本系列主要针对汽车的构造来进行简单说明,一共分为23个专题,分别为:(1)发动机;(2)曲柄连杆机构;(3)配气机构;(4)燃料供给系;(5)排放控制;(6)冷却系;(7)润滑系;(8)点火系;(9)启动系;(10)传动系;(11)离合器;(12)变速器;(13)万向传动;(14)驱动桥;(15)行驶系;(16)车架;(17)车桥与车轮;(18)悬架;(19)转向系;(20)制动系;(21)车身;(22)电子控制;(23)新能源汽车。
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本篇主要介绍汽车构造系列之二十一---车身。
汽车车身的作用是保护驾驶员以及构成良好的空气力学环境。好的车身不仅能带来更佳的性能,也能体现出车主的个性。汽车车身结构主要包括车身本体、车前板制件、车身内外装饰件、车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等。
一.车身的分类
汽车车身结构从形式上来说,主要分为承载式车身、非承载式车身和半承载式车身三种。
1.承载式车身
承载式车身的结构特点是没有刚性支架,车身由底板、骨架、内蒙皮和外蒙皮、车顶等组合焊接成刚性框架结构,整个车身构件全部参与承载,所以称之为承载式车身。这种承载式车身除了其固有的乘载功能外,还要直接承受各种负荷。这种形式的车身具有较大的抗弯曲和抗扭转的刚度,质量小,高度低,汽车质心低,装配简单,高速行驶稳定性较好。但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体,因此噪音和振动较大。由于无独立车架,承载式车身也被称之为无车架式车身。
2.非承载式车身
非承载式车身的结构特点是有独立的刚性车架,又称底盘大梁架。车身用弹簧或橡胶垫等弹性元件固定在车架上面,车架的振动通过弹性元件传到车身上,大部分振动被减弱或消除,发生碰撞时车架能吸收大部分冲击力,在路况较差的道路上行驶时对车身起到保护作用,因此车厢变形小,平稳性和安全性好,而且厢内噪音低。轿车的底盘总成如传动、驱动、转向以及发动机总成等也安装在车架上,因此安装和承载的主体是车架,车身只承受所载人员和行李的重力。但这种非承载式车身比较笨重,质量大,汽车质心高,高速行驶稳定性较差。
3.半承载式车身
还有一种介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构,被称为半承载式车身。半承载式车身的结构与非承载式车身的结构基本相同,也属于有车架式。它们的区别在于:半承载式车身与车架的连接不是柔性的,即车架与车身焊接或用螺栓固定,是刚性连接,加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用,例如发动机和悬架都安装在加固的车身底架上,所以车身只是部分地参与承载,车架是主承载体。这种形式实质上是一种无车架的承载式车身结构。这种车身比较少见,现在已经没有量产车使用了。因此,通常人们只将汽车车身结构划分为非承载式车身和承载式车身。
二.车身的基本结构
虽然汽车车身的用途不同,承载形式各异,但各种汽车的车身通常都包括以下的基本结构。
1.车身壳体
轿车、客车一般均为整体式车身壳体,货车和某些特殊车辆一般由驾驶室和货厢两部分组成。汽车车身壳体按结构形式可分为骨架式、半骨架式和无骨架式三个类型。车身壳体按受力形式分为非承载式、承载式和半承载式三种类型。
2.发动机盖
发动机盖是最醒目的车身构件,是买车者经常要察看的部件之一。对发动机盖的主要要求是隔热隔音、自身质量轻、刚性强。发动机盖的在结构上一般由外板和内板组成,中间夹以隔热材料,内板起到增强刚性的作用,其几何形状由厂家选取,基本上是骨架形式。发动机盖开启时一般是向后翻转,也有小部分是向前翻转。向后翻转的发动机盖打开至预定角度,不应与前挡风玻璃接触,应有一个约为10毫米的最小间距。为防止在行驶由于振动自行开启,发动机盖前端要有保险锁钩锁止装置,锁止装置开关设置在车厢仪表板下面,当车门锁住时发动机盖也应同时锁住。
3.车顶盖
车顶盖是车厢顶部的盖板。对于轿车车身的总体刚度而言,顶盖不是很重要的部件,这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。从设计角度来讲,重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡,以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。当然,为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度,一般在顶盖下增加一定数量的加强梁,顶盖内层敷设绝热衬垫材料,以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。
4.行李箱盖
行李箱盖要求有良好的刚性,结构上基本与发动机盖相同,也有外板和内板,内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车,其行李箱向上延伸,包括后挡风玻璃在内,使开启面积增加,形成一个门,因此又称为背门,这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。如果采用背门形式,背门内板侧要嵌装椽胶密封条,围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链,铰链装有平衡弹簧,使启闭箱盖省力,并可自动固定在打开位置,便于提取物品。
5.翼子板
翼子板是遮盖车轮的车身外板,因旧式车身该部件形状及位置似鸟翼而得名。按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板,前翼子板安装在前轮处,因此必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间,因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动图”来验证翼子板的设计尺寸。后翼子板无车轮转动碰擦的问题,但出于空气动力学的考虑,后翼子板略显拱形弧线向外凸出。当前有些轿车翼子板已与车身本体成为一个整体,一气呵成。但也有轿车的翼子板是独立的,尤其是前翼子板,因为前翼子板碰撞机会比较多,独立装配容易整件更换。有些车的前翼子板用有一定弹性的塑性材料(例如塑料)做成。塑性材料具有缓冲性,比较安全。
6.前围板
前围板是指发动机舱与车厢之间的隔板,它和地板、前立柱联接,安装在前围上盖板之下。前围板上有许多孔口,作为操纵用的拉线、拉杆、管路和电线束通过之用,还要配合踏板、方问机柱等机件安装位置。为防止发动机舱里的废气、高温、噪声窜入车厢,前围板上要有密封措施和隔热装置。在发生意外事故时,它应具有足够的强度和刚度。对比车身其它部件而言,前围板装配最重要的工艺技术是密封和隔热,它的优劣往往反映了车辆运行的质量。
三.影响车身结构的因素
1.造型
为了满足一定的汽车外形风格和审美要求,需要对汽车进行造型,根据造型结果得到内外的表面3D数据,根据这些数据进行车身结构设计。
2.成本
为了提高产品的市场竞争力,一般在策划前期对车身的成本、重量和配置有要求,这些指标对车身结构有较大影响,如增加配置需要车体做相应的支架或者一定的形状要求,影响车身结构;增加配置会占用一定空间,影响其他零件布置;零部件价格限制对结构设计要求严格,否则影响招标。
3.强制性法规要求
每个国家或者地区对汽车都有一些强制性法规要求,各个地区的要求大同小异。但这些法规中对车身影响最大的法规有三条,分别是正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞。
(1)正面碰撞
正面碰撞主要影响整个发动机舱的结构,设计要考虑力量传递和吸收动能。