今后公交車地板選型和設(shè)計提供參考指導(dǎo)。

2 新能源公交車地板分類及研究現(xiàn)狀

公交客車常用的地板基材有竹編地板、PVC地板、木質(zhì)膠合地板和PP蜂窩地板等。目前研究中關(guān)于四種地板基材在純電動公交應(yīng)用分析文獻資料極少，多數(shù)文獻關(guān)于其中一種或兩種地板基材的應(yīng)用，缺少地板基材研究的數(shù)據(jù)庫。目前板材的試驗數(shù)據(jù)庫都掌握在材料零部件生產(chǎn)廠商手中，數(shù)據(jù)庫體系不完善。本文主要展開對竹編地板、PVC地板、木質(zhì)膠合地板和PP蜂窩地板四種地板研究現(xiàn)狀和應(yīng)用的分析研究。

2.1 竹編膠合板的研究現(xiàn)狀

《GB/T 13123-2003 竹編膠合板》中規(guī)定竹編地板稱竹編膠合板，是竹篾席或竹篾席為表層、以竹簾添加少量竹碎料為芯層，經(jīng)施加膠粘劑、熱壓而成的板材。其中表層材料竹席厚度約為（1～2mm），芯層材料竹簾厚度約（1～2mm），芯層竹簾材料交錯排列（同方向排列層數(shù)不超過3層）。

黃在康等[8]報道竹材膠合板首次在汽車車廂上的應(yīng)用研究，介紹車輛結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，分析竹材膠合板在汽車車廂上大量應(yīng)用的趨勢。周寶華等[9]介紹了竹材膠合板在鐵路客車地板上的應(yīng)用特點和使用效果。趙仁杰等[10]介紹了各類竹材人造板在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改進，工藝技術(shù)、膠粘劑的改性以及竹材加工設(shè)備的研制方面的創(chuàng)新成果，探討竹材人造板的發(fā)展前景。

李旸等[11]研究了干燥時間對竹地板膠層剝離長度檢測結(jié)果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在干燥第3h時，竹地板試樣膠層剝離長度達到最大值。單杰[12]采用紫外光人工加速老化的方法研究了膠合竹材的耐氣候老化性能，得到了膠合竹材的各物理力學(xué)性能隨老化時間的變化規(guī)律，建立內(nèi)結(jié)合強度與膠合竹板厚度變化、其它力學(xué)指標(biāo)的定量關(guān)系。

綜上所述，竹編地板目前主要應(yīng)用在城鄉(xiāng)、中低端新能源公交或北方高寒地區(qū)公交車輛，應(yīng)用于整車成本要求不高純電動或燃油車輛，返工維修成本較低。

2.2 PVC地板的研究現(xiàn)狀

PVC地板也稱PVC塑膠地板，以聚氯乙烯及其共聚樹脂為主要原料，加入填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、著色劑等輔料，在片狀連續(xù)基材上，經(jīng)涂敷工藝或壓延、擠出或擠壓成型工藝生產(chǎn)而成[14]。PVC地板起源于歐洲，國內(nèi)起步較晚與歐美等國家存在較大差距，國內(nèi)主要以產(chǎn)品生產(chǎn)和出口為主。

李捷等[13]首次報道專用阻燃橡膠地板應(yīng)用于鐵路客車和公交客車領(lǐng)域。楊高峰等[14]介紹了聚氯乙烯塑膠地板與其他地板的區(qū)別和優(yōu)勢及市場前景；田甜等[15]概述國內(nèi)外PVC地板行業(yè)的生產(chǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，對比分析幾種實木地板、復(fù)合地板、瓷磚與PVC地板的優(yōu)缺點，生產(chǎn)技術(shù)研究進展和未來發(fā)展趨勢。楊衛(wèi)波等[16]介紹了PVC地板性能評價標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，探討產(chǎn)品部分重要性能參數(shù)的測試方法及評價標(biāo)準(zhǔn)。

綜上PVC 地板具有耐磨性、防水防潮、耐酸堿腐蝕、防滑性能好、安全舒適、裝配工藝簡單等特點。但對于運營環(huán)境相對惡劣的公交客車存在易老化、脆性大、強度差、拼接縫隙多而且密封性不好的缺點，座椅支腿處容易出現(xiàn)局部變形，對接縫處易錯臺，鋪設(shè)地板革處易鼓包等問題，公交車返工維修周期短，成本較高，影響客戶滿意度。

2.3 木質(zhì)膠合地板的研究現(xiàn)狀

木質(zhì)膠合地板分樺木地板和芬蘭板，樺木地板即實木復(fù)合地板以實木拼接或單板為面層、實木條為芯層、單板為底層制成齊口地板或單板為面層、膠合板為基材制成的平口地板。芬蘭板為進口芬蘭的樺木覆膜實木復(fù)合板，芬蘭生產(chǎn)的樺木木質(zhì)堅硬，紋理均勻、硬度高韌性好，可雙面使用，耐磨性及耐腐蝕性均較好。

芬蘭板主要應(yīng)用于海外高端公交客車，國內(nèi)外高寒地區(qū)；樺木地板用于東北地區(qū)或客戶指定品牌。由于木質(zhì)膠合地板存在翹曲變形、霉變、蛀蟲等失效形式，不適合南方高溫高濕地區(qū)使用。

2.4 PP蜂窩地板的研究現(xiàn)狀

PP蜂窩地板亦稱連續(xù)玻纖增強聚丙烯蜂窩夾芯復(fù)合板，是一種熱塑性輕質(zhì)“三明治”結(jié)構(gòu)板，芯材為聚丙烯蜂窩，面板以玻璃纖維布增強聚丙烯（PP）板材或連續(xù)玻纖增強聚丙烯（PP）層復(fù)合板材結(jié)構(gòu)，是一種具有高強度的復(fù)合材料。

王俊等[17]介紹了熱塑性蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合板具有質(zhì)量輕、硬度高、抗沖擊力強和安裝方便等優(yōu)點，板材結(jié)構(gòu)特點、生產(chǎn)工藝及其在汽車行業(yè)中的應(yīng)用情況。鄔世鋒[18]介紹了熱塑性蜂窩板在產(chǎn)品輕量化和結(jié)構(gòu)強度方面具有較強優(yōu)勢，在廂式半掛車和全封閉廂式車中的應(yīng)用案例。周翔等[19]通過對熱壓溫度、熱壓壓力、保壓時間的分析研究，確定連續(xù)玻纖片材復(fù)合蜂窩板優(yōu)選的成型工藝。通過實驗研究面板結(jié)構(gòu)參數(shù)、蜂窩芯結(jié)構(gòu)參數(shù)對復(fù)合蜂窩板平壓性能、彎曲性能及側(cè)壓性能的影響。陳斌等[20]介紹蜂窩復(fù)合地板的結(jié)構(gòu)特點，闡述其在機場擺渡車上的應(yīng)用情況，實現(xiàn)整車地板減重約60%輕量化目標(biāo)。柳成冬等[21]介紹PP蜂窩板在5.9 m純電動客廂式物流車上的輕量化設(shè)計應(yīng)用，并進行路試實驗和性能驗證，滿足整車強度要求，為同類型車輛輕量化設(shè)計提供參考。于志剛等[22]介紹了熱塑性蜂窩板輕量化車廂在電動物流車上應(yīng)用，解決結(jié)構(gòu)強度差、生產(chǎn)效率低等痛點問題，為熱塑性蜂窩板輕量化車廂推廣應(yīng)用提供參考。

PP蜂窩地板是一種具有強度高、質(zhì)量輕的復(fù)合材料，早期熱塑性蜂窩夾芯復(fù)合板在歐美等國家廣泛用于航空航天、汽車、船舶、建筑等領(lǐng)域，國內(nèi)在復(fù)合蜂窩板的研發(fā)和應(yīng)用方面起步較晚，發(fā)展較快，例如杭州華聚復(fù)合材料和江蘇奇一在新型蜂窩地板材料研發(fā)生產(chǎn)應(yīng)用中處于領(lǐng)先地位，形成規(guī)模化生產(chǎn)，已經(jīng)批量供貨應(yīng)用于物流、公交客運、建筑和工業(yè)產(chǎn)品等很多領(lǐng)域，應(yīng)用前景非常廣闊。

3 地板性能應(yīng)用策略研究

3.1 地板力學(xué)性能成本對比

不同地板力學(xué)性能對比見表1；

4 地板縱向和橫向?qū)Ρ确治?/p>

本文通過不同地板的選擇策略、燃燒特性、環(huán)保性能、承載力和變形量的影響因素、裝配工藝等幾個方面展開論述，以純電動8m和10m公交車為例。

4.1 不同環(huán)境地板選擇策略

因公交車輛運營條件惡劣時（多雨雪、濕熱、撒鹽、超載嚴重）會影響地板的承載性能，所以不同環(huán)境下地板板材選用原則不同。

（1）對于不同區(qū)域氣候環(huán)境不同，設(shè)計時以當(dāng)?shù)貧夂驐l件合理選擇地板材質(zhì)。

（2）高濕地區(qū)公交車型：優(yōu)選PP蜂窩地板（國內(nèi)）、芬蘭板（海外），PVC地板除特殊市場客戶指定其余不允許使用。

（3）高濕地區(qū)、低地板或低入口公交車型，禁止使用竹編地板。

（4）高濕地區(qū)、非低地板或非低入口公交車型，使用竹編地板或芬蘭板時，地板采用自攻自鉆螺釘固定為主+粘接膠輔助。

滿足車輛使用條件的前提下，地板材料選取可參考如下對比：

1）承載力：PP蜂窩地板＜PVC地板＜樺木地板＜芬蘭板＜竹編地板；

2）耐候性：樺木地板＜竹編地板＜芬蘭板＜PVC地板＜PP蜂窩地板；

3）防水性：樺木地板＜竹編地板＜芬蘭板＜PVC地板＜PP蜂窩地板；

4）降噪性：PP蜂窩地板＜PVC地板＜樺木地板＜芬蘭板＜竹編地板；

5）成本：樺木地板＜竹編地板＜PVC地板＜PP蜂窩地板＜芬蘭板。

以上為不同材質(zhì)地板基材選用一般規(guī)律，在實際設(shè)計需要綜合考慮運營區(qū)域環(huán)境、載客量因素，選用合適材質(zhì)及地板厚度，主要驗證項目內(nèi)容包括板材自身性能指，工藝性（加工性、握釘力、地板革粘接性能），可靠性（不同環(huán)境下的承載能力）等裝配工藝指標(biāo)。

4.2 燃燒特性對比

根據(jù)GB 7258機動車運行安全技術(shù)條件和GB 13094客車結(jié)構(gòu)安全要求中地板阻燃性為強制性要求，《GB 38262-2019 客車內(nèi)飾材料燃燒特性》地板基材燃燒特性要求見表3；試驗方法和評定標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《GB8410-2006汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》規(guī)定。

4.3 地板環(huán)保性能有害物質(zhì)限值要求

公交客車車內(nèi)非金屬材料地板的環(huán)保性檢測，參照國標(biāo)《GB/T 17729-2009長途客車內(nèi)空氣質(zhì)量要求》執(zhí)行；空氣質(zhì)量檢測方法依據(jù)《GB/T 28370-2012 長途客車內(nèi)空氣質(zhì)量檢測方法》執(zhí)行。

公交地板有害物質(zhì)限值和氣味等級應(yīng)符合限值要求和檢測方法，具體要求見表4；

4.4地板承載力和變形量因素研究

關(guān)于公交客車地板可靠性和壽命要求，在質(zhì)保期內(nèi)正常使用（包括公交車用水沖洗、雨水浸泡）情況下，車輛地板不得出現(xiàn)塌陷、開裂、翹曲變形或其他性能失效等現(xiàn)象。

根據(jù)GB/T 12428-2005《客車裝載質(zhì)量計算方法》要求，每0.125m2核定站立乘客1人計算，站立區(qū)單位面積核定站立人數(shù)為8人。霍月英等[23]建立了乘客滿意度與站立乘客面積的模型，提出臨界站立乘客面積的建議值為0.25m2/人，單位面積核定站立人數(shù)為4人。地板疲勞耐久性評價標(biāo)準(zhǔn)：地板不得出現(xiàn)塌陷、開裂、翹曲變形或分層等失效現(xiàn)象。地板承載力和變形量測量方法依據(jù)GB/T 17657-2013人造板及飾面人造板理化性能試驗方法[12]。

根據(jù)靜屈強度計算公式推導(dǎo)出竹編地板發(fā)生破壞時的極限承載力

其中L-兩支座之間的距離，單位mm；骨架檔距在板長方向的間距；

b-板材寬度，單位mm；骨架檔距在板材寬度方向的間距；h-板材厚度，單位mm；

本文主要分析竹編地板不同板厚，不同骨架檔距面積下對應(yīng)地板承載力和變形量測試，表5為分別為12mm和15mm竹編地板不同檔距下對應(yīng)承載力和變形量。

從表5數(shù)據(jù)對比可知：

（1）同種材質(zhì)地板，隨著地板支撐骨架檔距面積增大，地板承載力降低，地板變形量增大。

（2）同種材質(zhì)地板，在相同支撐骨架檔距下，隨著地板材質(zhì)厚度增加，地板承載力增大，地板變形量減小。

（3）地板承載能力大小和變形量，與地板支撐骨架檔距面積、地板材質(zhì)和地板厚度有關(guān)。

4.5 地板裝配工藝對比

結(jié)合表6四種地板裝配工藝得出結(jié)論：竹編地板、芬蘭板、PVC地板裝配工藝均以自攻螺釘為主，輔助粘接膠。PP蜂窩地板裝配工藝以粘接膠為主，輔助自攻鎖緊螺釘輔助。地板下層是否鋪設(shè)降噪或隔熱材料，是否提前打密封膠；是否提前開孔本文不深入討論。

5 結(jié)論

隨著城市出行方式多樣化，低地板和低入口新能源公交成為城市公交發(fā)展趨勢。

（1）新型輕量化公交車板材的研發(fā)和應(yīng)用。公交地板基材的輕量化、可靠性、耐久性、維修便利性成為各主機、零部件廠家研究的重點，對公交客車主機廠家和公交公司運營成本也有積極的經(jīng)濟效益。

（2）公交車地板板材數(shù)據(jù)系統(tǒng)不完善。目前零部件試驗數(shù)據(jù)庫都掌握在材料生產(chǎn)廠商手中，各大公交主機廠家只能通過三方機構(gòu)檢測驗證或?qū)嵻囼炞C；選取合理公交車地板配置已經(jīng)迫在眉睫，其中竹編地板、芬蘭板和PVC地板發(fā)展應(yīng)用較成熟，PP蜂窩地板作為輕量化代表性板材發(fā)展迅速，其板材性能指標(biāo)逐步發(fā)展完善，在常規(guī)新能源公交車中已作為標(biāo)配地板，應(yīng)用非常廣泛，是輕量化、智能化的方向。

（3）維護使用成本。PP蜂窩地板存在價格成本較高，返工維修成本高，主要用于中高端公交車型；對于東北等寒冷地區(qū)，純電動公交車需加裝燃油采暖裝置車型目前仍以竹編地板和樺木地板為主。新能源汽車整車的輕量化技術(shù)重點應(yīng)放在輕量化材料的應(yīng)用上。

（4）公交板材發(fā)展趨勢。隨著碳纖維復(fù)合材料、鋁鎂合金蜂窩地板等新型輕量化材料探索應(yīng)用，未來定會出現(xiàn)更多性能優(yōu)于PP蜂窩地板、碳纖維復(fù)合材料和鋁蜂窩地板材料，高性能低密度輕量化復(fù)合材料在新能源公交地板上得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

河南省教育廳高等學(xué)校重點科研項目（22B460028）。

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