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 2021-12-01 11:12

1.3 汽车结构

1.3.1 框架/底盘

汽车零件需要一个能够依附的一个结构,重型车辆(如卡车)使用由两个长侧梁组成的矩形钢架由多个横梁连接在一起,通常称为梯架底盘布置。其他的车辆部件,如发动机和车身,便附在这上面。组装好的没有车身的车辆称为底盘,单独的框架称为底盘框架。这种结构在今天仍有许多变种在使用,因为其多功能性和附加强度依然满足当今需求。底盘结构通常用于引擎汽车,一直延续到20世纪50年代和60年代,将不同的车身进行牢固安装。今天,你仍然会看到一些制造商使用这个版本,根据车辆的设计,功能和需求。

底盘框架由两个槽形侧面组成,覆盖了在车身布局下车身全长。两个主要部件由一系列横梁分开,位于关键区域,以提高其整体框架强度。这个横梁的深度比主横梁小,由冷铆接或焊接到主体横梁上。底盘框架主要由钢制成,含碳量低,以降低整体重量,尤其是在重量较轻的车辆上。当框架被建造,附加的支撑板将会增加框架的负载能力。为了减少整体框架重量,设置了一系列沿中性轴定位的加工孔,而不影响整体框架的强度。在某些底盘系统上,制造商增加额外的十字型支撑板以增加强度,为了吸收通过框架的附加应力载荷。

早期的底盘框架设计抗扭性非常差。这对车身框架有不利的影响,而这个阶段的发展并没有设计去补偿这个缺点。问题包括在运动时门和主柱发出吱吱声、断裂,导致挡风玻璃和车身周围出现裂缝。

扭转:物体一端相对另一端转动。

图表1.35 一个简单的汽车底盘的扭转变形

由两个横梁和两个侧梁组成的底盘框架的变形如图所示1.35.这些偏差是由以下力引起的:

1重量-车辆和乘客的重量使框架下垂,如图1.35b所示。

2道路冲击-冲击和一般车辆运动使框架产生偏转:

菱形-矩形框架被推成平行四边形(图1.35C)。

扭曲–框架的一角发生偏转(图1.35d)

制造商必须使车身和车架尽可能轻,同时提供最大抵抗弯曲、扭曲或扭转效应的结构,图1.36说明了一般使用的框架:

工字型

管型

盒子型

随着设计技术的改进,制造商继续使用底盘框架概念以支撑传动系和车身的主支架,不同的底盘框架,如脊柱状(图1.37)或箱形截面(图1.38)设计,用于适应断变化的机动车设计

两者都是用箱形截面构件构造的,贯穿车辆的长度。下车身由突出构件支撑,突出构件

被焊接到框架的脊柱上以支撑整个平面。

图1.37 脊柱状框架

图1.36 框架截面

图1.38 盒状截面

随着汽车设计从刚性轴系统到独立悬架系统的改变,对于不同型号的底盘的需求变得更重要。底盘是包含吸能结构的框架,是为了提高车辆乘客的安全性(图1.39)。以前的框架设计为刚性单元,但研究表明这种设计在发生事故时乘客受伤程度更高。底盘框架的两个关键区域为被设计车架的前后褶皱区。如果车辆在前部或后部碰撞时,褶皱区会通过协调框架吸收主要冲击以减少冲击力。车身外板撞击区域通常由于大面积的损坏必须更换,但是中央舱

区域受到保护,产生用于在关键褶皱区域的能量吸收结构是减少碰撞中对乘员的伤害汽车碰撞安全的第一步。

图1.39 配备有防碰撞和安全气囊的能量吸收框架结构

图1.40 能量吸收底盘框架

车架修理

当车辆发生碰撞或对车辆准线发生破坏时需要修理车架。根据冲击的严重程度,

您通常可以看到准线是否超出范围。在制造过程中为了确保准线公差,完成准线校对的问题检查是非常重要的(图1.41):

轴距检查。将车辆放在平地上使前轮与前方位置保持水平-

。检查车辆两侧轴距位置,通过测量每个车轮的中心点并比较每侧结果确保轴距

是平等的。

对齐检查。将车辆放在平地上并放置绳索或直尺靠在后轮上;转动方向盘直到前轮与绳索或直尺平行。记下在车轮和绳索/直尺之间的间隙。继续测量车辆。为了正确对齐,两边都应该显示相等的结果。

铅垂线检查。将车辆放在平地水平面上。把铅垂线从每个固定卸扣角的外侧放下。这个应该给你总共八个粉笔记号在地面上。小心地向前移动车辆或从测量区域向后露出地板上的标记。连接起来标记指向对立面的对角线固定卸扣点。确定中心线并从前到后。现在测量对角线穿过中线的线:它们都应该是相等的。一般来说,允许的公差测量值为6 mm,但这取决于底盘框架的大小。

这种测量底盘定位的方式相当原始但有效。而需要更精确的夹具测量系统已经得到了发展,以下是更常用于车身修理的夹具系统(图1.42)。

  1. 轮距检测
  1. 对齐检测
  1. 铅垂线检测

图1.41 底盘对齐检测

车辆安装在夹具支撑框架上。测量采用专门设计的与车辆布局匹配的支架。如果未对准,便用夹具,连同千斤顶和链条,可以重新对准车架,即可完成车身修理。

除非框架经过热处理,有时应加热底盘部件可以改善校准过程。裂纹有时可以通过焊接或

附加加强板来提供修复区域的强度。如果采用了不正确的夹具,车辆校准将受到影响,并且

车辆的操纵性能会受到影响。现在使用的最新的对准测量系统是由激光控制的夹具系统,这大大提高了这个过程的准确性。

图1.42 汽车被特殊夹具系统抬起

1.3.2单元/整体结构

现代车辆由车身和底盘所组成。这个单元/整体结构比起分开的框架/底盘结构更轻并且应用于大批量生产更为便宜。这种系统用特殊的车身设计去承受改变的载荷需求和汽车行驶时的压力。早在1930年,全钢制的车身外壳使得承受各种各样的框架压力变为可能,并且消除了分开框架的必要。在未来的发展,制造商发现他们能够批量制造这种设计模式并且快速反应日益增长的消费者需求。制造商也发现这种车身外壳类型必须在特定区域额外加强才能抵消添加的扭转压力。表1.43显示了车身外壳的关键区域,例如舷窗、舱壁、窗台、支柱、地板和屋顶,全部增加了加固。

图1.43 内部零件结构

沿着这些车身结构,制造商必须改变他们的车身设计,去适应这些结构的需求为了悬挂系统和传统系统的布置。这些包括在汽车支撑传动系统和悬挂系统的前端和后端的亚框架。这种布置允许悬挂系统变成独立在汽车的每个角落和促进了不同传动系统布置的进化。制造商有不同运用传统的传动系统布置的观点,驱动传动至后轮,或选择更为常见的形式,以前轮作为驱动轮。当制造商继续发展这套系统,固定梁轴和底盘框架的布置变得更为少见了,对于平常的引擎汽车。制造商制造亚框架采用钢,铝,或其他更为轻和强大的金属,去支撑或包括这些零件。这种技术,使用了汽车的外部去支撑结构载荷,比起用内部的框架或底盘支撑更为优异,这被称作硬壳式布置,最先被用于航天器的建造结构。(图表1.44)

图1.44 早期的车用下底盘装配

下一个车身外壳的关键发展阶段是位于车身前后的褶皱层。这样设计外壳是为了能够吸收高等级的车身冲击力减少位于中心舱乘客的受伤程度。

每辆机动车的设计和生产都经受了高强度的冲击测试(图表1.45)制造商必须获得(N CAP)的测试证书,在启动新型号的模型之前。

图1.45 在进行翻滚测试的车

早期的车身外壳是由点焊连接在一起。然而,当运用流水线和机械的生产技术发展起来时,这种空间-外壳结构变得更为平常(图表1.46)。这种高强度的骨架使得外部面板得以安放。制造商主要运用刚去建造骨架,但是用铝或其他强壮,轻巧的材料去制造外部面板,减少汽车的重量,并且应对现在环境的需要。

图1.46 刚体车身结构

空气动力学

空气动力学的设计在早期的汽车制造商中并不关心,但是汽车在变得更快且生产过程更为复杂后,空气动力学对于运转时性能的效率问题变得尤为重要。大胆的设计造型开始普遍起来,并且他们的造型和风格更吸引眼球。早起的面板结构,主要由熟练的工人手工完成,剩下的由机械控制的机器人完成(图表1.47)。制造商持续的努力去提升空气动力学设计以及环境效率。

图1.47 运用机器人进行生产

一款空气动力学车身对于整个的性能效率十分重要。制造商了解到更低的空气阻力,能够获得更高的引擎动力比率,因此设计车身能够更好的减少空气阻力系数,增加汽车整体性能和减少燃油消耗。

汽车制造商通过运用跟F1赛车比赛的风洞测试来模拟空气动力。这使得制造商能够设计出之前完全没听说过的造型。转移到混动和电动汽车,空气动力学的发展在里程上有巨大的作用,特别是纯电动汽车。现在电动车一次充电能够行驶300KM以上,他们能够提供真实的改变对于许多消费者希望去改变石油或柴油汽车。

对于更多的空气动力学其他的特征可见图表1.4.

图1.48 具有优秀空气学动力性能的宏达 CRZ 混动汽车

内部和外部的设计

制造商发现消费者非常看重汽车具有更加时尚先进的内部和外部风格。对于这几年,铬是主要的外部装饰的镀金配置。它能够提高外部外观并且给车身最低限度的保护。图表1.49显示了老系车轻盈装饰的外观。随着制造业的熟练和对于汽车生产的需要增加,用其他材料装饰内部和外部的需求也增加了。材料例如橡胶,塑料和碳被用于仪表盘,中控台,保险杠,门槛板护面、轮眉装饰件和翼板蒙皮。这种新材料用于保险杠这类的发展也有着实际的优势,减少碰撞修理费和行人的伤害(图表1.50)

图1.49 老式汽车外观装饰

其他的关键区域是被用在汽车内部的地毯和绝缘材料。最初,这些在早期设计并没有被重视,但是制造商开始意识到用高质量的绝缘材料和地毯能够减少引擎和路面的噪音进入驾驶室。同样重要的车身下方的保护和外部油漆的饰面。一些早期车没有下方保护,只有黑色一种颜色。回到20世纪之前,亨利福特是著名的,告诉消费者说他们能够拥有各种颜色,只要颜色是黑色。消费者如今有了更加广泛的颜色,漆面和内部装饰可以选择,真是难以置信!

当技术和油漆材料的多样性继续前进,车辆制造商现在运用更加环保的水溶性材料,它耐久性并且具有驾驶保护性,随着车身设计,材料技术和生产技术的进步,车主能够更加安全,奢侈,舒适的驾驶汽车。

图1.50 现代汽车强调安全性的外观装饰

抬起点

一个十分关键但是很少引起关注的现代车设计的元素便是需要一个关键的强力的区域去提供一个合适的牵引点,以便汽车能够抬起作为检查和日常维护。普遍加强的区域是地板和外门槛的结构(图表1.51)。所有的汽车都提供一个合适的牵引工具,通常是剪刀或瓶子型的千斤顶。对于更加细节的检车和熟练的维护,手推车千斤顶可以与适当的轴架一起使用以增加支撑。对于一些工作,这种方法仍然有一定的局限性,所以他们选择用两个或4个倾斜坡道,使他们可以进入车身下方,并且提供一个安全的工作环境。

图1.51 位于车下方的抬起点

每当车辆被升起时,必须非常小心,以确保千斤顶,起重垫或吊臂在升起车辆。人员和一切来自车辆升起的障碍物也非常重要。参考汽车操纵手册或工程技术信息用于正确的升起点和程序,当千斤顶在错误的地方放置会破坏车身结构。

注意:请务必阅读千斤顶或坡道的运用介绍,确保装备能够合适的支撑整个车辆,和你必须理解功能。如果你计划用手推千斤顶去升起汽车,确保车辆位于坚实的水平地面上,并始终使用轴架在工作前提供额外的支撑车辆下方(图1.52)。不要用其他的支撑装置或物体,如房屋砖,如轴架,因为这是非常不安全的,你将把你和周围的人的生命处于危险中。应用手制动器并使用车轮楔块是良好做法,能够添加额外的稳定性。

图1.52 利用轴支架抬起汽车

1.4汽车效率和动力

现在的许多生厂商能够生产出具有高效率和低排放的汽车。这种需求主要是源于许多国家政府每年关于低二氧化碳排放的合约的签立。本协议,《京都议定书》于1997年12月启动。

主要目标是稳定和减少大气中的温室气体达到一定水平这将维持气候并防止任何巨大的变化。

关于协议的主要气体为汽车产生的二氧化碳。这种自然产生的气体被认为是促使了气候的改变,因此,这需要被尽可能的限制排放。

生产商为了达到协议上的目标,不断的创新去减少二氧化碳的排放。许多生产商用类似的方法去实现,并且称呼他们的车特殊的名字以强调车辆的低排放和高燃油经济性,例如:

BlueMotion Technologies–大众

驱动-沃尔沃

Bluetec–梅赛德斯-奔驰

效率动力–宝马

EcoMotion–SEAT

现代车辆在燃油经济性和排放水平方面实现了卓越的改进,通过类似的方式,包括:

停止-启动系统

低滚动阻力轮胎

制动器再生

电子动力转向

重量较轻的部件

低摩擦油

改善空气动力学

最佳换档指示器

停止-启动系统

停止-启动系统工作方式是当汽车达到固定位置时关闭发动机,当汽车接近停车点时,引擎中断当刹车板压下,当车辆停顿,变速箱处于中立位置。当司机准备启动且离合器位于第一档,引擎将立即启动并且处于正常转速,直到下一个停顿点。这套系统在现代城市工况可节省百分之20的燃油消耗量,也是减少汽车排放的巨大的进步。发动机的起动是由高能电机执行,通常启动大约需要400毫秒。这使得系统对驾驶员几乎察觉不到。

低滚动阻力轮胎

这种轮胎由于化合物(橡胶的类型)的使用和胎面花纹比起传统的轮胎更容易在地面滚动。这些轮胎有更高的耐热性和运用抗变形性材料,在车辆移动时产生较少摩擦力。

更小的摩擦力使得汽车用更少的燃油驱动汽车,因此降低了汽车排放。

图1.53低滚动阻力轮胎

制动器再生

当汽车制动,汽车产生的热能

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