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    繁體中文 今天是:
    車身結構上的小知識
    作者:汽車之家    文章來源:汽車之家
    【字體:

     今日知識略硬核,我盡可能用大家看得懂的語言來和大家簡單聊聊這一話題,當然考慮到方便理解,這里面的部分結論僅適用于大多數情況,特殊個例或者極端情況不包含在內,別太較真,并且今天我們主要針對常見的承載式車身進行解讀,非承載式車身情況在某種層面上不符合今天的內容。

    ○ 30秒看懂所有結論:

      1、在平衡成本、材料選擇、安全性結構設計與輕量化之后,理論上車身剛性越高越好。

      2、除了材料選擇,車身結構設計和制造連接工藝也十分重要。

      3、車身剛性對于操控性、安全性和可靠性有著決定性影響。

      4、外覆蓋件(如車門外鋼板、發動機艙蓋外板等)對于車身剛性影響不大,核心主要看白車身(Body in white,大白話簡單理解為車身骨架主體結構)。

      5、不同車身結構、不同焊點數與天窗都可能造影響車身剛性。

    ○ 很多人不知道,車身剛性對操控性和安全性有著決定性影響

      首先來說一個概念:什么是車身剛性?我們常說的剛性在工程領域一般稱之為剛度,也就是在受到外力時抵抗彈性變形的能力,或者簡單理解為:車身容不容易發生變形。對于車身剛度來說,一般經常關注的兩個指標分別是車身扭轉剛度與車身彎曲剛度,前者主要評價車身抗扭轉能力,而后者顧名思義就是抗彎曲形變能力,兩者通常會合并在一起說,稱之為彎扭剛度。

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      首先我們來聊聊對于操控性的影響?赡芎芏嗯笥褧J為,一臺車的操控性好壞,看的是一臺車懸架結構與調校水準。這個結論本身是沒有問題的,問題是在于這一結論的設定,是必須要建立在車身剛性高的基礎上才可以實現。

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      當一臺車過彎的時候,除了懸架的運動之外,車身在受到外力作用的時候也會發生微量彎扭,即便懸架參數得到了充分驗證,懸架標定足夠優秀,在車身發生彎扭的時候也會出現意想不到的結果。自然而然地,減小車身形變本身對于車輛動態調校的影響就是關鍵,而提高車身剛性也正是為了保證底盤能夠獲得理想狀態下的實際結果。

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    ○ 在被動安全性方面的結構設計細節

      除了在操控性上的幫助之外,車身剛性對于被動安全性(或者直白點說是碰撞安全性)也有著一定正向幫助。這很好理解,但在說這部分知識之前,我們還是要說一些“誤區”。

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      像面對正面碰撞這樣的情況,大多數車輛都會有個“鼻子”,也就是前發動機艙或者前備廂,在這段乘員艙以外的車身區域內,如何吸收與分散掉碰撞力才是關鍵,過“硬”的材料如果布局在最前端是有可能導致碰撞瞬時加速度過大,進而造成乘客在受到碰撞力的時候“沖擊”太大,反而會提高致傷風險。

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      需要注意的是,強度與剛度并不是一回事,雖然對于大多數金屬材料而言存在一定正相關性,但具體展開需要根據材料與結構特性分析,比較復雜。除了需要看材料選用之外,結構設計也是影響車身剛性的關鍵原因。

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      車身對于被動碰撞安全性的部分,接下來我們將就此科普一些結構設計上的小知識,這里面包含對于此前“熱度頗高”的25%小重疊角碰撞優化,以及不同位置如何從結構角度設計車身的知識點。

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      這項測試可以說是很多車企的“噩夢”。最早是從美國IIHS開始,據統計在發生正面碰撞的時候,當正面碰撞重疊角小于25%時,縱梁不能起到充分吸能作用,引起很高的致傷風險,而后IIHS就有了這項測試,很多品牌車型折戟于此,我國的“中保研”碰撞測試也借鑒了該測試條件,發現很多車型存在這樣的被動安全隱患,進而引起較高關注。

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      除此之外,還有部分車企采用優化碰撞力分散結構,減少乘員艙入侵。當小重疊角碰撞發生時,通過強度夠高的斜梁讓車身呈現出較為明顯的側滑趨勢,分散碰撞力。

      總結起來就是,在安全結構設計上,靠近乘員艙的位置要盡可能選用高強度材料,并通過優化結構保證乘員艙完整性,而在車頭位置則需要利用好車頭空間,在剛性能夠保證的情況下,做出合理有效的吸能結構設計。

    ○ 車身連接工藝、不同車身形式與天窗也關乎著車身剛性和強度

      除了材料選擇與結構設計,對于車身剛性與強度有影響的第三方面便是車身連接工藝,這其中包含焊接、鉚接、結構膠粘結等。

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      就拿前減振器塔頂來說,目前常見的結構有拼接式和一體式。前者通過焊接工藝連接在前發動機艙中,而后者則是與車身、輪拱等結構一體成型。別看就這么一點小區別,對于注重操控性的車輛來說,想要獲得高剛性,尤其是在減振器塔頂位置得到較高的局部剛性結果,采用一體成型工藝就會顯得尤為重要,即便再好的焊接工藝也難以達到一體成型的效果。不過與焊接式相比,一體成型塔頂對于工藝要求也更高一些,制造難度也要更大一些,所以相對的成本也會增加不少。

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      不同的車身連接工藝同樣會影響車身剛性,而焊點數量、結構膠使用量這些也同樣會影響一臺車的整體剛性表現,這也就說明了為何參加正式比賽的賽車幾乎都要進行補焊工作,目的就是為了增加焊點,提高車身剛性。

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      通過公開數據我們得知,豐田Supra的車身扭轉剛性大約為39000N·m/°,在咨詢相關車身工程師之后,我們了解到即便它們師出同源,僅僅是一個敞篷設計就會令其剛性大打折扣,若不為其做車身補強設計的話,剛性“打五折”都是很有可能的事情。

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      由于天窗設計與滑軌布局會破壞原有的車頂結構,導致車頂橫梁缺失,無法與B柱形成環狀結構,這就直接造成車身整體剛性的下降。舉例數據來說:配備天窗的寶馬5系GT與無天窗的5系GT,其靜態扭轉剛度分別為27500N·m/°與31500N·m/°,相差約13%。

    編輯點評:

      小車身大能耐,對于承載式車身來說,在保證造型與空間的同時,車身對于安全性與操控性上的影響也是十分明顯的。高剛性車身不僅可以帶來更好的結構基礎,也是一臺車在很多方面能做到理想性能指標的核心前提,然而它也是我們在購車時往往很容易忽略掉的重要參數。(文/圖 汽車之家 舒寧 鳴謝微博:Jsport微博 提供的部分數據與技術咨詢)

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