改车应该先强化操控方面的性能,轮胎、避震、防倾杆等部件是很多车友的首选改装项目。所有的这些部件,都是安装在车身上的,有些时候,车身会对转弯特性和安全性等方面产生决定性的影响。
然而,车身可能是我们最容易忽视的部件了,即使已经做完赛道化的车辆,也有些可以改进的地方。
车身工程师大飞哥,将讲述车身方面的知识。希望能让各位车手、玩家和车队更全面的认识车身的重要性。
Author / 大飞
车身,是你入眼的第一道门槛,一台车的三格(性格,品格,风格),让你清楚的知道,它是否为你所想;除了车身的造型,它还是一个平台,承载着众多零部件安装、匹配、调教等工作的基础平台,这个平台可以配合完成你任何折腾的欲望,满足你对车身 NVH、舒适性、安全性以及操控性等相关的各种需求。
首先让我们来看看车身的焊接逻辑。
只有了解了这个逻辑之后,才能更清楚车身在各个板块之间的连接关系,了解整车力的传导和收缩,你才能再看到前杠的泡沫填充和机盖折弯翘起以及溃缩的前端时,能用设计逻辑去理解和评价它的优势和弊端。
在看完焊接逻辑后,下面我们聊一聊车身到底是用什么方式将3500多个零件(根据车型会有不同)组合在一起的,组合完整的白车身到底又是怎么达成车身各项性能指标的。
目前市场上绝大多数的白车身还是以钢材为主体材料,通过冲压制作成具有一定强度、搭接、密封和装配等功能的小零件,然后经过4500多个焊点(国产车焊点总数在3800左右)将零件按照逻辑焊接在一起。
其中还会有激光焊、激光钎焊、Robscan(另一种激光焊)、MIG焊(烧焊或保护焊)、压铆、自冲铆、流钻铆(不同形式的铆接)。
根据性能和材料的特性应用在不同的模块中,穿插在焊接中的还有整车将近180米的涂胶(整车涂胶总长度)来保证车身的NVH(密封性)减少共振,提高车身强度和刚度。
说到这里还是想和大家说一说这两个词,在目前的汽车行业中,强度和刚度始终贯穿于车身结构设计的整个过程,是评价一台车可靠性、耐久性、车身性能,以及静态和动态车身特性的重要参数。
强度是车身抵抗塑性变形的能力,刚度是车身在抵抗弹性变形的难易程度。
简单来说就像驾驶一台赛车在急刹转弯时,车身应该给你什么反馈,是给你足够的支撑稳定急刹,还是泄弯柔刹弹出*。
我想这绝对可以让你的车子先于对手若干个0.001秒吧。
柔刹弹出*:进弯时车身的变形会吸收一部分能量,弱化推头趋势。
请给你赛车的车身多一些的关注,它值得。
车身的刚度绝对是一个值得深究的领域,但目前国内对此领域还是处于薄弱的水平,各个车型还是在对标车型和试验下获取数值进行各自的目标值设定。
通常的方法还是利用CAE辅助分析和台架试验进行对比。
在分析软件中建立有限元模型,设定工况,施加扭转载荷,确定扭转角度,最终算得一台车身在某种工况下的扭转刚度。
公式如下,如果感兴趣可以试试:K(N.m/rad)=T(扭矩)/θ(扭转角度)。
对于理论知识,网上会有更专业的讲解,但下面的数值,不一定是你在网上可以找到的。
A 级车型:白车身扭转刚度目标值约为≥10000N.m/rad
B 级车型:白车身扭转刚度目标值约为 10000~13000N.m/rad
C 级车型含 SUV:白车身扭转刚度目标值约为≥13000N.m/rad
D 级或更高:白车身扭转刚度目标值约为>13000~无上限N.m/rad (上限值根据车型目标)
如果说车身刚度太过沉闷的话,那么车身强度更像是个直男,选用的材料会更直接影响到性能,设计师还会通过材料特性对零件结构进行设计,使其更具经济性和实用性;我们看几张图片来了解一下车身材料是如何分布的 ——
通过这些图片我们可以看出,哪些位置是所谓的重要位置,也是我们在改装一台赛车时,需要更多关注的位置。
但对于赛车的车身来说,可能更需要付出多的时间去思考合适的方法,去满足每个级别的赛事对车身的各项要求,更要考虑赛事场地的不同,来调整车身对应的强化和减重方案,具体的减重方案后期详述。
在赛场上最常见的事故多是撞车、翻滚、多圈翻滚。
然而见过这么多的场景, 我们的赛车手始终都可能优雅的走出破烂的赛车,这就要归功于车身对车手的保护。
赛车的车身是经过特殊方案处理的。
我们先来看看普通量产车身对碰撞这件事是怎么说的呢?
这要分为三个级别,逐步发生。
首先,车身结构按照既定路径以可控的方式变形,吸收冲击能量,使得乘坐和驾驶空间不被侵入。
然后,车身通过牺牲驾驶室以外的结构部件,使其溃缩,弹起等来减小力和冲击速度对乘员和驾驶员的传递。
最后,内部部件通过变形和破碎来吸收乘员对其的冲击,来减轻碰撞甚至二次碰撞。
我们来看一下力是如何通过车身进行传递的 ——
如果对力学有一些了解的朋友会明白,力是具有可传性原理的。
作用于刚性体上某点的力,可以沿着它的作用线移到刚体内任意一点,并不改变该力对刚体的作用。也就是可以简单的理解当碰撞发生时,无论是正碰、侧碰还是追尾,首先力源有了。
图片来源:www.c-ncap.org
北京现代菲斯塔——可变形移动壁障侧面碰撞试验(2019-4-10)
当力作用在车身上,这时车身的刚度和强度开始起作用,不仅对外力进行抵抗和吸收,还会将剩下的力传递。
传递的主要方向会平行发生,这也就是说力会沿着既定的车身骨架发生传递,这就是车身框架(上下边梁、前后横、纵加强梁、A、B、C 柱)所起到的作用。
在这个过程中,又不得不提到另一个原理,力线平移原理*。
力线平移原理*:作用在刚体的力可以平移到该刚体的任一点,让作用力在传递过驾驶舱的过程中进行释放和衰减,这个传递的过程也是对车身内乘员的保护。
这是典型的力学原理,在配合车身各个部位复杂的结构设计和材料的应用,才使得车身在发生危险时更具保护性,也是汽车法规所存在的意义。
其目的都是保护驾驶员和乘员的安全,当然控制合理的车身刚度和强度,也是对其他车辆和行人的保护,所以对车身的研究是一个需要长期坚持要做的事情。
图片来源:www.c-ncap.org
上汽通用新君威(20T精英型)——正面40%重叠可变形壁障碰撞试验(2019-4-04)
通过以上对材料分布和受力轨迹的示例,可以让大家更直观的感受到完整车身的状态,并且更清楚的了解骨架是如何在危险情况下进行作用力的保护。
作者大飞,从小就是个汽车迷,喜欢收藏各式各样的车模,没事儿的时候还会约几个好友去山里跑一跑。就算在心情低落的时候,听到阵阵的轰鸣和引擎的嘶吼,心中顿时充满了力量。
大学毕业后在OEM从事车身方面的工作,参与过多款车型的正向设计与研发工作,车型涵盖 Sedan、Hatchback、MPV、SUV、Limousine、Heavyduty truck,品牌涉及国产自主到一线豪华,一晃十余载。
对于汽车或多或少有一些自己的想法,现在就我自身的一点点经验,结合OEM的原始设计,和大家分享一些车身方面的那些事儿,不做泛泛的设计原则讲解,只说一些和改装有关的事情,说一些能让你提高0.001秒的事儿。
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