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              汽車車身結構設計的難點

                在汽車設計與生產過程中,車身結構設計是一個涉及到多方面因素的綜合工程設計問題,一方面必須兼顧造型設計的要求,另一方面還應充分考慮諸如結構強度、防塵隔噪性能、以及制造工藝等多種設計要求,常成為車身設計開發中的難點。

                完成車身設計首先需要明確車身整體的承載形式,并對其作出載荷分析,以便能使載荷在整個車身上分配合理。在此基礎上,進一步作出局部載荷分析,確定各梁的結構形式和聯接方式。因此,通常轎車存在使用目的和級別上的不同,常常會產生具體結構上的差異,最終結果就是,導致它們在功能和價格上也不相同。

                一、轎車車身的整體結構設計

              轎車車身的整體結構設計-標致307

                車身結構設計首先應以結構輕量化為準則,力求做到強度分配在車身整體上的合理性。為此,必須首先確定車身的主要載荷形式,其次了解載荷傳遞方式,進而選擇合理的計算方法。根據汽車的實際使用特點,一般將彎曲、扭轉和碰撞作為設計時車身所受三種典型載荷工況。

                由于轎車車身在整體上可以看作是一個由薄壁梁和薄板組成的框架結構,當假設作用力均作用在結構的節點上,且左右對稱分布時,經過對節點受力作適當簡化后,可建立車身承受彎曲載荷和扭轉載荷的力學模型。利用該模型,采用一般的力學方法即可計算獲得車身整體的載荷分布及變形圖。若計算發現局部存在過大變形或過大載荷,應適當改變該處梁的斷面形式,即通過改變斷面系數來調整變形量和應力的大小。

                碰撞載荷是汽車車身在使用過程中遇到的極端載荷情況。為了有效地保護成員的安全,車身結構在整車上應符合兩端軟中間硬的原則,以保證縱向碰撞發生時,車身前部或后部吸收80%以上的碰撞能量。為此,可以通過合理分配力流和增加局部吸收碰撞能量的能力達到此目的。由于縱向碰撞發生時,能量的70%需由車身縱梁吸收,因此縱梁的作用尤為重要。碰撞時可依靠局部變形吸收能量,從而減少中部成員艙變形的可能性。局部變形可以依靠梁的局部彎曲或局部發生皺折實現。利用現代技術對中空管狀梁內施以填充材料,還可以大大提高其吸收能量的能力。設計中,一般應在車身前部和后部預留50~80cm的空間供變形用。此外,因碰撞能量的30%要靠輪罩吸收,故需充分注意它與地板和縱梁的聯接。

                二、局部梁結構設計

                梁結構設計除了考慮強度上的要求外,還應滿足功能上的要求。由于轎車存在級別上的差異,對功能的要求也不盡相同,如寶馬(BMW)3系列和7系列轎車A門柱斷面結構。由于A門柱不但要將來自懸架的垂直力和前方縱向的碰撞力傳向車頂和門檻梁,且在側碰撞時,還將與B、C門柱一起構成抵抗側向力的主要屏障,因此,在更高級別的7系列車型的A門柱梁中設置了內襯板結構,從而可使該梁的強度大大提高提高。此外,因為兩車在級別上的差異,7系列車門比3系列車門多增加了一道密封圈,使其隔噪隔塵能力大為提高,所以,A門柱在結構上也需采取相應的措施。

                側碰撞發生時,碰撞能量的大部分必須由B門柱承擔,但通常該梁抵抗橫向力的能力十分有限。為了在結構上保證側碰撞時汽車的安全性,除了盡可能增大其截面積和采用腹板結構加強它與門檻的聯接強度外,還應將車身側圍結構作整體考慮,即借助車門、車鎖、門檻梁以及A、C門柱的相互聯系,有效地將能量吸收區域擴展到車頂和地板。

                地板總成的關鍵部件是門檻梁和分置在其間的橫梁。橫梁可以起到防止地板折疊的作用。一般側向要預留200~300mm的空間,供側向的皺折變形之用。為了提高提高門檻抗彎強度,應盡量加大其斷面尺寸。此外,也可以在門檻梁內增設襯板結構。

                另外,車門內設置橫梁已成為目前提高車身抗側撞安全性的手段之一,如能將橫梁設置在車身側向受撞擊的高度上,效果會更加明顯。

                為了提高車身整體強度,梁的聯接方式十分重要,應該避免采用那些缺乏傳遞某一方向的力或繞某一軸的力矩能力的聯接結構,才能減少因聯接不當造成的局部強度減弱。

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