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[底盘系统轻量化] 钢板越厚越安全吗?汽车车身技术详解

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发表于 2012-8-29 17:01:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一辆完整的汽车,在碰撞的瞬间可以被扭曲,甚至被撕裂。这是车身的问题,还是速度的问题?如果您对车身安全比较关注,那么在这篇文章里或许可以找到答案。
   当碰撞不可避免地发生时,我们求神拜佛是没有用的,只能依靠汽车的被动安全装置来保护自己。除了安全带、安全气囊等,车身结构才是最基础、最重要的。
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『汽车碰撞的瞬间』
● 车身是怎么制造出来的
   车身制造的第一道工序是冲压。防锈钢板首先被送上开卷落料机,被裁剪成车身零件所需要的形状和尺寸。所有这些待冲压件在上线之前,都必须在清洗机里清洗掉油污和灰尘,然后冲压成型,这样才能保证焊接的可靠性。
冲压成型的零部件被送到焊装车间,以卡具定位后再用点焊机焊接成白车身,也就是没有喷漆的车身。一部中型车的白车身大约有三四千个焊点,一般都是利用机器人把车身的六大部件依次定位焊接成形,包括地板总成、左右侧围、顶盖、后搁板和仪表台上部。焊后的车体装上四个车门和发动机盖及后备箱盖,就变成了完整的白车身。
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『进行空腔注腊防腐』
在这里,钢板的防锈性能是一个关键因素,有些车的车架可以有十年防腐能力,而有的车用不了几年就会生锈脱漆,或者穿孔变形。这与钢板的质量有很大关系,而且关系到厂家的生产成本,消费者只能在长期的使用当中去验证。
● 汽车钢板应该多厚
在很多人的概念当中,认为钢板越厚越好,其实并非如此。特别是为了降低油耗和生产成本,在现代汽车设计当中,车身钢板正在向薄的方向发展。上世纪80年代,普通汽车的钢板大都在1毫米以上,90年代缩减为0.8~1毫米,而如今大多在0.6~0.8毫米。但通过改进车身的结构设计,在使用薄的钢板后,车身刚度以及在碰撞时的保护能力并没有下降。
过去采用厚钢板还有一个目的是增加车身的自重,使驾驶平稳,而现在汽车多是通过降低重心来增加稳定性,显然后者更加合理。但很多豪华车及欧美车还是坚持大量采用0.8~1毫米厚钢板,目的是达到更高等级的防护能力。
 楼主| 发表于 2012-8-29 17:01:53 | 显示全部楼层
另外,在车身的不同地方,会根据作用的不同使用厚度和强度不同的钢板。例如前后翼子板、车顶盖、车头盖等一些不需要很大受力的部位使用薄钢板,而一些承受力较大的部位则使用较厚的高强度钢板,譬如前后防撞横梁、左右纵向边框等。
● 车身安全在于结构设计
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『车身安全在于结构设计』
正如上面所说,钢板厚度不能最终决定车身的安全性能,它更主要取决于车身结构、碰撞吸能技术、焊接工艺等多种因素。
出于对车内乘员的安全考虑,从力学研究的角度出发,是不应该把碰撞的巨大能量转嫁于乘员身上的。所以车身设计应该做到的就是:该柔软的地方柔软,该刚硬的地方刚硬。也就是让车体的前部在碰撞时吸收大部分能量,而让坚固的驾驶舱尽量减少变形以避免乘员受到挤压,这就是对能量守恒定律的应用。
安全性能高的车身,在前部设置有较空旷的碰撞变形区以及中强度的保险横杠。而像奔驰、宝马、沃尔沃这样的高档车,在固定保险横杠的两条纵梁里,内壁的钢板厚度是渐变的,越靠前越薄,越靠近驾驶舱越厚。这样在发生碰撞时,纵梁可以逐级线性变形,从而吸收大部分撞击能量。有的车型甚至不惜代价,将其设计成波纹管式,其实也是同样的道理。
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『B柱的深色区域就是第二层加强肋』
另外,它们的发动机支脚也是采用铝合金材料,在发生碰撞后很容易断裂而下沉,保证其不会像炮弹一样冲入驾驶舱伤害乘客。包括转向柱以及刹车踏板等,在受到碰撞时要能及时断裂,这也是减少伤害的有效方法之一,否则它们容易对驾驶员的头、胸、腿等部位构成威胁。
还有一些车在加强车身侧面防撞能力时,都会利用B柱的特殊设计,把能量分开导入车顶和车底可变形的钢制构架上,来缓解碰撞能量。但一些中级别以下的车,由于空间布局关系,很难做到这一点,多通过在两侧门夹层中间放置一两根非常坚固的防撞杆,来减轻侧门的变形程度。
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『采用两侧门夹层中间放置一根坚固的防撞杆来减轻侧门的变形程度』
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唐山钢铁
 楼主| 发表于 2012-8-29 17:02:15 | 显示全部楼层
激光焊接精度高
   除了材料和结构设计会对车身安全产生影响之外,焊接工艺也是一个很重要的因素。现代汽车制造业普遍采用人工与机器焊接相配合的方法,人工主要焊接一些小的钣金件和机器不便操作的地方,而机器主要对车身大的钣金件、安全性要求比较高的地方进行焊接。
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『激光焊接刚完成后的效果』
   大约10年前,德国汽车制造业开始使用激光焊接技术,就是利用偏光镜反射激光产生光束,使其集中在聚焦装置中,从而产生巨大能量的光线。如果工件靠近焦点,在几毫秒内就会熔化。相对于传统的焊接方法,这种工艺的优点是工件变形极小、焊缝的深度较广,而且不会因为传统的搭焊浪费原材料,强度也有所保证。
实际上,激光焊接主要的优势还有一个,那就是加工的精度更高。因为在激光焊接中,光束焦点位置的控制最关键,只有焦点处于最佳位置范围内,才能获得最大的熔深和最好的焊缝形状,所以就要求夹具和零件的尺寸都要非常准确,从而生产出来的产品也会更加精密可靠。
● 速度可以毁灭一切
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『汽车碰撞试验的模拟分析』
   上面说了很多先进的技术,不过任何事情都是有限度的,如果车速过快,再安全的汽车也难以保全性命。在NCAP碰撞试验中,正面碰撞的速度也只有64公里/小时。而按照理论计算,速度增加一倍,汽车的能量会以平方的关系递增。
也就是说,在128公里/小时的车速下,车辆的动能会增加至原来的4倍,如果在这种情况下还能够确保乘客的安全,那汽车的生产成本可就要增加N倍了。所以,即使是我们看好的欧洲车,也不要指望全速行驶发生碰撞时还能苟活。技术的进步只能降低事故发生的机率以及减小伤害的程度,而真正的安
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唐山钢铁
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