车身结构刚度

时间：2024-11-01 百科知识版权反馈

【摘要】：在车身前部和后部均为弹性结构而中部为刚性结构的情况下，只有保证纵向碰撞发生时，车身前部或后部吸收80％以上的碰撞能量，才能确保乘员的安全。一般轿车车身有6个立柱，从前往后依次为前柱、中柱、后柱。采用液压成形的封闭式截面中柱，它的刚度大大提高而质量大幅减轻，有利于轿车的轻量化。有的车考虑到上、下车的便利性，取消中柱。取消中柱就要相应增强前、后柱刚度，后柱构造尺寸可适当增大，并保证后柱与车身的密封性。

随着高速公路的普及，轿车车速不断提高，在轿车轻量化的同时，还必须从保护乘员人身安全的角度研究车身的结构设计。

1．5．1 车身前、中、后部位刚度

试验表明，在纵向撞车的情况下，车身各不同部位刚性对安全性的影响如图1．20所示，图中示出4种方案，剖面线部分表示刚性结构，无剖面部分表示弹性结构。

图1．20 轿车车身各不同部位刚性对安全性的影响

方案4较理想。在车身前部和后部均为弹性结构而中部为刚性结构的情况下，只有保证纵向碰撞发生时，车身前部或后部吸收80％以上的碰撞能量，才能确保乘员的安全。

可以通过合理分配力流和增加局部吸收碰撞能量的能力达到此目的。

1．5．2 立柱结构刚度

一般轿车车身有6个立柱，从前往后依次为前柱、中柱、后柱。轿车的立柱除了起支撑作用外，还起到门框的作用。

前柱几何形状要考虑前柱遮挡驾驶者障碍角度问题。一般情况下，驾驶者通过每根柱双目障碍为6°，从舒适性看，障碍角越小越好。既要有一定的几何尺寸保持前柱的高刚度，又要减少驾驶者的视线障碍角。如图1．21所示为沃尔沃概念车SCC通透式前柱。

图1．21 沃尔沃概念车SCC通透式前柱

图1．22 雪铁龙C3轿车没有中柱

中柱不但要支撑车顶盖，还要承受前、后车门的支撑力。因此中柱大都有外凸半径，以保证有较好的力传递性能。采用液压成形的封闭式截面中柱，它的刚度大大提高而质量大幅减轻，有利于轿车的轻量化。

有的车考虑到上、下车的便利性，取消中柱。如法国雪铁龙C3轿车，如图1．22所示，中柱被取消，乘员完全无障碍上、下车。取消中柱就要相应增强前、后柱刚度，后柱构造尺寸可适当增大，并保证后柱与车身的密封性。

1．5．3 梁的结构刚度

由于纵向碰撞发生时，能量的70％需由车身纵梁吸收，因此纵梁的作用十分重要。碰撞时可依靠局部变形吸收能量，减少中部成员舱变形的可能性。局部变形可以依靠梁的局部弯曲。福特安全试验车为了能更好地吸收碰撞能，将汽车纵梁设计成波纹筒状纵梁结构（见图1．23）。大发TAF（totaladvancedfunction）（见图1．24）发生碰撞时，发动机舱处汽车纵梁发生V形曲折，可防止发动机等侵入驾驶员空间。

图1．23 波纹筒状纵梁结构

图1．24 大发纵梁梁杠

在车辆行驶中，由于急打方向盘等原因会导致车辆翻车，为确保乘员有足够的生存空间，车身结构必须加强，主要措施有加强车顶纵梁及立柱，这些措施在侧面碰撞防护中同样有效；在车顶设置翻车保护杠，如图1．25所示。

图1．25 侧面碰撞保护加强发生和翻车保护杠V形曲折

地板总成的门槛梁和分置在其间的横梁，可以起到防护地板折叠作用。一般侧向要预留100～300mm的空间，供侧向皱折变形之用。为了提高门槛抗弯刚度，应尽量加大其断面尺寸。此外，还可以在门槛梁内增设加强板结构。如图1．26所示为桑塔纳门槛增设加强板。

一些承受应力较大的部位可使用高强度钢板，如散热器支撑横梁、上边梁等。中空管状梁内填充发泡材料，可大大提高其吸收能量的能力，如富康轿车后窗立柱，如图1．27所示。

图1．26 桑塔纳门槛增设加强板

图1．27 富康车后柱腔用发泡材料填充

图1．28 发动机罩

1．5．4 覆盖件结构刚度

覆盖件组装后构成了车身或驾驶室的全部外部和内部形状，它既是外观装饰性的零件，又是封闭薄壳状的受力零件。车身覆盖件一般要产生拉延以提高刚度，另外可以改进结构。

发动机罩设计应确保能发生皱折而吸收碰撞能量。在发生碰撞时，发动机罩变形，薄弱环节发生弯折（见图1．28），而根部变形很小，这样可以减小挡风玻璃的破碎面积，防止火焰向车内蔓延。