【汽车科普】汽车构造与原理 2.车身
汇总
目录
1.引言
Body
车身，汽车身体的简称。
在这个仍旧以貌取车的年代，车身是最先受人们关注的地方，它担负着展示汽车形象气质、风格特点的任务。
对于承载式的轿车车身来说，其任务更重，要承载发动机、变速器等几乎所有汽车部件，同时还要抵抗撞击、翻滚等暴力，保护驾乘人员。
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2.车身规格
Body Specification
2.1 车身尺寸
统一的规格标注
- 全世界各汽车厂商在汽车车身规格的标注方面基本上都统一了
- 尤其是 车身总长、轴距、轮距、前悬和后悬 等规格上都完全一样。
不统一的规格标注
- 在 车身总宽 和 总高 上稍有区别
- 有的包括后视镜和车顶行李架，有的则不包括。
- 因此，包括后视镜或车顶行李架的，一般都要加以注明。
车身尺寸标注示意图
2.2 汽车的通过性
什么是汽车的通过性？
- 汽车的通过性，是指汽车通过各种坏路和无路地带以及克服各种障碍的能力。
- 四轮驱动汽车对通过性特别重视，而通过性与车身外形尺寸参数有很大关系。
- 汽车的外形尺寸甚至直接决定了汽车的通过性能，如最小离地间隙、接近角和离去角、纵向通过角等。
汽车通过性能示意图
2.3 最大爬坡度的两种表述
百分比坡度
- 指坡道的垂直高度与坡道的水平距离之比值，如30%
- 即表示此坡度为每前进100米，坡度便升高30米
坡道的倾角度
两种表述的关系
- 它们两者之间的关系是一种三角函数（正切）关系，具体换算见右表
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3.车身构造
Body Structure
3.1 车身由面板和骨架组成
车身面板
- 汽车的“皮肤”，它的厚薄甚至强度如何，对汽车的安全性没有太大影响。
- 你看到的所有车身面板，只是起到防风挡雨和美观的作用
- 车身面板都焊接固定在特别设计的钢铁骨架上。
骨架
- 骨架的形状，基本决定了车身的造型。
- 为了使车身更加安全，分散来自各方向的撞击力，现在的汽车厂商都把车身做成鸟笼子样，也称为 “网状交叉式设计” 。
- 这种钢制安全车厢，能按照设计师预先设计的方向传递撞击力，从而将强大的外力分散到多个钢梁上，帮助乘员抵抗极大的撞击力，使他们免受伤害。
撞击时的车身面板和骨架
- 当汽车受到轻微碰撞时：
- 车身最外面的钢板可能会起一定的保护作用，不让碰撞物进入到车内
- 当受到较严重的碰撞时：
- 面板无法阻挡撞击力（它们很薄，而且强度较小，很容易被外力穿透）。
- 这时，就只能靠面板下面的骨架来抵抗冲击了
奥迪R8车身构造图
大众高尔夫汽车鸟笼车身骨架图
3.2 承载式车身和非承载式车身
分类
- 根据 车身骨架 的不同，可以把车身分为 承载式车身 和 非承载式车身 两大类。
承载式车身的汽车
- 没有刚性车架，发动机、前后悬架、传动系统的一部分总成部件都装配在车身上，车身负载通过悬架装置传给车轮。
- 整个车身为一体，没有所谓的大梁，悬架直接连在车身上。
- 现在，普通轿车几乎都采用承载式车身。
- 打开发动机盖，就可看到前悬架连在了前翼子板内侧的车身上。
承载式车身的优缺点
- 优点：
- 公路行驶非常平稳，整个车身为一体，固有频率振动低，噪声小，重量轻，比较省油。
- 缺点：
- 底盘强度远不如有大梁结构的非承载式车身；
- 当四个车轮受力不均匀时，车身易发生变形。
承载式车身示意图
非承载式车身的汽车
- 有一刚性车架，又称底盘大梁，发动机、传动系统、车身等总成部件都固定在车架上，车架通过前后悬架与车轮连接。
- 非承载式车身就是有大梁的车身结构，发动机、传动系统、悬架，甚至车身等都固定在车架上。
- 当弯下腰看看车底，会看到有贯穿前后的两个纵梁。
非承载式车身的优缺点
- 优点：
- 底盘强度较高，抗颠簸性能好；
- 四个车轮受力即使再不均匀，也是由车架承担，而不会传递到车身上去，因此车身不易扭曲变形。
- 缺点：
- 车身比较笨重。
- 较好的平稳性和安全性，多用在货车、客车和越野车上，但也有部分高级轿车使用。
非承载式车身示意图
对比
- 承载式车身更像是甲虫，车身 承担更大的重任；而非承载式车身更像是大象，它的 骨架 承载主要重任。
- 承载式车身只适用于小型车辆，如普通轿车等。而大型轿车、越野车、货车和大客车等，则一定要采用非承载式车身形式。
3.3 车门防撞杆
侧面撞击和车门防撞杆
- 在车门夹层中间放置一两根非常坚固的钢梁，即车门防撞杠。
- 当汽车受到侧面撞击时，可减轻车门的变形程度，从而起到对驾乘人员的保护作用。
- 而车中的驾乘人员在受到侧面撞击时更危险，因为驾乘人员的身体与车门间没有多大空隙，几乎没有缓冲余地
面板与骨架的撞击保护
- 在汽车受到撞击时，汽车外板起不到对车内驾乘人员真正有效的保护作用，
- 车身骨架才是保护驾乘人员的主要防线
- 而在侧面撞击时，车门内的防撞杠则是第一道防护线
车门防撞杠示意图
车身结构材料示意图
3.4 NVH特性
什么是NVH？
- NVH是Noise（噪声）、Vibration（振动）和Harshness（声振粗糙度，通俗地称为不舒适性或不平顺性）的缩写。
- 噪声是由振动引起的，通过振动波来传递，因此噪声、振动和声振粗糙度三者在汽车等机械振动中是同时出现且密不可分，并简称为汽车的NVH特性。
- 驾乘人员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于NVH研究的范畴。
- 此外，还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题。
振动源与噪声
- 车辆在行驶时的振动源主要有三个：
- 发动机、传动系统和不平的路面。
- 车辆在行驶时的噪声主要有四个：
- 发动机产生的噪声、空气流过车身时的噪声、轮胎滚动和振动时的噪声，以及车身和底盘结构振动时产生的噪声。
发动机噪声
- 发动机噪声主要包括燃烧噪声、机械噪声和排气噪声。
- 燃烧噪声：指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声；
- 机械噪声：指活塞、齿轮、配气机构等运动件之间机械撞击产生的振动噪声；
- 排气噪声：指发动机排气产生的声音。
- 一般情况下，低转速时燃烧噪声占主要地位，高转速时机械噪声占主要地位。
轮胎噪声
- 轮胎噪声主要来自泵气效应和轮胎振动。
- 泵气效应：指轮胎高速滚动时引起轮胎变形，使得轮胎花纹与路面之间的空气受压挤，随着轮胎滚动，空气又在轮胎离开接触面时被释放
- 这样连续的“压挤释放”，空气就迸发出噪声。
- 轮胎振动：轮胎运行时的振动也会产生噪声，且刚性越大或阻尼越小的轮胎，其振动噪声越大。
空气噪声
- 汽车上的空气噪声主要包括风阻噪声和风笛噪声。
- 风阻噪声：是指空气流过车身时与车身之间的摩擦声
- 风阻越大的汽车，其风阻噪声越大
- 因此现在轿车都要设计成流线形，以减少空气噪声
- 风笛噪声：指空气进入或流出车身钣金缝隙时产生的噪声
- 车门、车窗等密封性越好的汽车，其风笛噪声越小
车身和底盘结构噪声
- 车身结构噪声：
- 汽车在运动时，尤其是行驶在不平路面时，车身会产生一定的扭曲
- 此时车身钣金件在各种力的作用下就会产生一定的扭曲和振动，从而产生一定的噪声。
- 底盘结构噪声：
- 底盘中的部件，尤其是传动和悬架结构等运动部件，在运行时也会因转动、扭动或振动而产生一定的噪声
- 尤其是汽车行驶在不平路面或高速行驶时，底盘噪声可能更大。
- 这些噪声可能会通过底盘而传入车内。
汽车NVH设计示意图
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4.车身材料
Body Material
4.1 车身刚性
- 刚性：指物体受力后 抗变形 的能力。
- 车身刚性：指在施加不至毁坏车身的普通外力时 车身不容易变形的能力。
- 高刚性车身：具有极高的抗扭曲和抗弯曲的能力，更安静，稳定性更好。反之亦然。
- 材料取舍：
- 为了保证车身具有较高的刚性，
- 采用高强度钢材来打造车身的关键部位，
- 在对刚性没有影响或影响较小的部位，则采用普通钢材或材质来制作
- 奔驰CL双门轿车轻量化车身设计构造图：
4.2 减轻车身重量
- 为了提升车辆的安全性、加速性和燃油经济性，现在汽车厂商越来越重视汽车轻量化
- 在车身的一些部位，可以使用强度较高但重量较轻的材料，以此来减轻车身重量；
- 而一些部位（如车前和车尾部）可以采用强度较小、重量也较轻的钢板，以吸收撞击力。
- 保险杠、前后翼子板：
- 强度对驾乘人员的安全防护基本没什么影响，为了减轻车身重量，可采用塑料等非金属材料来制作保险杠和翼子板。
- 塑料弹性较好，还能起到保护行人的作用。
- 对车身轻量化起作用最大的：广泛采用铝质材料
- 对一些不太重要的部件，如发动机舱盖、行李箱盖、减振器顶座、车门内板等，可以使用重量较轻的铝材。
- 保时捷车身用材料强度示意图：
- 奥迪TT铝质车身构造图：
