第二章 汽车基本理论和概念

    2.1 车身
    在车辆技术发展初期，车身或者说车厢，是真正和车架连接在一起的箱体，今天的很多货车和越野车仍然采用这种形式。
    车辆车身的主要功能是承载和围护。在轿车中，车身除了提供力学特性外，还提供了保护乘客的功能。可以创造舒适的乘坐小环境，如减少颠簸、隔音隔振、在恶劣天气下安全行驶。通风和空调系统提供了乘驾的舒适度，信号系统和碰撞保护装置和安全密切相关。近几年欧美国家还把行人保护提到一个较重要的地步，关于行人保护问题将在丛书的《汽车车身、底盘理论及制造技术》的车身技术相关章节中进行深入的论述。
    2.1.1车身分类
    车身从构造上分三大类:车架式、半车架式（半承载式）、自承载式。其中车架式和自承载式是现在汽车市场上运用最多的形式，图2-1是车身结构分类图。

图2-1车身结构分类

    1 车架式车身
    在车辆技术的初期，建造一辆车先是建造承重框架，在上面固定行驶机构和驱动机构，并安装车身。承重框架采用框形式样，对应于发动机、悬架和其他的设备在该框架上都有结合点。简单的承重架保证了足够的弯曲扭转刚度，同时部分吸收了来自地面的振动，使之不能直接传递到车身。有时车架上还可以固定吸音板。
    德国汽车理论第2章汽车基本理论和概念这样的车架可以用在不同的车型上，今天仍然用在货车和很多越野车上，如图2-2所示。

图2-2MercedesBenz G系列车的车架形式

    2 自承载式车身
    与所有车架式车身一样，自承载式车身的车身结构主要有以下作用:
    1）传递所有的力和力矩；
    2）构成驾驶室；
    3）划分能量转换区间；
    4）接纳所有的驱动设置和轴系统。
    自承载式车辆分为前车段、驾驶室和后车段三大结构段。设计上也分为壳式、格栅框架、无骨架式。
    （1）壳式车身当今大部分自承载式车身都是壳式的（图2-3），就是基本由金属薄板、凹进式薄板、复合板材组成了车身强度和质量。结构件的蒙皮就像壳体一样覆盖在车身上，通过高阻力矩的横截面，达到了较高的车身刚度，这样就可以很好地避免自振。因为对该类车身来说，外界的振动是直接传到车身上的，所以必须要有高刚度。

图2-3壳式自承载车身

图2-4尚未安装车顶和侧围的自承载式白车身

    在历史上，欧宝公司1935年的Olympia车型是德国第一批量产的自承载式全钢车身。
图2-4所示是尚未安装车顶和侧围的自承载式白车身。可以看出，除了需要安装发动机等动力装置，还需要安装门和座椅等功能件，同时必须有吸能区，在车身的侧面、前面都有结构上的相关设计。车辆最前段的缓冲区可以通过焊接或螺栓连接。当前段在事故中损毁后，纵向和横向的大框架还会继续部分变形，进一步吸收能量，A柱等部位也是由高强度钢制造，以保证事故后的生存空间。

图2-5白车身底板的局部放大图

    图2-5所示是白车身底板的局部放大图，从图上可以看出，前段主要是安装动力系统、座椅、缓冲区，通过加强板提高刚度。后段也具有纵横方向的空间承载结构，同时要说明的是，后段的座椅处的挠度不能太小，在受到后半部的冲击时，要能保证生存空间。后半段直接和门槛连在一起，提高了整车的刚度。后防撞梁在安全性上也是非常重要的部件，不能省略。
    （2）格栅框架式车身其又称为空间式框架，可以节约能源消耗，其空间形式可以在同等刚度下最多节约40%的车身重量（与全钢车身相比）。代表车型是奥迪A2、奥迪A8，如图26、图27所示。它是通过构造节点联结起来的，外蒙皮、门等外包部件固定在框架上，形成了空间的力学形式，这些在节点上的薄板作为切向应力的承受面。此类空间结构最适合采用轻型材料，同时可以降低连接件的数量，加快生产周期。结构件之间的连接可以采用激光焊、气体保护焊和铆接等方式。

图2-6空间框架式（奥迪A2）（彩图见书后）

图2-7空间框架式（奥迪A8）

    （3）无骨架式车身该形式的特点是车身是作为一个整体制造的。通过现代的材料工艺，如运用复合材料可以方便地生产出具有极高扭转刚度的整体车身，缺点是对工艺要求很高，只能运用在运动车型等小批量车上，如图2-8所示。对于敞篷车来说，整体车身比较难于制造，因为其车体不封闭，必须要安装附加的刚度增强件。在实际运用中，除了上述车身，还有一些中间形式的车身形式，如：半车架、副车架和三明治结构。

图2-8无骨架式自承载车身（奔驰SLR） 

    1）半车架的形式是由自承载车身加上一个底部框架构成，车身承担部分整体框架的功能，优点是可以比较方便地在框架上布置多种车身类型。这种方案目前主要用在大巴上，在轿车上运用很少，如图2-9所示。

图2-9半车架结构车身

    2）副车架承担了框架和自承载的双重作用，图2-10所示副车架可以用在前后轴上，通过隔音板和车身连接，并在其上安装驱动链。副车架的优点是具有较高的结构刚度，还能减少振动。

图2-10副车架结构车身（Mercedes Benz R系列）

    3）三明治结构车身是指由三层结构层组成的车身，即最上面是钢制自承载车身，中间是结构受力框架，最下面是底板。受力框架上安装发动机和驱动装置。优点是具有比较高的安全系数和较大的利用空间，如图2-11所示。

图2-11三明治结构车身