汽车车身结构课件.ppt
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1、.,1,第三章汽车造型设计的结构基础,.,2,目录,3.1汽车车身结构3.2汽车造型主要参数图解3.3轿车车身主要构件图解3.4轿车车身结构与安全设计3.5轿车车身主要构件图解,.,3,产品设计的前提是必须了解该产品的典型结构,否则造型设计就成了虚无缥缈的空想。汽车设计也是如此,本节主要对轿车车身结构进行简要分析,这是汽车造型设计的重要基础。,3.1汽车车身结构,.,4,3.1.1 汽车布置形式,汽车传动系的布置形式与发动机的位置及驱动形式有关,一般可分为:前置前驱;前置后驱;后置后驱;中置后驱;全轮驱动;,.,5,发动机布置在车的前部,所以整车的重心集中在车身前段,由于车体会被前轮拉着走的,
2、所以前置前驱汽车的直线行驶稳定性非常好。,发动机动力经过差速器后用半轴直接驱动前轮,不需要经过传动轴,动力损耗较小,适合小型车。不过由于前轮同时负责驱动和转向,所以转向半径相对较大,容易出现转向不足的现象。,3.1.1 汽车布置形式,.,6,FR整车的前后重量比较均衡,拥有较好的操控性能和行驶稳定性。不过传动部件多、传动系统质量大,贯穿乘坐舱的传动轴占据了舱内的地台空间。现在的高性能汽车依然喜欢采用这种布置行形式。,3.1.1 汽车布置形式,.,7,3.1.1 汽车布置形式,.,8,由于全车的重量大部分集中在后方,且又是后轮驱动,所以起步、加速性能都非常好,因此超级跑车一般都采用RR方式。当后
3、轮的抓地力达到极限时,会有打滑甩尾现象,不容易操控。,3.1.1汽车布置形式,.,9,MR这种设计已是高级跑车的主流驱动方式。由于将车中运动惯量最大的发动机置于车体中央,整车重量分布接近理想平衡,使得MR车获得最佳运动性能的保障。,3.1.1 汽车布置形式,.,10,四轮驱动,顾名思义就是采用四个车轮作为驱动轮,简称四驱。(英文是4 Wheel Drive,简称4WD)。四轮驱动汽车有两大优势,一是提高通过性,二是提高主动安全性。,如果在一些复杂路段出现前轮或后轮打滑时,另外两个轮子还可以继续驱动汽车行驶,不至于无法动弹。特别是在冰雪或湿滑路面行驶时,更不容易出现打滑现象,比一般的两驱车更稳定
4、。,2.1.1 汽车布置形式,.,11,分时四驱可以简单理解为根据不同路况驾驶员可以手动切换两驱或四驱模式。如在湿滑草地、泥泞、沙漠等复杂路况行驶时,可切换至四驱模式,提高车辆通过性。如在公路上行驶,可切换至两驱模式,避免转向时车辆转向时发生干涉现象,减低油耗等。,3.1.1 汽车布置形式,.,12,适时四驱就是根据车辆的行驶路况,系统会自动切换为两驱或四驱模式。适时驱动汽车其实跟驾驶两驱汽车没太大的区别,操控简便,而且油耗相对较低,广泛应用于一些城市SUV或轿车上。,3.1.1 汽车布置形式,.,13,全时四驱就是指汽车的四个车轮时时刻刻都能提供驱动力。因为是时时四驱,没有了两驱和四驱之间切
5、换的响应时间,主动安全性更好,不过相对于适时四驱来说,油耗较高。,3.1.1 汽车布置形式,.,14,(1)发动机前置前置后驱:即发动机前置、后轮驱动,这是一种最传统的驱动形式。大多数货车、部分高级轿车和部分客车都采用这种驱动形式,但采用该形式的小型车很少。前置前驱:即发动机前置、前轮驱动。货车和大客车基本上不采用该形式。全轮驱动:全轮驱动在吉普车和越野车上运用较多,最近也有部分新式轿车采用了全轮驱动形式(图2-1)。,3.1.1 汽车布置形式,轿车车身的布置在很大程度上受底盘布置形式的制约。常见的车身布置形式有发动机前置与发动机后置两种形式,其中发动机前置又包括前置前驱、前置后驱和全轮驱动,
6、发动机后置一般采用后置后驱的形式。,图2-1全轮驱动,.,15,3.1.1 汽车布置形式,(2)发动机后置 发动机后置的主要形式是后置后驱。早期广泛应用在微型车上,现在多应用在大客车上,轿车上很少使用。优点是:结构紧凑,没有沉重的传动轴,也没有复杂的前轮转向兼驱动结构。缺点是:后轴负荷较大,在操控性方面略差。 在实际设计中应根据汽车的类型和用途合理选用驱动形式。通常来说,以动力性为主的货车常采用传统的前置后驱的驱动形式;强调低地板、结构紧凑和操纵稳定性的轿车,常采用前置前驱的驱动形式;注重车厢内面积利用率和低地板的客车倾向于采用后置后驱的驱动形式;而强调越野性的车型,应优先选用全轮驱动的布置形
7、式。,.,16,3.1.2纯电动汽车布置形式,蓄电池电动汽车(纯电动汽车) EV (Electric Vehicle)是仅由动力蓄电池向电机提供电能驱动车辆行驶的道路车辆。,.,17,结构示意图,3.1.2纯电动汽车布置形式,.,18,3.1.2纯电动汽车布置形式,电驱动系统的结构形式1. 简化的传统驱动系统 采用固定速比减速器,去掉离合器,可减少机械传动装置的质量、缩小其体积。,M电动机FG固定速比减速器D差速器,.,19,3.1.2纯电动汽车布置形式,电驱动系统的结构形式2. 电动机驱动桥整体式驱动系统 (1)与发动机横向前置、前轮驱动的内燃机汽车的布置方式类似。 (2)把电动机、固定速比
8、减速器和差速器集成为一个整体,两根半轴连接驱动车轮。 (3)传动机构紧凑,传动效率较高,安装方便,在小型电动汽车上应用最普遍。,M电动机FG固定速比减速器D差速器,.,20,.,21,.,22,.,23,3.1.2纯电动汽车布置形式,电驱动系统的结构形式3. 双电动机驱动系统 (1)采用两个电动机通过固定速比减速器分别驱动两个车轮。 (2)每个电动机的转速可以独立的调节控制,便于实现电子差速,不必选用机械差速器。,M电动机FG固定速比减速器,.,24,3.1.2纯电动汽车布置形式,电动三轮车双电机驱动桥,.,25,3.1.2纯电动汽车布置形式,与传统车辆相比,减少了变速器、传动轴等零部件,降低
9、了整车质量,同时电驱动桥空间利用率高,有利于实现整车全通道低地板,同时增加乘坐和站立面积;减少了传动传动机构,也减少了因动力传递带来的能量损失。,比亚迪自主电驱动桥,.,26,电驱动系统的结构形式4. 内转子电动轮驱动系统 (1) 电动机装在车轮内,形成轮毂电动机,可进一步缩短从电动机到驱动轮的传递路径。 (2) 采用高速内转子电动机(约10000r/min),需装固定速比减速器降低车速。一般采用高减速比行星齿轮减速装置,安装在电动机输出轴和车轮轮缘之间,且输入和输出轴可布置在同一条轴线上。,M电动机FG固定速比减速器,3.1.2纯电动汽车布置形式,.,27,3.1.2纯电动汽车布置形式,.,
10、28,3.1.2纯电动汽车布置形式,车辆的动力系统变得更加简单,大大提高车内空间的实用性,提高空间利用率。每个车轮独立的轮毂电机相比一般电动车而言,也省掉了传动半轴和差速器等装置,同样节省大量空间且传动效率更高。,.,29,这台嘉年华暂时将电池组放置在传统的发动机舱中,而将逆变器、传统蓄电池、充电器等布置在车尾附近,根据实际需要,可以在未来的车辆上灵活地布置电池组的位置。,3.1.2纯电动汽车布置形式,.,30,电驱动系统的结构形式6. 外转子电动轮驱动系统 (1) 采用低速外转子电动机,可完全去掉变速装置。 (2) 电动机外转子直接安装在车轮轮缘上,电动机转速和车轮转速相等,车轮转速和车速控
11、制完全取决于电动机的转速控制。,M电动机,3.1.2纯电动汽车布置形式,.,31,3.1.2纯电动汽车布置形式,电驱动系统的结构形式6. 外转子电动轮驱动系统 (3) 低速外转子电动机结构简单,无需齿轮变速传动机构,但其体积大、质量大、成本高。,外转子电动轮,.,32,3.1.3 汽车承载类型,汽车车身的作用主要是保护驾驶员以及构成良好的空气力学环境。好的车身不仅能带来更佳的性能,也能体现出车主的个性。汽车车身结构从形式上说,主要分为非承载式和承载式两种。非承载式车身和承载式车身按照有无刚性车架划分。 车架就是支承车身的基础构件,一般称为底盘大梁架,发动机、变速器、转向器及车身部分都固定其上。
12、车架有边梁式、钢管式等形式,其中边梁式是采用最广泛的一种车架。,(1)承载式车身承载式车身也称无车架式车身。它没有刚性车架,只是加强了车头、侧围、车尾、地板等部位,以及发动机、前后悬架、传动系统的一部分总成部件在车身上的连接强度。车身和底架共同组成了车身本体的刚性空间结构。大部分轿车都采用这种车身结构。,(2)半承载式车身半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接,是介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构。,.,33,3.1.3 汽车承载类型,(3)非承载式车身 非承载式车身是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。非承载式车身的汽车有刚性车架,又称底盘大梁架。车身
13、对车架的加固作用不大,大部分载荷主要由车架承受,车身主要承受本身的重力、承载的客货的重力及汽车行驶时产生的各种阻力。而发动机及底盘各部件的重力以及汽车行驶时由路面通过悬架传来的力则由车架承受。,非承载式车身和承载式车身都有优缺点,使用在不同用途的汽车上。 一般而言,非承载式车身用在货车、客车和越野车上;承载式车身用在轿车上,现在一些客车也采用这种形式。,.,34,3.2汽车造型主要参数图解,汽车的整车尺寸(图2-2)也称外形尺寸或外廓尺寸。这些尺寸参数直接影响汽车的机动性、操纵性、舒适性、平顺性和通过性等性能。,A.高度;B.轴距;C.车身总长度;D.轮胎外径;E.接近角;F.离去角;G.前悬
14、;H.后悬;I.轮距;J.最大宽度,图2-2 汽车的整体尺寸,.,35,3.2汽车造型主要参数图解,(1)车身总长度 总长度是垂直于车辆纵向对称平面,并分别抵靠在汽车前、后最外端凸出部位的两垂面之间的距离,即沿着汽车前进的方向,最前端到最后端的距离。总长度是对汽车的用途、功能影响最大的参数。,(2)最大宽度 最大宽度是指平行于车辆纵向对称平面,并分别抵靠车辆两侧固定凸出部位的两平面之间的距离,即汽车最左端到最右端的距离。,(3)高度 高度是车辆支撑平面与车辆最高凸出部位相抵靠的水平面之间的距离,即从地面到汽车最高点的距离(通常指汽车在空载加满燃料和冷却液情况下的高度)。车身高度直接影响车的重心
15、、操控性和空间。,(4)轴距 轴距是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点,并垂直于车辆纵向对称平面的两条垂线之间的距离,即汽车前轴中心到后轴中心的距离。轴距的长短直接影响汽车的长度和乘坐空间的舒适性。,(5)轮距轮距是车轮在地面上留下的轨迹的中心线之间的距离。如果车轴的两端是双车轮时,轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。汽车的轮距直接影响汽车的总宽、机动性以及横向稳定性。,.,36,3.3车身主要构件图解,(6)前悬 前悬是通过两前轮中心的垂面与抵靠在车辆最前端(包括任何固定在车辆前部的刚性部件)并垂直于车辆纵向对称平面的垂面之间的距离,即汽车前轮中心到汽车最前端的水平距离。,(7)后悬 后悬是通过
16、车辆最后车轮轴线的垂面与抵靠在车辆最后端并垂直于车辆纵向对称平面的垂面之间的距离。后悬的长度主要决定于车厢的长度、轴距和轴荷分配的情况。,(8)最小离地间隙 最小离地间隙,也称离地距,是地面到中间区域内最低点之间的距离。汽车上离地间隙最小的部位通常有:前、后桥壳,发动机防刮板,消音器等。,(9)接近角 接近角是水平面与切于前轮轮胎外缘(静载)平面之间的最大夹角。前轴前面任何固定在车辆上的刚性部件都不得在此平面的下方。,(10)离去角 离去角是水平面与切于车辆最后车轮轮胎外缘(静载)平面之间的最大夹角。位于最后车轮后面的任何固定在车辆上的刚性部件都不得在此平面的下方。,.,37,3.3轿车车身主
17、要构件图解,轿车车身是指车身覆盖件焊接或铆接在车身骨架上形成的完整壳体,由车身焊接总成(又称为白车身)及其附件组成,一个完整的白车身按其组成来分的话,主要包括前围总成、侧围总成、地板总成、顶盖总成、后围总成、及四门两盖部分组成。以下主要介绍与汽车造型设计密切相关的几个重要车身造型构件(图2-3)。,A.发动机罩;B.A柱;C.前挡风玻璃;D.前挡风玻璃顶;E.B柱;F.顶盖;G.后挡风玻璃顶;H.C柱;I.后挡风玻璃;J.行李舱盖;K.后车灯;L.翼子板;M.后保险杠;N.侧裙;O.前保险杠;P.进气格栅;Q.前车灯,图2-3 车身造型构件,.,38,3.3轿车车身主要构件图解,前舱也叫发动机
18、舱,其一般由左右纵梁、左右前轮罩、大灯支架、水箱上下横梁、前围板、前减震器安装座组成。,.,39,侧围一般由侧围外板、侧围内板、A柱内板、A柱加强板、B柱加强板、加油口盖、后减震器安装座等组成。,3.3轿车车身主要构件图解,.,40,3.3轿车车身主要构件图解,地板总成主要由前地板、中地板、后地板、地板纵梁、地板横梁、门槛内板、后纵梁等组成。,.,41,3.3轿车车身主要构件图解,顶盖总成由顶盖外板、顶盖横梁组成。,.,42,3.3轿车车身主要构件图解,四门两盖主要是指左右前门、左右后门以及发动机盖和行李箱盖。,.,43,3.4 轿车车身结构与安全设计,什么样的钢材能使车辆更安全45#中碳钢,
19、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。,.,44,3.4 轿车车身结构与安全设计,什么样的结构能使车辆更安全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。,.,45,3.4 轿车车身结构与安全设计,仅仅车头部分的结构,并不能保证车内人员的安全,因此,在驾
20、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。,.,46,3.4 轿车车身结构与安全设计,.,47,3.4 轿车车身结构与安全设计,殊途同归各种安全车身结构全方位解析,.,48,3.4 轿车车身结构与安全设计,一、丰田GOA车身GOA是世界顶级水平的安全设计(global Outstanding Assessment)的缩写。它是丰田公司的设计专利。位于车前后的可溃缩车体,不仅能应对撞击事故,还能全方位加强座舱防护,缓和二次撞击,有利于驾驶者逃逸或被救。只有
21、满足这个标准的车身才能被称为GOA车身。,.,49,3.4 轿车车身结构与安全设计,GOA安全车身在设计车身时着重加固乘客舱部分,削弱汽车头部和尾部。当汽车碰撞时,头部或尾部被压扁变形并同时吸收碰撞能量,而客舱不产生变形以便保证乘员安全。,.,50,3.4 轿车车身结构与安全设计,另外,出于对行人保护的考虑,GOA车身对某些机构进行了特殊的设计,可以降低对行人的伤害程度。比如,为了降低对行人头部的伤害,在发动机盖以及雨刷器 周围的风挡玻璃处都采用了容易破碎或变形的缓冲结构;而为了降低碰撞时对行人腿部的伤害,保险杠也采用了同样的缓冲结构。,.,51,3.4 轿车车身结构与安全设计,二、日产的Zo
22、ne Body车身所谓的日产的Zone Body就是区域车身技术,其核心设计思想是快速将撞击能量分散。该车身技术将车身划分为几个相对独立的区域,并辅助几条负荷通道,以保证车辆无论在哪个角度发生撞击,均能迅速分散冲撞力,最大限度地降低撞击力传递给乘客,并且最大限度减少车体变形,保护乘客安全。,.,52,3.4 轿车车身结构与安全设计,三、本田的G-CON车身G-CON车身技术的核心是通过对车身进行有技巧的设计,在车身变形量不增加的条件下,通过对车身冲击力(G)的控制,使乘员受到的冲击力(G)降低,保持了乘员舱的完整性,减轻了碰撞对乘员的伤害。,要说明本田的G-CON安全车身的设计理念,我们以装有
23、鸡蛋的包装盒为例:当包装盒坠地时,包装盒外壳与地面相接触发生变形,吸收碰撞能量,而不会直接将碰撞能量传递给鸡蛋导致其破裂,保护了鸡蛋的完整性,这就是其设计的出发点。,.,53,3.4 轿车车身结构与安全设计,以本田的代表车型雅阁为例,雅阁前、后保险杠横梁采用了高张力钢筒状保险杠芯,前围板下加强板则根据碰撞时的负荷对材料和板厚进行了优化,它们与前纵梁组成了一个完善的能量吸收和分散结构,将碰撞力均匀的分散并传递到指定的区域。这样在实际的碰撞事故中,即使是对于相互重叠很少而导致局部负荷很大的偏置碰撞,这种结构也能将车身变形限制在很小的程度,从而向乘员提供最佳的保护。,.,54,3.4 轿车车身结构与
24、安全设计,此外,雅阁还采用了滑移式副车架结构。在一般的正面碰撞中,发动机舱吸收碰撞能量,并可通过前立柱及车身地板向后分散;车辆发生严重正面碰撞时,副车架会吸收一部分能量,并与车身分离,防止发动机舱整体向后移,侵占乘员舱的空间。,.,55,3.4 轿车车身结构与安全设计,而本田G-CON车身技术的另一个优势在于可以在保证安全的前提下,且在有限的尺寸条件下实现空间的利用效率最大化。和其他车身技术相比,采用G-CON技术,即使是在尺寸上有限制的小型车,如在紧凑型轿车上仍能达到优良的碰撞安全性能,在保持优良安全性的同时,缩短发动机舱尺寸,增大乘员舱,提高空间的使用效率。,.,56,3.4 轿车车身结构
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