汽车的构造与构成（汽车构造系列之二十一---车身）

本系列主要针对汽车的构造来进行简单说明，一共分为23个专题，分别为：（1）发动机；（2）曲柄连杆机构；（3）配气机构；（4）燃料供给系；（5）排放控制；（6）冷却系；（7）润滑系；（8）点火系；（9）启动系；（10）传动系；（11）离合器；（12）变速器；（13）万向传动；（14）驱动桥；（15）行驶系；（16）车架；（17）车桥与车轮；（18）悬架；（19）转向系；（20）制动系；（21）车身；（22）电子控制；（23）新能源汽车。

前期文章有：汽车构造系列之十四------驱动桥，汽车构造系列之七---润滑系，汽车构造系列之十三---万向传动，汽车构造系列之十八---悬架，汽车构造系列之十六---车架，汽车构造系列之十七---车桥与车轮，汽车构造系列之十二---变速器，汽车构造系列之九---启动系，汽车构造系列之八--点火系。

本篇主要介绍汽车构造系列之二十一---车身。

汽车车身的作用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。汽车车身结构主要包括车身本体、车前板制件、车身内外装饰件、车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等。

一．车身的分类

汽车车身结构从形式上来说，主要分为承载式车身、非承载式车身和半承载式车身三种。

1.承载式车身

承载式车身的结构特点是没有刚性支架，车身由底板、骨架、内蒙皮和外蒙皮、车顶等组合焊接成刚性框架结构，整个车身构件全部参与承载，所以称之为承载式车身。这种承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷。这种形式的车身具有较大的抗弯曲和抗扭转的刚度，质量小，高度低，汽车质心低，装配简单，高速行驶稳定性较好。但由于道路负载会通过悬架装置直接传给车身本体，因此噪音和振动较大。由于无独立车架，承载式车身也被称之为无车架式车身。

2.非承载式车身

非承载式车身的结构特点是有独立的刚性车架，又称底盘大梁架。车身用弹簧或橡胶垫等弹性元件固定在车架上面，车架的振动通过弹性元件传到车身上，大部分振动被减弱或消除，发生碰撞时车架能吸收大部分冲击力，在路况较差的道路上行驶时对车身起到保护作用，因此车厢变形小，平稳性和安全性好，而且厢内噪音低。轿车的底盘总成如传动、驱动、转向以及发动机总成等也安装在车架上，因此安装和承载的主体是车架，车身只承受所载人员和行李的重力。但这种非承载式车身比较笨重，质量大，汽车质心高，高速行驶稳定性较差。

3.半承载式车身

还有一种介于非承载式车身和承载式车身之间的车身结构，被称为半承载式车身。半承载式车身的结构与非承载式车身的结构基本相同，也属于有车架式。它们的区别在于：半承载式车身与车架的连接不是柔性的，即车架与车身焊接或用螺栓固定，是刚性连接，加强了部分车身底架而起到一部分车架的作用，例如发动机和悬架都安装在加固的车身底架上，所以车身只是部分地参与承载，车架是主承载体。这种形式实质上是一种无车架的承载式车身结构。这种车身比较少见，现在已经没有量产车使用了。因此，通常人们只将汽车车身结构划分为非承载式车身和承载式车身。

二．车身的基本结构

虽然汽车车身的用途不同，承载形式各异，但各种汽车的车身通常都包括以下的基本结构。

1.车身壳体

轿车、客车一般均为整体式车身壳体，货车和某些特殊车辆一般由驾驶室和货厢两部分组成。汽车车身壳体按结构形式可分为骨架式、半骨架式和无骨架式三个类型。车身壳体按受力形式分为非承载式、承载式和半承载式三种类型。

2.发动机盖

发动机盖是最醒目的车身构件，是买车者经常要察看的部件之一。对发动机盖的主要要求是隔热隔音、自身质量轻、刚性强。发动机盖的在结构上一般由外板和内板组成，中间夹以隔热材料，内板起到增强刚性的作用，其几何形状由厂家选取，基本上是骨架形式。发动机盖开启时一般是向后翻转，也有小部分是向前翻转。向后翻转的发动机盖打开至预定角度，不应与前挡风玻璃接触，应有一个约为10毫米的最小间距。为防止在行驶由于振动自行开启，发动机盖前端要有保险锁钩锁止装置，锁止装置开关设置在车厢仪表板下面，当车门锁住时发动机盖也应同时锁住。

3.车顶盖

车顶盖是车厢顶部的盖板。对于轿车车身的总体刚度而言，顶盖不是很重要的部件，这也是允许在车顶盖上开设天窗的理由。从设计角度来讲，重要的是它如何与前、后窗框及与支柱交界点平顺过渡，以求得最好的视觉感和最小的空气阻力。当然，为了安全车顶盖还应有一定的强度和刚度，一般在顶盖下增加一定数量的加强梁，顶盖内层敷设绝热衬垫材料，以阻止外界温度的传导及减少振动时噪声的传递。

4.行李箱盖

行李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后挡风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。如果采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。

5.翼子板

翼子板是遮盖车轮的车身外板，因旧式车身该部件形状及位置似鸟翼而得名。按照安装位置又分为前翼子板和后翼子板，前翼子板安装在前轮处，因此必须要保证前轮转动及跳动时的最大极限空间，因此设计者会根据选定的轮胎型号尺寸用“车轮跳动图”来验证翼子板的设计尺寸。后翼子板无车轮转动碰擦的问题，但出于空气动力学的考虑，后翼子板略显拱形弧线向外凸出。当前有些轿车翼子板已与车身本体成为一个整体，一气呵成。但也有轿车的翼子板是独立的，尤其是前翼子板，因为前翼子板碰撞机会比较多，独立装配容易整件更换。有些车的前翼子板用有一定弹性的塑性材料(例如塑料)做成。塑性材料具有缓冲性，比较安全。

6.前围板

前围板是指发动机舱与车厢之间的隔板，它和地板、前立柱联接，安装在前围上盖板之下。前围板上有许多孔口，作为操纵用的拉线、拉杆、管路和电线束通过之用，还要配合踏板、方问机柱等机件安装位置。为防止发动机舱里的废气、高温、噪声窜入车厢，前围板上要有密封措施和隔热装置。在发生意外事故时，它应具有足够的强度和刚度。对比车身其它部件而言，前围板装配最重要的工艺技术是密封和隔热，它的优劣往往反映了车辆运行的质量。

三．影响车身结构的因素

1.造型

为了满足一定的汽车外形风格和审美要求，需要对汽车进行造型，根据造型结果得到内外的表面3D数据，根据这些数据进行车身结构设计。

2.成本

为了提高产品的市场竞争力，一般在策划前期对车身的成本、重量和配置有要求，这些指标对车身结构有较大影响，如增加配置需要车体做相应的支架或者一定的形状要求，影响车身结构；增加配置会占用一定空间，影响其他零件布置；零部件价格限制对结构设计要求严格，否则影响招标。

3.强制性法规要求

每个国家或者地区对汽车都有一些强制性法规要求，各个地区的要求大同小异。但这些法规中对车身影响最大的法规有三条，分别是正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞。

(1)正面碰撞

正面碰撞主要影响整个发动机舱的结构，设计要考虑力量传递和吸收动能。

(2)侧面碰撞

侧面碰撞主要影响前后车门，B立柱和门槛的结构，由于吸能空间小，某些结构的零件通常选用高强度钢板。

(3)追尾碰撞

追尾碰撞主要影响地板、邮箱、消音器和后桥的结构和布置，指标主要是燃油泄漏，后门能否打开。

4.工艺要求

主要分为焊接工艺要求、冲压工艺要求、涂装工艺要求、总装工艺要求。

(1)焊接工艺要求

要适应生产线要求，比如每个工位焊接零件数量的分配要合理；满足焊接总成运输要求；可焊接性要求，需要对焊接空间进行校核，检查材料的焊接性好坏等；成本和生产效率要求。

(2)冲压工艺要求

零件的成型、翻边、冲孔、缺口等可行性；尽量减少零件的工序数量，可以减少模具数量以提高生产效率；零件形状尽量规则，否则增加模具成本，浪费材料并且可能影响零件制造精度。

(3)涂装工艺要求

涂装进水、排水可行性；电泳可行性，避免电场屏蔽；涂装孔的密封性能。避免车身漏水

(4)总装工艺要求

可装配性；装配效率；装配公差；维修性。

5.试验要求

为了保证汽车使用的可靠性，在开发中要考虑能否满足相关的试验要求，这些试验有一定的标准，有国标、行标和企标，目前这些标准的相关试验都能进行计算机模拟，这样可以降低开发风险，缩短开发周期。主要的试验有车身扭转刚性试验、车身弯曲刚性试验、侧面支撑的背门扭转刚性试验、中门加力开闭疲劳试验等。

6.专利规避

在设计中要检索相关专利，避开这些专利进行设计，否则可能引起知识产权纠纷，车身专利主要包括：车身外观专利，包括整车外观、车门、侧围、后视镜、仪表板等；车身结构专利，包括各种车体结构，如碰撞结构、梁结构等；车身功能件专利，包括座椅、杯托等。

四．汽车车身的发展

现代汽车正日趋于“实用化、绿色化、经济化、视觉化、宜人化”，更加注重人、汽车与环境之间的相互作用与协调性。而基于汽车造型更好地解决这些问题，我们对其发展趋势可以归纳为以下几个方面：

1. 车身外观更加时尚、自然、唯美，让人、车和自然更加和谐

人、车和自然形成完美的有机整体，三者间的互动是良性而可持续的。以新技术、新观念和积极的态度演绎人们在享受汽车文明的同时，坚持对环境的保护，从而构建人、车与自然的和谐关系。

2.个性化

车身气动最优化是否会导致未来汽车外形的雷同，从而失去个性化，其实汽车车身造型的发展过程己经揭示了这个问题的答案。在车身造型的历史发展时期，可能会由于追求气动造型的优化而使得某一种车型成为一个时期内的主导车型，但决不是唯一、就是同一主导车型，也由于气动特性非唯一评定指标 而形成不同风格，随着社会发展，社会意识和美学观念，造型过程中会起到越来 越大的作用，现代人对汽车式样个性化要求也会越来越高。不同层次不同行业、不同种群的审美意识也会大不相同。随着人类物质文化水平的提高和生活环境 的变化以及生活方式的多样化，作为大众化商品的轿车无疑将出现各式各样更新颖更奇特的新车型。

3.人性化

汽车是人的代行工具，与人在日常生活中息息相关，己形成独特的汽车文化。”一堆冰冷的钢铁”是无法满足现代人精神和文明需要的。车身造型设计必须以人为本，体现人机协调，使用操作方便、舒适，使汽车适应人的各种生理和心理要求，从而提高工作效率、保障安全、维护健康。未来的车身造型设计将在车身外观设计、人机工程以及室内环境等方面更加注意人性化的发展，更接近于人的情感与个性，使汽车更贴近于自然 ，更接近人类的生活 成为人类的朋友。

4.空间的利用率，提高造型灵活性

随着各国汽车工业的高速发展，世界各国汽车的保有量将会不断增加，而相应配套的市政设施、停车场空间等却与之发展不相称，这势必要求汽车整车外形尺寸要越小越好，但又不能对乘坐舒适性产生不利的影响，因此，增大汽车空间的利用率是开拓汽车市场的新的领域。

为了减小发动机所占空间，需要对底盘和整车总体布置进行充分地研究，以便利用有效空间和增加使用空间的可变性，通常前挡风玻璃总是尽量往前移，形成子弹头形状。轴距加长是在车身总长不变的前提下，可以减少前后悬的突出部分，使后排座位的人上下车更加方便，增加乘坐舒适性。行李厢设计尽量向后移或向上移是为了增大乘坐空间。

总之，为了增加车内空间利用率，车身布置尽量紧凑合理，浑然一体，使得汽车在满足舒适性的前提下更加轻便化、流线型化。

5. 改进空气动力性，增强操纵稳定性，降低能耗

高速、安全、低耗是现代汽车发展的主题。为了适应这个潮流，汽车应根据节约能源、减小风阻系数和提高空气动力性能等指标设计车身。

目前，许多欧美、日本厂商已将其新车型的风阻系数降低到0.30以下，甚至降低到0.25左右，因此，不难预计，下一代的车身造型将会更加光顺、圆滑、动感。按照造型师们的新理念，汽车外形的连续完整性不应再依靠挺拔的棱角去表现，而是要由各种曲面光滑的连接以及微妙的光学效果与视觉效果显示出来。根据这种理念设计出来的车型，其显著的优点就是可获得0.20甚至更低的风阻系数。众所周知：普通汽车在换档行驶时，发动机的功率和燃料大部分都消耗在克服空气阻力上，而具有”连续流动”曲面光滑的外部造型的轿车就可采用功率较小的发动机而达到较高的行驶速度，从而节约燃油消耗。这种车身造型设计的最大特点就是弯曲的大弧面，其模型制作要用玻璃纤维或碳纤维。

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