汽車車身結(jié)構(gòu)和維修技術(shù)解析(二)

◆文/江蘇 張湘衡 高月鵬

(接上期)

4.車身后部框架結(jié)構(gòu)及防碰撞特性

對于后碰撞，其理想的碰撞特性與前部相似，一般后部碰撞相對速度較低。由于行李廂和后部車身縱梁等可構(gòu)成一個吸能結(jié)構(gòu)，并且有較大的壓縮空間，所以車身后部吸能設(shè)置比車身前部更容易。吸能能力主要與構(gòu)件的截面形狀、尺寸大小和板料厚度的選擇等有關(guān)，但要注意后懸架支承處(后輪罩)局部剛性的加強(qiáng)。

(1)汽車后部行李廂的吸能結(jié)構(gòu)

汽車車身的后部，乘員座位離后端部較遠(yuǎn)，汽車車身后部的吸能結(jié)構(gòu)主要在汽車車身的底部。如圖9所示，將汽車車身安放備胎的底部制成各種經(jīng)沖壓出來的長形凹面，一般稱為肋。此結(jié)構(gòu)可提高這些部位的剛度，在汽車受后面碰撞時，這些部位也能吸收大量的沖擊能量，沖擊力不會傳至乘員室內(nèi)，確保乘員不受傷害，也保證了靠近行李廂部位的油箱不會受到直接碰撞。

(2)汽車油箱防碰撞設(shè)置

汽車油箱是在碰撞中最危險的汽車附件，為了安全，汽車的油箱一般都安放在汽車后部(在行李廂結(jié)構(gòu)的前部)。一般汽車后面碰撞的概率很小，碰撞的沖擊能量經(jīng)后部的吸能結(jié)構(gòu)吸收，能傳導(dǎo)到油箱已經(jīng)很小，靠近油箱的翼子板內(nèi)板是由加強(qiáng)板組合焊接而成，如圖10所示。在碰撞中要能防止對油箱、油路受到結(jié)構(gòu)變形擠壓而使燃油泄漏，引起火災(zāi)。

(3)車身后部碰撞力傳遞

汽車車身后面碰撞中，撞擊力向車前方傳遞的路徑主要有兩條：第一條由后保險杠，經(jīng)后縱梁傳遞至門檻梁；第二條由后車輪后部結(jié)構(gòu)，經(jīng)后車輪傳遞至門檻梁。由于車輪胎參與碰撞后，它與其前面剛度較大的門檻梁接觸，導(dǎo)致對撞擊的抵抗明顯增加，所以碰撞吸能區(qū)通常被布置在后輪后部。

5.車身其他防碰撞設(shè)置

(1)提高車頂?shù)闹蝿偠龋瑴p小乘員室的變形量

在汽車滾翻事故中，汽車頂部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生嚴(yán)重變形，如圖11所示，為三種典型的變形形式。這樣的變形會造成乘員生存空間的喪失，并進(jìn)而引起嚴(yán)重的乘員傷害。(2)汽車滾翻后車門不能打開

汽車在滾翻過程中，車門不能打開，碰撞后可以不使用工具打開車門。為了達(dá)到這樣的目標(biāo)，車身框架結(jié)構(gòu)都設(shè)置了加強(qiáng)構(gòu)件，構(gòu)成車身整體框架結(jié)構(gòu)，車門設(shè)置防碰撞桿也是為了這個目標(biāo)。整體式車身的框架結(jié)構(gòu)更有利于這些安全結(jié)構(gòu)的設(shè)置，所以現(xiàn)代汽車一般都采用整體式車身結(jié)構(gòu)。

(3)與抗撞性相關(guān)的車身結(jié)構(gòu)特點

汽車車身框架結(jié)構(gòu)中還有許多設(shè)置以提高乘員室安全性能。例如，車身框架結(jié)構(gòu)中，薄壁梁構(gòu)件(或稱盒子形結(jié)構(gòu))相交匯的部位稱為接頭，它的強(qiáng)度和剛度特性對車身框架結(jié)構(gòu)的剛度有較大的影響。因此，車身框架結(jié)構(gòu)都采用一些加強(qiáng)構(gòu)件來增加接頭強(qiáng)度。除此之外，車身結(jié)構(gòu)中還存在大量的扁盒子形箱型結(jié)構(gòu)。例如，車門內(nèi)加強(qiáng)板與車門覆蓋件、發(fā)動機(jī)蓋結(jié)構(gòu)、行李廂蓋結(jié)構(gòu)、車身頂部結(jié)構(gòu)、翼子板的復(fù)合結(jié)構(gòu)(有的汽車翼子板只單層覆蓋件)等。

研究表明，車身結(jié)構(gòu)的抗撞特性主要是由薄壁梁形結(jié)構(gòu)和接頭組成的框架結(jié)構(gòu)決定的，它們在碰撞過程中吸收大部分的碰撞能量。車身的框架結(jié)構(gòu)，以及每個構(gòu)件的形狀、結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的金屬材料的特性和厚度等都是經(jīng)過精心選擇和實驗，所以維修人員在修復(fù)過程中，要想達(dá)到恢復(fù)汽車原車功能，就應(yīng)盡量保持車身這些構(gòu)件形狀、幾何尺寸和金屬材料的特性。特別是整體式車身的各部構(gòu)件是一個整體結(jié)構(gòu)，比如用木板制成水桶一樣，如果將其中一塊木板換成一塊短板，就失去原來水桶的盛水容量，降低水桶的原來功能。所以維修人員應(yīng)充分理解汽車車身設(shè)置理念，了解汽車車身技術(shù)文件的有關(guān)內(nèi)容，才能取得較好的修復(fù)效果。

(4)車身構(gòu)件的剛度要求

車身抗撞性的核心內(nèi)容就是合理組織車身框架結(jié)構(gòu)各部分的剛度。因此，可以將車身框架結(jié)構(gòu)抗撞性歸納為車身框架結(jié)構(gòu)的剛度組織。車身框架結(jié)構(gòu)剛度對汽車的平順性、操縱性、耐久性和被動安全性等很多重要性能都有影響。因此，進(jìn)行車身修復(fù)時，應(yīng)當(dāng)綜合考慮車身構(gòu)件的剛度要求，任何有可能降低車身剛度的修復(fù)工藝都是不好的。

汽車車身框架結(jié)構(gòu)的剛度組織是從各種碰撞形式中乘員保護(hù)的角度出發(fā)，考慮到車身結(jié)構(gòu)的特點，合理布置車身的框架主要結(jié)構(gòu)(如主要車身構(gòu)件結(jié)構(gòu)和接頭結(jié)構(gòu))，并合理設(shè)置它們的剛度。汽車車身框架結(jié)構(gòu)剛度組織主要包括以下內(nèi)容。

①合理組織框架結(jié)構(gòu)的吸能，即將吸能要求合理地分解為各個構(gòu)件的吸能形式。考慮到車身框架結(jié)構(gòu)的特點，車身前、后、側(cè)圍的部位各構(gòu)件的吸能能力是不一樣的，因此，在進(jìn)行車身修復(fù)時，要能夠正確分析這些構(gòu)件的強(qiáng)度并能辨別其是否用來吸收沖擊能量。需要掌握這些構(gòu)件是主要吸能構(gòu)件，還是次要吸能構(gòu)件以及具有何種材料特性，千萬不能因錯誤操作而使構(gòu)件喪失原有功能。維修人員不能將主、次吸能構(gòu)件做出不正確的修復(fù)方法，那就如在木桶修理時換上一塊短板，必然會降低原來的功能。

②合理組織碰撞沖擊力的傳遞，汽車受碰撞后，希望按一定傳遞路徑來分散沖擊能量。這部分工作主要應(yīng)以滿足如下要求：一是減小乘員室的變形或?qū)Τ藛T室的侵入；二是為吸能結(jié)構(gòu)提供牢固、穩(wěn)定的支撐，保證吸能構(gòu)件吸能能力的實現(xiàn)；三是使承載能力強(qiáng)的構(gòu)件分擔(dān)較多的載荷，承載能力弱的部件分擔(dān)少量的載荷；四是使盡可能多的結(jié)構(gòu)部件參與載荷的傳遞，以提高材料的使用效率。以上這些方面的內(nèi)容，維修人員應(yīng)充分熟悉，并在修復(fù)過程中保持這些構(gòu)件的功能。

③乘員室上部和底部橫向結(jié)構(gòu)在側(cè)面碰撞中有重要作用。乘員室橫向結(jié)構(gòu)對側(cè)圍結(jié)構(gòu)起到了支撐的作用，起主要作用的是橫向的梁結(jié)構(gòu)，如車頂橫梁、前后風(fēng)窗下橫梁、儀表板安裝橫梁和地板橫梁等。從車身結(jié)構(gòu)抗側(cè)性要求的角度，應(yīng)當(dāng)提高它們的剛度并防止在受到軸向載荷時發(fā)生彎曲失穩(wěn)。乘員室主要橫向梁結(jié)構(gòu)的布置情況，如圖12所示。

(5)車身框架結(jié)構(gòu)中的剛性要求

車身框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件剛性可以減小乘員室的變形，保證乘員的生存空間。為了保證車身構(gòu)件具有一定的剛度，主要體現(xiàn)在構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和接頭結(jié)構(gòu)上，車門受到側(cè)向撞擊后，其向車內(nèi)運動的趨勢使中柱受到向車內(nèi)彎曲變形。因此，對車身中柱設(shè)置加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，主要構(gòu)件的彎曲剛度和中柱上、下接頭的剛度。

例如，如圖13所示，為汽車車身中柱結(jié)構(gòu)圖，在中柱的結(jié)構(gòu)中安裝有箱形加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。如圖中A-A、B-B所示，在中柱抗碰撞的較弱部位，即中柱腰線部位采用加強(qiáng)板來提高剛度，并在中柱上、下接頭都采用了加強(qiáng)板來提高中柱的整體剛度。

(6)對主要構(gòu)件剛度要求

汽車車身在整體結(jié)構(gòu)中有一些主要構(gòu)件，為了保證這些構(gòu)件有一定的剛度而采用一些特殊結(jié)構(gòu)。例如，汽車車門通過設(shè)置抗側(cè)撞梁，可以將車門受到的載荷分散給兩側(cè)立柱，減小車門受撞擊區(qū)域的變形。車門中抗側(cè)撞梁的布置，如圖14所示。在修復(fù)過程中，也要注意應(yīng)當(dāng)對抗側(cè)撞梁出現(xiàn)受彎失穩(wěn)進(jìn)行修復(fù)。車門與門框連接結(jié)構(gòu)，如圖15所示。車身側(cè)圍通過對車門鉸鏈和門鎖的結(jié)構(gòu)，使車門抗側(cè)撞性能與車身整體結(jié)構(gòu)結(jié)合為一體，有利于將車門所受的撞擊力有效地傳給兩側(cè)的車身立柱。(未完待續(xù))