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【转载】通过理想ONE 浅谈车身结构上的小知识

浏览数量:8     作者:舒宁     发布时间: 2020-04-24      来源:https://www.autohome.com.cn/tech/202002/974052.html#pvareaid=2023650

文章转载:转自汽车之家用户舒宁

[汽车之家 基础知识]  为避免误会,开头先要和大家说一下:本次内容重在科普,理想ONE(参数|询价)仅作示意,同时也要感谢理想汽车对于选题方面的支持与配合。那么今天的小知识是什么呢?没错,就是车身。有朋友可能会说:车身不就是看看样子看看碰撞成绩嘛,这有什么可说的?对于车身设计来说,除了考虑到安全性、空间布局以及外观设计之外,如何做到各方面兼顾就很考验工程师与设计师的水平了,而那些并不会引起大家注意的细节,往往就是决定其车辆素质的关键。

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今日知识略硬核,我尽可能用大家看得懂的语言来和大家简单聊聊这一话题,当然考虑到方便理解,这里面的部分结论仅适用于大多数情况,特殊个例或者极端情况不包含在内,别太较真,并且今天我们主要针对常见的承载式车身进行解读,非承载式车身情况在某种层面上不符合今天的内容。

○ 30秒看懂所有结论:

1、在平衡成本、材料选择、安全性结构设计与轻量化之后,理论上车身刚性越高越好。

2、除了材料选择,车身结构设计和制造连接工艺也十分重要。

3、车身刚性对于操控性、安全性和可靠性有着决定性影响。

4、外覆盖件(如车门外钢板、发动机舱盖外板等)对于车身刚性影响不大,核心主要看白车身(Body in white,大白话简单理解为车身骨架主体结构)。

5、不同车身结构、不同焊点数与天窗都可能造影响车身刚性。

○ 很多人不知道,车身刚性对操控性和安全性有着决定性影响

首先来说一个概念:什么是车身刚性?我们常说的刚性在工程领域一般称之为刚度,也就是在受到外力时抵抗弹性变形的能力,或者简单理解为:车身容不容易发生变形。对于车身刚度来说,一般经常关注的两个指标分别是车身扭转刚度与车身弯曲刚度,前者主要评价车身抗扭转能力,而后者顾名思义就是抗弯曲形变能力,两者通常会合并在一起说,称之为弯扭刚度。

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首先我们来聊聊对于操控性的影响。可能很多朋友会认为,一台车的操控性好坏,看的是一台车悬架结构与调校水准。这个结论本身是没有问题的,问题是在于这一结论的设定,是必须要建立在车身刚性高的基础上才可以实现。

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当一台车过弯的时候,除了悬架的运动之外,车身在受到外力作用的时候也会发生微量弯扭,即便悬架参数得到了充分验证,悬架标定足够优秀,在车身发生弯扭的时候也会出现意想不到的结果。自然而然地,减小车身形变本身对于车辆动态调校的影响就是关键,而提高车身刚性也正是为了保证底盘能够获得理想状态下的实际结果。

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○ 在被动安全性方面的结构设计细节

除了在操控性上的帮助之外,车身刚性对于被动安全性(或者直白点说是碰撞安全性)也有着一定正向帮助。这很好理解,但在说这部分知识之前,我们还是要说一些“误区”。

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像面对正面碰撞这样的情况,大多数车辆都会有个“鼻子”,也就是前发动机舱或者前备厢,在这段乘员舱以外的车身区域内,如何吸收与分散掉碰撞力才是关键,过“硬”的材料如果布局在最前端是有可能导致碰撞瞬时加速度过大,进而造成乘客在受到碰撞力的时候“冲击”太大,反而会提高致伤风险。

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需要注意的是,强度与刚度并不是一回事,虽然对于大多数金属材料而言存在一定正相关性,但具体展开需要根据材料与结构特性分析,比较复杂。除了需要看材料选用之外,结构设计也是影响车身刚性的关键原因。

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车身对于被动碰撞安全性的部分,接下来我们将就此科普一些结构设计上的小知识,这里面包含对于此前“热度颇高”的25%小重叠角碰撞优化,以及不同位置如何从结构角度设计车身的知识点。

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这项测试可以说是很多车企的“噩梦”。最早是从美国IIHS开始,据统计在发生正面碰撞的时候,当正面碰撞重叠角小于25%时,纵梁不能起到充分吸能作用,引起很高的致伤风险,而后IIHS就有了这项测试,很多品牌车型折戟于此,我国的“中保研”碰撞测试也借鉴了该测试条件,发现很多车型存在这样的被动安全隐患,进而引起较高关注。

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除此之外,还有部分车企采用优化碰撞力分散结构,减少乘员舱入侵。当小重叠角碰撞发生时,通过强度够高的斜梁让车身呈现出较为明显的侧滑趋势,分散碰撞力。

总结起来就是,在安全结构设计上,靠近乘员舱的位置要尽可能选用高强度材料,并通过优化结构保证乘员舱完整性,而在车头位置则需要利用好车头空间,在刚性能够保证的情况下,做出合理有效的吸能结构设计。

○ 车身连接工艺、不同车身形式与天窗也关乎着车身刚性和强度

除了材料选择与结构设计,对于车身刚性与强度有影响的第三方面便是车身连接工艺,这其中包含焊接、铆接、结构胶粘结等。

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就拿前减振器塔顶来说,目前常见的结构有拼接式和一体式。前者通过焊接工艺连接在前发动机舱中,而后者则是与车身、轮拱等结构一体成型。别看就这么一点小区别,对于注重操控性的车辆来说,想要获得高刚性,尤其是在减振器塔顶位置得到较高的局部刚性结果,采用一体成型工艺就会显得尤为重要,即便再好的焊接工艺也难以达到一体成型的效果。不过与焊接式相比,一体成型塔顶对于工艺要求也更高一些,制造难度也要更大一些,所以相对的成本也会增加不少。

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不同的车身连接工艺同样会影响车身刚性,而焊点数量、结构胶使用量这些也同样会影响一台车的整体刚性表现,这也就说明了为何参加正式比赛的赛车几乎都要进行补焊工作,目的就是为了增加焊点,提高车身刚性。

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通过公开数据我们得知,丰田Supra的车身扭转刚性大约为39000N·m/°,在咨询相关车身工程师之后,我们了解到即便它们师出同源,仅仅是一个敞篷设计就会令其刚性大打折扣,若不为其做车身补强设计的话,刚性“打五折”都是很有可能的事情。

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由于天窗设计与滑轨布局会破坏原有的车顶结构,导致车顶横梁缺失,无法与B柱形成环状结构,这就直接造成车身整体刚性的下降。举例数据来说:配备天窗的宝马5系GT与无天窗的5系GT,其静态扭转刚度分别为27500N·m/°与31500N·m/°,相差约13%。

编辑点评:

小车身大能耐,对于承载式车身来说,在保证造型与空间的同时,车身对于安全性与操控性上的影响也是十分明显的。高刚性车身不仅可以带来更好的结构基础,也是一台车在很多方面能做到理想性能指标的核心前提,然而它也是我们在购车时往往很容易忽略掉的重要参数。(文/图 汽车之家 舒宁 鸣谢微博:Jsport微博 提供的部分数据与技术咨询)



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