理论教育 汽车碰撞分析:车身分类与结构

汽车碰撞分析:车身分类与结构

时间:2023-09-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:估损和维修人员应当系统掌握这种车身的碰撞损坏分析和维修技术,本节将重点介绍这种车身结构。微型MPV体形较小,常常采用承载式车身结构和前置发动机、前轮驱动的形式。中段又称为中间部分,包括构成乘坐舱的所有车身构件,如地板、车顶板、车颈板、风窗玻璃、车门、A柱、B柱、C柱等。

汽车碰撞分析:车身分类与结构

1.车身分类

(1)按车身承载情况分类 按汽车车身的承载情况,车身结构主要可分为两种:有车架的非承载式结构和无车架的承载式结构。除此之外,还有一种介于两者之间的半承载式车身结构。如图5-36所示。

1)非承载式车身。非承载式车身又称为车架式车身,其典型特征是在车身下面有一个车架结构,车身壳体通过螺栓安装在车架上,发动机、变速器、悬架等大总成也安装在车架上。这些大总成的重力和地面冲击力主要由高强度的车架承载,而不是直接作用在车身上。在发生碰撞事故时,碰撞力可能会先作用在车架上,然后再向车身传递。为了降低路面噪声,缓冲振动,提高舒适性,往往在车架与车身之间、车架与发动机和变速器之间安装一些橡胶衬垫。当前,非承载式车身在乘用车上已很少应用,而主要用在一些SUV、大客车和载货汽车上。

2)承载式车身。承载式车身的典型特征是没有车架,发动机、变速器、悬架等大总成直接安装在承载式车身上,它们的重力和路面载荷主要由车身结构承载。在发生碰撞事故时,碰撞力也直接作用在车身构件上,并沿着车身传播。

在承载式车身结构中,车身板件、横梁和纵梁通过点焊激光焊焊接在一起或粘接在一起,形成一个整体的车身箱体结构。这种结构既轻便又结实。乘员舱的刚度比非承载式车身更大,在碰撞中,汽车的前部和后部可以按照受控的方式溃缩,而乘员舱则得到最大程度的保护。

承载式车身结构需要更复杂的装配工艺,采用了一些新材料和新技术,如厚重的冷轧钢被更轻、更薄的高强度钢或铝合金所替代。因此,在维修事故车时也应当采取完全不同的修理方法,需要采用新的处理、矫直和焊接工艺。

目前,承载式车身因轻便安全、节能环保、技术成熟而在轿车上得到了广泛的应用。估损和维修人员应当系统掌握这种车身的碰撞损坏分析和维修技术,本节将重点介绍这种车身结构。

3)半承载式车身。半承载式车身又称为平台式车架结构,其特征是在车身的前后部有几根厚重的短纵梁,它们用螺栓连接,便于拆卸。这些纵梁不但是底盘机械件的安装基础,而且增强了碰撞时的车身强度。这种结构同时具备承载式结构和车架式结构的一些优点,但应用不是很广泛,主要用在一些轻型载贷汽车上。

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图5-36 按车身承载情况分类

(2)按车身形状或车顶形式分类 按车身形状和车顶形式,可以将汽车分成以下几类,如图5-37所示。

1)普通乘用车。普通轿车的车身特征是有一根中柱支撑车顶,根据车门数量又分为两门乘用车(如上海大众的高尔)和四门乘用车(如上海大众的帕萨特)两种。

2)硬顶乘用车。硬顶乘用车的车身特征是没有支撑车顶的中柱,它的车顶结构被强化,以保证有足够的强度。硬顶乘用车也有双门和四门两种版本,这种车在我国比较少见,基本都是进口车

3)仓背式乘用车。仓背式乘用车的车身特征是尾部有一个较大的尾门,其优点是可以获得更大的后部存储空间,一般以紧凑型乘用车居多,如奇瑞QQ。

4)活顶乘用车。活顶乘用车的车身特征是采用了可收缩的帆布顶篷,顶篷内带有钢管骨架。车顶可以向下折叠,收到座椅后面。一些活顶乘用车采用了活动的可收缩的硬顶,这种车也叫敞篷跑车

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图5-37 按车身形状和车顶形式分类

5)旅行车。旅行车的车身特征是车顶向后水平延伸,直到车身的后部,车身尾部采用了后舱门或尾门,可以获得较大的储物空间,如东风本田CRV。

6)多用途乘用车。多用途乘用车的特征是采用了宽大的箱形车身,增大了内部承载空间。全尺寸MPV通常采用全周边式车架和前置发动机、后轮驱动的形式。微型MPV体形较小,常常采用承载式车身结构和前置发动机、前轮驱动的形式。我国常见的MPV有广州本田奥德赛、江淮瑞风、上海通用GL8等。

7)SUV即运动型多功能车。一般采用四轮驱动,底盘通常比普通乘用车稍高一些,提高了车辆的通过性,适合于在崎岖路面或越野行驶。SUV通常被归到越野车一类,在山地、雪地、泥泞等不良路面上能够充分发挥其优势。我国常见的SUV有北京吉普三菱帕杰罗、长城哈弗等。

8)轻型皮卡车。轻型皮卡车的驾驶室和车架通常是独立的,大多数轻型皮卡车采用前置发动机、后轮驱动的型式,有些也采用四轮驱动。如长城皮卡、福田轻卡等。

2.车身的构成和车身板件

(1)车身的构成 为了便于理解,我们将车身结构分成三段来介绍,即前段、中段和后段,如图5-38所示。估损人员应当了解每段中包含哪些零件,它们是如何制造的。

1)前段。前段又称为车头部分,包括前保险杠和前围板之间的所有部件,如保险杠、进气格栅、水箱支架、前纵梁、前横梁、发动机支承、前翼子板、前悬架拱形座等构件。

2)中段。中段又称为中间部分,包括构成乘坐舱的所有车身构件,如地板、车顶板、车颈板、风窗玻璃、车门、A柱、B柱、C柱等。

3)后段。后段又称为尾段或后尾,包括后风窗玻璃到后保险杠之间的所有布局,如后侧围板(后翼子板)、行李箱、后地板、后纵梁、行李箱盖、后保险杠等构件。

4)左侧和右侧。在进行事故查勘,制作查勘报告和定损单时,经常要说明是车辆的左侧还是右侧受损,是维修左侧还是右侧的哪个零部件,在查阅配件信息和专业的估损资料时,也要区分左右两侧的配件。为避免混淆,行业中对车辆的左右侧规定如下:驾驶人坐在驾驶席上,其左手侧为车辆左侧,右手侧为车辆的右侧,如图5-38所示。

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图5-38 车身的前段、中段和后段

(2)车身板件及连接方式

1)车身板件。车身板件包括金属板件(又称为钣金件)和塑料板件,一般是通过冲压或模制而成的。一辆汽车用到的板件有很多,通常它们的名称就说明了其位置和主要功能。例如,发动机盖是发动机上面的盖板,行李箱盖是行李箱上面的盖板,前翼子板是车身前段两侧的板件,车顶板是车辆顶部盖板。车辆上主要的外部板件如图5-39所示。

在生产车间,这些形状复杂的板件大部分是用金属薄板在大吨位冲压机上冲压而成的。为了获得精确的形状和尺寸,冲压时要用到很多模具。但在对事故车进行钣金维修时,不可能按生产环境用这些模具对钣金件进行校正。因此,经过钣金维修的板件在形状和尺寸上总是有误差的。

2)车身板件的连接方式。零件又称为部件,是指汽车上可单独拆换的最小单元。多个可以一起拆换的零件安装到一起构成一个组件或分总成。几个组件或分总成连接在一起构成具有独立功能的总成。例如,转向柱总成是由转向盘、装饰盖、气囊、转向信号机构及其他零件构成的。

车身板件的连接方式有多种。第一种是焊接、粘接或铆接,主要用于安装永久固定的静止零件,如纵梁、散热器支架、地板、车顶、立柱和后侧围板等。第二种是用各种紧固件(如螺栓、螺母、卡夹等)连接,用于安装可以拆卸的静止零件,如进气格栅、保险杠、车身内饰等零件。第三种是铰接,用于安装可以转动或开闭的零件,如发动机盖、行李箱盖、车门等。

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图5-39 主要车身板件

焊接是一种永久性连接,是通过加热熔化焊接材料,使两个零件交融到一起,冷却后便形成永久连接。金属和塑料零件都可以用焊接方式连接。

压装或卡装是通过过盈配合或卡夹将零件固定到一起。这种装配方式因有利于降低生产成本而得到越来越广泛的应用。

胶粘零件是利用高强度的环氧树脂或专用粘结剂将零件固定到一起。金属和塑料零件都能用粘结剂粘合。

3.承载式车身结构

为了更好地理解承载式车身结构在事故中的变形和损坏情况,我们先介绍一些承载式车身在设计时考虑到的几个关键因素。

(1)车身材料 承载式车身为了保护乘员安全,在车身设计时就针对不同位置的强度和刚度要求,采用了不同的结构和材料。如车身前段需要承载动力总成,一般多采用一些高强度钢。乘员舱需要有很高的强度,一般多采用高强度或超高强度钢。而覆盖件或吸能区多采用低强度或中强度钢,有时甚至采用玻璃纤维或特质塑料。车身设计中的钢材强度情况如图5-40所示。

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图5-40 承载式车身中的钢材强度情况

(2)抗扭箱形结构 承载式车身在中段与前、后段的接合处布置了一些抗扭箱形结构,如图5-41所示。它们在车辆发生严重碰撞时会按照预先设计的方式发生扭曲和挤压变形,以减少碰撞力对车身其他部位的损坏。同时,它们还为车辆中段提供了更大的连接表面,有助于将乘员舱固定到车架纵梁上。

(3)应力车身设计 承载式车身的设计理念来自飞机,其结构类似于鸡蛋壳。众所周知,鸡蛋壳虽然很薄,但如果沿着其长轴线方向加压,它却能够承受很大的压力,这是因为蛋壳的结构特点有利于将压力向整个蛋壳有效地传递和分散,大大减小了每一处的应力。承载式车身就采用了类似蛋壳的“应力车身结构”,大大增加了其碰撞强度。

(4)变形吸能区 承载式车身中设置了一些变形吸能区,这些部位特意做得比较薄弱,在发生碰撞事故时能够按照预先设计的方式首先产生溃缩变形,吸收碰撞能量,阻止碰撞力通过纵梁、翼子板等构件直接传递到乘员舱和车身其他部位而造成二次损坏,保护乘员舱的安全。吸能区的主要部位及碰撞力的传递路径如图5-42所示。

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图5-41 抗扭箱形结构

(5)承载式车身的基本特征 前面我们讲过,承载式车身是将车架和车身合为一体,具有以下主要特征:

1)承载式车身是用点焊或激光焊接的方式,将形状各异的冲压薄板连接在一起,构成了一个整体结构。这种结构质量轻,刚性大,具有较强的抗弯曲或抗扭曲变形能力。

2)与车架式车身相比,省去了车架,不但减轻了质量,而且增大了有效承载空间,使汽车更加轻便和紧凑。

3)动力传动系统和底盘各系统的振动和噪声直接传递到车身底板上,而承载式车身就像一个大音箱,具有放大噪声的作用。因此,在承载式车身内增加隔音材料显得格外重要。如果隔音材料安装不当,将会使乘员舱内有很大的噪声。

4)车身的金属薄板与路面很接近,容易受到水、盐等污物的沾染和腐蚀。而这些底盘钣金件又属于结构件,严重锈蚀会影响车辆安全。因此,在汽车制造和修理过程中,必须对底盘钣金件进行有效防腐处理。

在发生碰撞时,承载式车身结构中相对较硬的部位会将冲击能量传播到整个车辆,造成远离碰撞点的部位也产生变形。有些构件虽然在碰撞中通过变形吸收了部分碰撞能量,但可能在其变形之前就向相邻部位传递了部分冲击力。这些间接损伤在事故勘察中很容易被忽略,但如果没有得到妥善修复,可能会对车辆的操纵性能和行驶安全造成不良影响。

承载式车身前段的结构较复杂,不但有保险杠、车灯、翼子板、发动机盖等外覆件,还包含前悬架、转向系、发动机、变速器和驱动桥等大总成。为了保护乘员舱,需要车身前段能够吸收大量碰撞能量。但为了保证转向和动力系统的正常工作,确保车轮定位参数不因变形过大而失准,车身前段的关键支撑部位又要有很好的刚性。

侧面车身与车身前段和车顶板相连,一起构成了乘员舱。这些板件可以将车辆底部承受的载荷分散到车身顶部,在侧面碰撞时防止左右两侧发生弯曲。另外,车身侧面构件还有支撑车门的作用,在翻车事故中可以保护乘员舱的完整性。车身侧面由于有多个大门洞而使其强度被大大削弱,因此,侧面构件通常由内板和外板连接在一起构成坚固的箱形结构。

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图5-42 吸能区及碰撞力的传递路径

(6)FF型承载式车身结构 FF(Front Engine Front Drive)的含义是发动机前置前轮驱动。越来越多的乘用车采用这种驱动形式,其特点是:发动机安装在两根前纵梁之间,可以是纵置的,也可以是横置的;变速器与主减速器差速器组合在一起,构成变速驱动桥,前车轮既是转向轮,也是驱动轮。因为省去了沉重的传动轴和后桥,乘员舱的空间得以扩大,后悬架也得到了简化,整车车重明显降低。但是,由于发动机、变速驱动桥、前悬架以及转向机构等都安装在车身前部,使前部车身、前悬架和前轮轮胎上承受的载荷都加大了,所以对前部车身的强度要求高于FR型车辆。

FF型车辆的前车身部件包括发动机盖、前翼子板、散热器上支架、散热器侧支架、前横梁、前纵梁、前挡泥板以及前围板等,它们一般都是用金属薄板冲压而成的。

(7)FR型承载式车身结构 FR(Front Engine Rear Drive)的含义是发动机前置后轮驱动,一般用在高级乘用车和载货汽车上。其特点是:发动机和变速器安装在车身前部,动力由传动轴传递到后桥壳内的主减速器和差速器,后桥壳和后悬架安装在后部车身的构件上。因为发动机、变速器、主减速器和差速器是各自独立的总成,其质量在车辆的前后部得到均匀的分布,前轴负荷比FF型小。因为发动机、传动轴、差速器和悬架系统能够单独地拆卸与安装,所以车身的维修作业也相对便利一些。但是,FR型车辆的地板中部有一条隆起的通道(为传动轴提供安装空间),使乘员舱的空间有所减小。

FR型车辆的部分车身外壳件是用螺栓固定的,如发动机盖、前翼子板等,其余外部构件都是焊接起来的,目的是减轻车身质量,同时提高车身强度。

(8)MR型承载式车身结构 MR(Middle Engine Rear Drive)的含义是发动机中置后轮驱动,我国在用车辆中很少采用这种布置形式。其特点是:发动机和动力传动系统位于乘员舱和后桥之间,操纵性和转弯性能都很好。通常用于高性能的运动型乘用车上,如本田的NSX、法拉利部分车型、丰田MR2等。

发动机中置使得车辆的前部可以做得很低,风阻系数相应地减小,而且重心也有所降低,因此动力性和操作性能都较好。但是,由于发动机等大质量部件主要集中在车辆的中后部,要求车辆后部结构的强度必须很高。

MR车辆在正面碰撞中安全性不如前置发动机车辆。因为它的发动机和变速器的质量靠后,在正面碰撞时作用在前部车身上的惯性力很大,容易造成前部车身产生严重变形。为此,中置和后置发动机车辆都加大了其车身前部结构的强度,前梁、挡板和散热器支架更加坚固。

(9)RR型承载式车身结构 RR(Rear Engine Rear Drive)的含义是发动机后置后轮驱动。多用在大客车和一些跑车上,普通乘用车上很少应用。其特点是发动机位于后桥的后面。车辆重心靠后,提高了后轮附着力,动力性较好。车身前部质量较小,转向轻便。

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图5-43 空间架构车身

(10)空间构架车身 空间架构车身基本结构与承载式车身相似,由金属薄板冲压件焊接在一起构成车身箱体,外面覆盖一层塑料板或玻璃纤维板的外皮。与传统的承载式车身不同的是:其车顶和后侧围板不是焊接到结构件上,而是用机械紧固件或胶粘剂粘接的。如奥迪A8、TT、R8等众多量产车型就采用全铝制框架结构,空间框架的连接是由真空压铸铝件完成的,如图5-43所示。这种铝铸件要求强度高,多用在应力集中的节点处,主要的承载部位通过一种称做MIG的焊接方法连接。这种压铸铝接头件的高强度是通过优化结构和增加壁厚来达到的。铸件能够做成很复杂的形状来满足结构需要,并保证这种车身节点有最佳的刚度。车身外覆盖件是由铝合金板冲压加工制造,铝板的厚度比钢板要增加0.2~0.25倍,有的覆盖件的加强板也采用了挤压铝型材。覆盖件与骨架的连接是通过冲压铆钉铆接完成的,铆接的强度比点焊高30%,在所有的连接中铆接占68%,其他的连接方法有焊接、钩钳等。

(11)组合式承载车身 组合式承载车身主要由特殊塑料或碳纤维等其他材料制成,车身零件用胶粘剂粘接。因为车身和车架几乎都是由塑料制成,金属零件很少,所以车重大大减轻,动力性和燃油经济性都得到改善。这种车身目前主要还在研究阶段,尚未大量生产。

4.承载式车身板件

承载式车身构件按照其功能和强度可分成结构件和非结构件。结构件通过点焊或激光焊接工艺连接在一起,构成一个高强度的整体式车身箱体,这就是车体焊接总成。对于损坏极其严重的事故车,有时可以通过更换车体焊接总成进行修复。非结构件是指车身面板、内饰和外饰件等通过螺栓、胶粘、铰接或焊接等方式覆盖在车体外面,起到密封车身、减小空气阻力、美化车辆的作用,通常也称它们为车身覆盖件。在事故车维修中,非结构件通常可以单独更换。车身结构件和非结构件如图5-44所示。

车体焊接总成是整车的基础结构件,整车的动力性、经济性、可靠性和操作性能都与它有着密切的关系。在汽车制造过程中,先用金属薄板冲压成各种形状的车体构件,然后用点焊或激光焊接工艺将这些钣金件连接在一起,形成一个完整的车体结构。这种结构不仅质量小,而且还具有很高的强度,在碰撞中能够有效抵抗弯曲和扭曲变形。组成车体焊接总成的各个构件如图5-45所示。

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图5-44 车身结构件和非结构件

(1)前段车身

1)结构件。前段车身的主要结构件有前纵梁、横梁、车颈板、减振器塔座、前横梁和散热器支架等,它们构成一个封闭的箱体结构,为发动机、变速器等动力总成提供承载空间,同时也提供了承载这些大总成的强度。另外,汽车的转向系统、前悬架机构也安装在前段车体上,因此这里的受力形式非常复杂。构成前部车体的主要结构件如图5-46所示。

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图5-45 组成车体焊接总成的各主要构件

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图5-46 组成前段车体的主要结构件

①前纵梁:通常以点焊焊接在防火板前面、翼子板挡泥板的下面,车身左右两侧各有一根,通常是箱形构件,是承载式车身上强度最大的构件。在奔驰宝马沃尔沃等一些高档乘用车上,经常采用渐变形纵梁设计,即前纵梁内侧钢板的厚度是渐变的,靠近保险杠的一端较薄,靠近乘员舱的一端较厚,如同两个楔块。在受到碰撞外力时,纵梁可以呈逐级线性变形,从而达到吸收碰撞能量的作用。

②横梁:焊接在两侧纵梁之间,用于固定发动机和变速器总成,增大车身的横向强度。

③散热器支架:是一个相对独立的框架,位于车体结构的最前端,用来固定发动机散热器,通常用螺栓固定或焊接在纵梁和内翼子板之间。

④翼子板挡泥板:有时也称为内翼子板或翼子板裙板,包围在车轮上方,通常用螺栓或焊接在纵梁和防火板上,车身左右两侧各有一个。对于增大前段车体强度具有重要作用。

⑤减振器塔座:有时也称为减振器拱形座或支柱塔,用来固定前悬架系统的减振器支柱和螺旋弹簧,它的变形可能会影响车轮定位参数,因此强度要求很高。通常与翼子板挡泥板一起加工成形。

⑥防火板:有时也称为前围板或前壁板,介于发动机舱和乘员舱之间,是车身前段和中段的分界线。通常以焊接方式固定,对于保护车内乘员安全作用重大。

⑦车颈板:位于前风窗玻璃的正前方,防火板的上方,有上盖板和两侧盖板构成。

2)非结构件。前段车身的非结构件主要有保险杠总成、格栅、翼子板、发动机盖等。

①保险杠总成:是车身前段重要的安全部件,也是车辆保险估损中最常遇到的部件,主要由杠皮、杠体、吸能装置、卡子等组成,如图5-47所示。通常用螺栓或卡子安装在前段车体上。它的作用是在碰撞时产生变形,吸收部分能量,保护后面的车体不受损坏。

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图5-47 前保险总成的主要零部件

现代乘用车上广泛采用了吸能保险杠,能够更有效地减少碰撞能量进一步向车身构件传递。保险杠的吸能器有多种类型,比较常用有橡胶或泡沫隔垫式(图5-48)、充气式或充油式(图5-49)、弹簧储能式(图5-50)三种。橡胶隔垫式吸能器的工作原理如同发动机的橡胶垫,在发生碰撞时,橡胶隔垫在碰撞力的作用下产生压紧变形,从而吸收碰撞能量。在碰撞力消失时,橡胶隔垫将恢复到其原来的形状(除非它被碰撞力损坏),使保险杠恢复到

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图5-48 橡胶隔垫式吸能器

原来的位置。充气式或充油式的工作原理很像悬架系统中的减振器,在发生碰撞时,填满惰性气体的活塞被压向充满液压油的油缸,在压力作用下,液压油通过一个小孔流到活塞中。这种受控制的液压油的流动吸收了碰撞能量。随着液压油流进油缸,它将挤压浮动活塞,对惰性气体产生压缩作用。在碰撞力消失之后,压缩的惰性气体将把液压油挤出油缸,使保险杠恢复到原来的位置。弹簧储能式吸能器是通过弹簧而不是压缩气体将保险杠恢复原位。

②格栅:也称为进气格栅,是散热器支架的中心盖板。格栅上的百叶窗是让气流通过,以便帮助散热器散热。一般乘用车格栅上还带有厂家的徽标。

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图5-49 充油式或充气式吸能器

③翼子板:是包在前悬架和挡泥板外面的盖板,从前保险杠一直延伸到前车门处,遮盖在前车轮外面,因旧式车身上该部件的形状和位置类似鸟翼而得名,通常用螺栓固定在车体上。翼子板在事故中经常容易受损,能够单独更换。按照安装位置分为左翼子板和右翼子板。

④发动机盖:是发动机舱的上盖板,通常用铰链连接在车颈板上。发动机盖通常由内、外两块金属板焊接或粘接而成,中间夹着隔热材料。内板主要起增强发动机盖强度的作用,其几何形状不定,但基本上都是骨架形式,这种发动机盖钣金修复的难度较大。发动机盖的开启方式有两种,即向后翻转或向前翻转。对于向后翻转的发动机盖,为了避免碰到前风窗玻璃,其安装位置在设计时设定了一个规定的角度,使它们之间至少能够保持10cm的距离。另外,为防止发动机盖在行驶中由于振动而自动开启,其前端都装有锁止装置,该锁止装置的拉手一般都安装在乘员舱内的仪表板左下方。

(2)中段车身

1)结构件。中段车身的主要结构件有底板、门槛板、立柱、车顶纵梁、车顶横梁等构件,它们焊接在一起构成乘员舱,为乘员提供安全、舒适的乘坐空间,在事故中可以有效保护乘员安全。

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图5-50 弹簧储能式吸能器

①车身底板:车身底板是乘员舱底部的主要结构,通常是一整块冲压成形的大钢板。车身底板是全车焊接的基础件,是与各大总成连接的重要构件。它承受和传递汽车质量(整备质量、载质量)、地面反作用力、牵引力、制动力、惯性力、离心力、侧向力等各种交变冲击力,因此对强度要求很高。组成车身底板的各个构件如图5-51所示。

②立柱:对于常见的四门乘用车,左右两侧各有三根立柱,分别称为前柱(或A柱)、中柱(或B柱)、后柱(或C柱)。前柱是从车顶向下一直伸到车体底部的钢制箱形构件,有时内部还装有加强件,所以非常坚固,一方面为前门提供铰接安装点,另一方面起到保护乘员的作用。中柱在前后车门之间,一方面支撑着车顶,另一方面为后门提供铰接安装点,在侧面受到碰撞时还起到保护乘员作用,因此强度要求很高,一般在箱形构件中间装有加强件。后柱从后侧围板向上一直伸到车顶,用以固定车顶后部和后窗玻璃,其形状因车身形式的不同而有所不同。

③门槛板:又称为脚踏板,是装在车门框底部的加强梁。它通常是焊接在地板和立柱、踢脚板或后侧围板上,通常由内、外板件组成,对汽车底板和车身侧面具有加强作用,在侧面碰撞时能够对乘客进行保护。

④车顶纵梁:焊接在前柱、中柱和后柱之间,为车顶板提供支撑。在翻滚事故中对乘客起到保护作用。

⑤车顶横梁:焊接在两侧车顶纵梁之间,为车顶提供支撑。在翻滚事故中对乘客起到保护作用。

另外,因为前后风窗玻璃对车身强度起着重要作用,通常也视为结构件。

2)非结构件。中段车身的非结构件主要有后搁物板(窗台板)、车门、车顶板、仪表板等。

①后搁物板:又称为窗台板,是后座与后风窗玻璃之间的一块薄板,通常装有一对音响扬声器。

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图5-51 构成车身底板的主要构件

②车门:通常由车门覆盖面板、门内骨架、门板、内饰等零件组成,车门覆盖面板、骨架和门板通常用点焊或蜷曲粘接的方式接合在一起。为加强侧面抗碰撞强度,门内通常还设有防撞杆。车门上通常还装有车窗玻璃、玻璃升降器、门锁及相关电控装置、按钮和开关等,可见,车门是一个非常复杂的总成。车门通过铰链与门柱相连,车门铰链通过螺栓或焊接方式固定在立柱和门框上。车门总成的构成如图5-52所示。

③车顶板:是乘员舱顶部的盖板。对于承载式车身的整体刚度而言,车顶板不是关键部件,所以有些车型在车顶板上开设天窗。带天窗的车型在车顶板上设有一个天窗开口。车顶板通常焊接在立柱上。车顶板底部一般都装有隔垫和内衬,起到隔热、隔声和美化的作用。

④仪表板:又称为仪表盘,是一个非常复杂的总成,除了有仪表台板、组合仪表、收放机(CD播放机)、暖风和空调控制面板、通风口等零件之外,仪表板下面通常还装有安全气囊、电控单元、线束等电气器件,一些高级乘用车还带有驾驶人信息显示屏,如图5-53所示。仪表台板一般是塑料件,质地较软,在碰撞事故中不会对乘员造成二次伤害。如果在事故中安全气囊打开,仪表板就会遭到损坏,需要更换新的。

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图5-52 车门总成

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图5-53 仪表板总成

(3)后段车身 后段车身的很多构件与前段车身相似,如纵梁、后减振器塔座、后翼子板、行李箱盖、后保险杠等,如图5-54所示。

1)结构件。后段车身的结构件通常有后纵梁、行李箱地板、后减振器塔座等。

①后纵梁:焊接在后段车身底部,通常是箱形构件,非常坚固,为车辆的后部提供足够的强度。

②行李箱底板:通常由一整块钢板冲压而成,焊接在后纵梁、后轮罩内板和后背底板之间,构成行李箱的底部。大多数乘用车的行李箱地板上还冲压出一个备胎坑,用于安放备胎。

③后减振器塔:也称为后减振器拱形座,与后轮罩内板和外板焊接在一起,用于固定后悬架减振器的顶部。后减振器塔不但承受来自地面的冲击载荷,而且它的刚度和形状会影响后轮定位参数,因此强度和精度要求够比较高。

除以上构件外,后风窗玻璃对后部车身刚度也起着非常重要的作用,因此也视为结构件。

2)非结构件。后段车身的非结构件主要有行李箱盖、后背板、后部上盖板、后翼子板、后保险杠等。对于两厢乘用车、MPV和SUV,车身尾部还有一个后舱门。

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图5-54 后段车身的主要构件

①行李箱盖:是行李箱上盖板,结构比较复杂,通常由外板和内板、内衬、锁闩隔板、支架盖锁内饰板等构成。为了提高行李箱盖的强度和吸能效果,在行李箱内板上装有加强肋。行李箱盖的内外板件结构形式加大了钣金维修的难度,如果在事故中严重损坏,一般只能更换内外板件。行李箱盖以铰接方式连接在上部后盖板上。行李箱盖上通常留有安装后牌照的位置,有时还安装部分尾灯。行李箱盖的常见部件如图5-55所示。

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图5-55 行李箱盖的构成

②后背板:是焊接在行李箱后面、左右后翼子板之间的一块板件。

③后部上盖板:是后窗与行李箱盖之间的一块板件,用于安装行李箱盖铰链。

④后翼子板:又称为后侧围板,是后部车身两侧的大块板件,从后车门向后一直延伸到后保险杠位置,构成后段车身的侧面。后翼子板通常以焊接方式固定,是后段车身中的重要构件。

⑤后舱门:也称为尾门或背门,用于两厢车,是一整块冲压板件,以铰接方式安装在车顶板上。后舱门上通常还有玻璃窗、玻璃升降器、刮水器、门锁等零部件,也是一个复杂的总成。

5.车架式车身结构

车架式车身又称为非承载式车身,是传统的汽车车身结构。在这种结构中,车架是整个车辆的结构基础,车身壳体通过螺栓安装在车架上,发动机、变速器、悬架等大总成也安装在车架上。车架必须有足够的强度,才能承载各大总成的质量,并保证在碰撞中汽车的主要部件的固定位置不会产生较大的变动。车架通常是由高强度槽钢或箱形构件制成的,上面固定了一些横梁、支架和拉杆,用于安装汽车底盘部件,横梁、支架和拉杆通常是焊接、铆接或用螺栓连接到车架纵梁上的。

与承载式车身相比,车架式车身具有以下特点:

1)车架式车身结构的承载能力通常比承载式车身高,因此车架式车身主要应用在SUV、皮卡、大客车和大货车上。

2)采用车架式车身的车辆离地间隙相对较大一些,而且车身底板下面有厚重的车架保护着,因此适用于越野车。

3)车架有吸收路面振动的作用,而且车身与车架之间通常安装了一些橡胶衬垫,因此乘坐起来更加平稳、安静和舒适。

4)在发生碰撞事故时,大部分碰撞能量将由车架吸收,因此可有效保护乘员安全,车身损伤相对小一些。

但是,车架式车身因为采用了厚重的车架,汽车总质量一般比承载式汽车大很多,影响了车辆的动力性和燃油经济性。

车架式车身有梯形车架、周边式车架和X形车架三种。

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图5-56 周边式车架示意图

梯形车架是由两根纵梁与几根横梁组成的,两纵梁可能是平行的,也可能是不平行的,整个车架看上去像一个梯子。梯形车架现在应用较少。

周边式车架在结构上与梯形车架类似,其特点是两根纵梁在车身底部基本上沿着周边布置,并在前轮后部和后轮前部分别设计了阶跃变形部位,以形成抗扭箱形结构,如图5-56所示。这种车架结构可以在侧面碰撞中更好地保护乘员安全。在受到正面碰撞时,车架的前部可以吸收大部分能量。在后端受到碰撞时,纵梁的后部通常会向上拱起,从而吸收大量冲击能量。为了防止车辆在碰撞中发生扭曲,在关键部位用横梁进行强化。

X形车架的特点是中间窄,前后宽,具有较高的抗扭曲性,但现在已经基本不再使用。

6.车架式车身板件

(1)前段车身 车架式车身的前段结构如图5-57所示,主要零部件与承载式车身相似,但连接方式却有很大不同,如散热器支架、前翼子板、前挡泥板通常都是用螺栓固定的,维修时比较容易拆装。

散热器支架一般是由上、下、左、右四根支架焊接起来的一个整体结构。而翼子板的上端和后端与内板通过点焊连接,这样不仅增大了翼子板的强度和刚度,还有利于降低振动和噪声,在侧面碰撞时保护悬架和发动机不受损坏。

(2)车架式车身本体 车架式车身本体可分为乘员舱和行李箱两大部分,如图5-58所示。它主要由前围板、仪表板、底板、车顶板、立柱、车门、后翼子板、行李箱盖等部件组成。各个部件的结构与承载式车身中的相应结构类似。但车身本体是以车架为安装基础的,不是主要的承载部分,所以各个构件的连接方式可能与承载式车身不同。这里不再赘述。

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图5-57 车架式车身前段的主要构件

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图5-58 车架式车身本体

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