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解析汽车安全与白车身结构关系
作者:波音正网    发布日期:2020-10-30 14:44


  现在市场上的乘用车主要有两种车身结构,承载式车身及非承载车身,除少数SUV采用非承载车身以外,大部分轿车及SUV都采用了承载是车身,所以这里就只介绍承载式车身。

  这是一个典型的承载是车身,车身又可以分为上车体(upper body)及下车体(under body)。

  一般我们说的平台指导就是下车体,但是不仅仅包括下车体,广义上的平台还包括悬挂以及动力总成等部分。

  就是这个零件了。一般我们从车外摸到的就是这层“皮”。大众的侧围外板一般使用DC06+Z这种材料,这种材料拉伸强度在270MPa。厚度约0.7mm。

  侧围外板属于形状复杂强度要求较低的零件,所以使用拉延性能比较好的钢板来冲压。在一些比较容易变形的部位会在内侧贴沥青胶板或PVC胶板来改善。接着看图

  这个图中紫色就是热成型材料(拉伸强度大于1500MPa)。介于紫色和红色直接的是800MPa左右的超高强度钢板。

  其中部分零件使用的热成型钢板,拉伸强度达到或超过1500MPa。厚度约1.8mm左右。在侧碰和正碰的过程中,保证驾驶室形状完整不被侵入,靠的就是这个了。

  这张图是关于B柱加强版的介绍,滚扎变料厚设计(tailor rolled blank)。很好的满足了,不同部分对强度的不同要求。

  一般车型侧围内板会使用强度稍弱于加强板的材料,拉伸强度在500MPa左右。

  箭头所指的那个部位就是前围板(Dashboard)。这个件本身的作用就是隔开驾驶室和乘员舱(好像是句废话)

  前围板本身是个薄板零件强度较弱,会在上下端添加加强版构成封闭的横梁结构,请仔细看图。

  在这个件的前后都会有相应的隔音和隔热垫,防止发动机舱的热量与噪音传入驾驶室。

  在碰撞中,前围板板的变形和侵入量,可以判断一辆车的安全性能的好坏。发一张前围板拆下的图。

  车头朝左下,还是半个,这需要大家想象一下这这在车身内部那个位置了,已经拆得不成样子了。

  最前端一部分就是前纵梁。这个零件不能做得过强,在碰撞过程中需要考虑变形溃缩以及折弯,否则就直直得插入驾驶室了。

  按照大众官方的宣传,前纵梁截面是加大了,敢于采用这种设计的原因是整个车身强度的增加。

  有一些车型考虑后排中间乘客的脚不空间,将中通道后部做低,其实这是一个对强度不利的设计。

  可以清楚的看到,两厢车也是有后纵梁的。担心两厢车不如三厢车安全,那是多虑了。

  下面开始说第二个车,第三代飞度,通过上面的车型,大家对车身结构有礼一定了解之后,这里就只挑出设计上的亮点进行解释。

  图上框了两个框。红框内可以看到安装水箱及散热器的框架是由钣金件构成,是车身的一部分,对强度有利。大众则是一个塑料零件,更便于安装。

  黄框内的是发动机舱上纵梁,可以看到向下连接到前纵梁上了,这是本田的特色本田称之为ACE结构。本田车型中美国IIHS 25%偏置碰撞中取得好成绩这个结构功不可没。下图就是IIHS 25%偏置碰后的图。

  不过国内的本田车主就别高兴了,这个结构也是美版车型和其他版本车型的区别所在。美版车型这一部分的钢板厚度比其他版本车型都厚,不过也仅仅是在驾驶员侧。

  箭头指所指位置的纵梁就是,曾经在一个本田项目中,花了半年多时间设计修改了某款车型的前纵梁。

  把图点卡放大可以看到绿框内有一条分界线。这是因为这是一个激光拼焊件(Laser Welding Blank)。

  使用激光焊将不同厚度的板材焊接到一起,然后再进行冲压。前一部分较薄厚一部分较厚。

  红框内的突起和凹陷是为了引导变形的,配合这一部分较薄的板材碰撞过程中前纵梁的前端会像手风琴一样溃缩变形。

  绿框以后的部分,在设计上有几个刚度不连续的点,在高速碰撞的过程中,前纵梁会在这几个点折弯。

  这是从下往上看的半个车身。本田小型车的一大特色就是邮箱中前排座椅下,这样后排座椅可以往后移动。

  在相同轴距下带来更大的后排乘坐空间。图中红框处会安装一个螺栓连接的加强件,使正面碰撞产生的力传到后地板。用一张汽车之家的图片

  就是框出来的那个件,上一代飞度上这个部分其实是一个焊接在地板上的梁,不能拆装。

  本人推测这是为了降低前地板总成的复杂性。为了在前排座椅下安装油箱,已经使前地板很复杂了。

  几乎和钱防撞梁一样结实,不过很遗憾。国内版本即使有后防撞梁其强度也会远远小于这个。

  红框内发动机盖的折弯筋,碰撞时使发动机盖折弯。现在很多车型包括德系日系在碰撞不太严重时,发动机盖变形很大就是这个原因。

  来张整体,注意红框内钣金件上的两个筋。如果我判断正确的话,这就是碰撞时前纵梁的折弯点。

  车身设计不是越强越好,在适当的位置减弱,在碰撞发生时引导变形,吸收撞击能量。

  左前纵梁内板,绿圈内隐约可以看到的分界线,这也是一个激光拼焊件。并设计有折弯点。

  拆下后的状态。这个零件使用了内高压成型技术(Hydro Forming)。材料本身强度也达到1000MPa

  按照福特官方说法,这种技术可以提高强度降低重量。不过从工艺角度出发,这个件使这一部分的焊接复杂性大大增加。

  个大厂商技术水平相当,都能设计制造出安全可靠,成本可接受的车身。购车时不用太多考虑日本车不安全这样的问题。

  不论德系日系,都会考虑在碰撞过程中前纵梁的变形溃缩来吸收碰撞的能量。吸能不是日系车的专利,或者说黑点。

  各个厂商,会涉及不同长度的中地板,来对应不同的轴距,满足后排乘员空间的要求。

  设计不同的后地板,来满足不同车型对行李舱空间的要求。甚至是不同的前纵梁,紧凑车型较短。

  这个是完全没有意义的,能接触到的,基本都是外板,强度弱厚度薄。无论日系车还是德系车外板都薄,所以根本摸不出厚度。

  看过这个帖子应该也可以看出来了,一般车已经不存在车架这个概念了,整个车身都是使用薄板冲压零件焊接而成。

  不同厚度和强度的钢板,就决定了。整个车的强度和安全性能,所以钢板的强度以及厚度都非常重要。

  现在被大家熟知的碰撞测试有美国的IIHS 欧洲NCAP 日本有J-NCAP 以及国内的C-NCAP

  其中以美国的IIHS最为严格,正面多了个小重叠截面偏置碰,翻车实验,侧面杆碰,侧碰的碰撞车质量也是最大的。

  理所当然,各个车厂针对美国市场的车型也是最结实的(用强度更高的材料,安装更多的加强板)。

  一般车用钢板的拉伸强度在220MPa至1800MPa之间。钢材有拉伸强度和屈服强度等,多个衡量指标,一般指的都是拉伸强度。

  业界的共识大于拉伸强度大于300MPa就属于高强度钢板了(High Strength Steel),显然300离1800还有好远呢。

  高强度及超高强度钢板的使用都是2000年以后的事情了,特别是现在的新车型普遍使用热成型钢材。

  前言:对于汽车安全方面的话题似乎从来就没间断过,而各个厂商也都在花费巨资使自己的产品在安全上更具优势,而民间对于此类问题则归为钢板的薄厚以及强度,那么下面我们就将与您聊聊不为人知小伎俩。

  首先,我们将车身分为两部分,一为车架,所指的是我们看不见的车身结构。二为车身外观,即我们所触碰到车身部分。

  随着汽车知识的日益普及,越来越多的人开始意识到在交通事故中,能拯救车上人员的是车身结构以及钢材强度。而在轻微事故中,车身外观部分的钢板薄厚则成为人们品评车辆安全的优劣标准。虽然从某种程度上说,后者并不能在真正意义上来决定车辆是否安全,但在此我们还是要提及一下,这一部分的安全特性。

  首先,在车身外观方面,无论美、日、德、韩以及自主品牌,都有厂商使用非金属材质的板材来制作车身外观部件,而这些非金属材质的部件甚至已经被使用在翼子板、车门等方面。因此车身外观的板材薄厚对车辆安全所带来的影响基本可以不计算在内了。

  45#中碳钢,屈服强度355Mpa,抗拉强度590Mpa,被国内汽车行业广泛使用,也就是某车型宣传册子里面标称的590号钢(全车身强度最高的部分采用的钢材),或许此时您会想起那些上千Mpa强度的钢板,没错,它们就是采用45#中碳钢在进行热处理后所产生的,而根据不同的热处理工艺,它们所转变的出的Mpa强度值也不同。

  汽车覆盖件和汽车结构件都是冷冲成形。我们一直讲的汽车钢板的强度,指的是钢板的“抗拉强度”,如果车身被“撕裂”了,这个就是钢板的抗拉强度超过了极限,但是多数情况下,在车身铁皮撕裂前,焊点先被撕脱。所以哪怕钢材是几千Mpa的强度,焊点质量不好,车身一样不堪一击。

  一般轿车车身有三个立柱,从前往后依次为前柱(A柱)、中柱(B柱)、后柱(C柱)。对于轿车而言,立柱除了支撑作用,也起到门框的作用。

  设计师考虑前柱几何形状方案时还必须要考虑到前柱遮挡驾驶者视线的角度问题。一般情况下,驾驶者通过前柱处的视线度,从驾驶者的舒适性看,重叠角越小越好,但这涉及到前柱的刚度,既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度,又要减少驾驶者的视线遮挡影响,是一个矛盾的问题。设计者必须尽量使两者平衡以取得最佳效果。在2001年北美国际车展上瑞典沃尔沃推出最新概念车SCC,就将前柱改为通透形式,镶嵌透明玻璃让驾驶者可以透过柱体观察外界,令视野盲点减少到最低程度。

  而除了这三个支柱外,我们所看不见的部位则更为重要,它就是我们所说的车架,其实轿车的车架结构相对简单,一般会在车头设计两根主梁,用以搭载发动机和变速箱,并且在发生正面碰撞事故时也可以有效进行亏缩,用其产生的缓冲力来保护车内成员安全。

  当然,仅仅车头上的这一点还远远不够,在驾驶室周围,有些厂家还会采用高强度钢材来布置,确保车辆在碰撞时尽可能保障驾驶室不会出现变形,所表现出的就是事故后车门可以自如开启,使车内人员在第一时间内逃出车外,或帮助车外人员顺利营救。

  而在车底部,不同的结构也促使车辆安全性有着不同的表现,例如某些德系及日系品牌在大部分车型中都为车底增加加固部件,虽然从成本上来说并不算多,但对于车辆行驶的稳定性以及发生碰撞后的驾驶室完整性都有所帮助。

  另外,车辆对行人的保护也在不断升级,从最初的车头造型以及材质改变,到目前最先进的行人保护气囊,就像前不久我们试驾的沃尔沃V40,它就是全球首款装备行人安全气囊的轿车,虽然从实验角度来看,这样的保护的确有效,但在实际生活中却很难预料行人的意图,至于能否得到保护,还得看车辆以及行人的交通安全意识了。

  第13届IEEE-VPPC国际车辆动力与驱动会议将于2016年10月在杭州举行,

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  如果你有行业资讯、职位信息、职业案例、感悟能助力大家职业发展,希望你告诉我,可以发稿给我,zjautotech@126.com。感谢

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