汽车车身及附属设备

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导读:汽车车身及附属设备

汽车车身概说


汽车车身既是驾驶员的工作场所,也是容纳乘客和货物的场所。


车身应对驾驶员提供便利的工作条件,对乘员提供舒适的乘坐条件,保护他们免受汽车行驶时的振动、噪声,废气的侵袭以及外界恶劣气候的影响,并保证完好无损地运载货物且装卸方便。汽车车身上的一些结构措施和设备还有助于安全行车和减轻事故的后果。


车身应保证汽车具有合理的外部形状,在汽车行驶时能有效地引导周围的气流,以减少空气阻力和燃料消耗。此外,车身还应有助于提高汽车 行驶稳定性和改善发动机的冷却条件,并保证车身内部良好的通风。


汽车车身是一件精致的综合艺术品,应以其明晰的雕塑形体、优雅的装饰件和内部覆饰材料以及悦目的色彩使人获得美的感受,点缀人们的生 活环境。


汽车车身结构主要包括:车身壳体、车门、车窗、车前钣制件、车身内外装饰件和车身附件、座椅以及通风、暖气、冷气、空气调节装置等等。在货车和专用汽车上还包括车箱和其它装备。


车身壳体是一切车身部件的安装基础,通常是指纵、横梁和支柱等主要承力元件以及与它们相连接的钣件共同组成的刚性空间结构。客车车身多数具有明显的骨架,而轿车车身和货车驾驶室则没有明显的骨架。车身壳体通常还包括在其上敷设的隔音、隔热、防振、防腐、密封等材料 及涂层。


车门通过铰链安装在车身壳体上,其结构较复杂,是保证车身的使用性能的重要部件。钣等。这些钣制制件形成了容纳发动机、车轮等部件的空间。


车身外部装饰件主要是指装饰条、车轮装饰罩、标志、浮雕式文字等等。散热器面罩、保险杠、灯具以及后视镜等附件亦有明显的装饰性。


车内部装饰件包括仪表板、顶篷、侧壁、座椅等表面覆饰物,以及窗帘和地毯。在轿车上广泛采用天然纤维或合成纤维的纺织品、人造革或多层复合材料、连皮泡沫塑料等表面覆饰材料;在客车上则大量采用纤维板、纸板、工程塑料板、铝板、花纹橡胶板以及复合装饰板等覆饰材料。


车身附件有:门锁、门铰链、玻璃升降器、各种密封件、风窗刮水器、风窗洗涤器、遮阳板、后视镜、拉手、点烟器、烟灰盒等。在现代汽车上常常装有无线电收放音机和杆式天线,在有的汽车车身上还装有无线电话机、电视机或加热食品的微小炉和小型电冰箱等附属设备。


车身内部的通风、暖气、冷气以及空气调节装置是维持车内正常环境、保证驾驶员和乘客安全舒适的重要装置。座椅也是车身内部重要装置之一。座椅由骨架、座垫、靠背和调节机构等组成。座垫和靠背应具有一定的弹性。调节机构可使座位前后或上下移动以及调节座垫和靠背的倾斜角度。某些座椅还有弹性悬架和减振器,可对其弹性悬架加以调节以便在驾驶员们不同的体重作用下仍能保证座垫离地板的高度适当。在某些货车驾驶室和客车车厢中还设置适应夜间长途行车需要的卧铺。为保证行车安全,在现代汽车上广泛采用对乘员施加约束的安全带、头枕、气囊以及汽车碰撞时防止乘员受伤的各种缓冲和包垫装置。


按照运载货物的不同种类,货车车箱可以是普通栏板式结构、平台式结构、倾卸式结构、闭式车箱、气、液罐以及运输散粒货物(谷物、粉状物 等)所采用的气力吹卸专用容罐或者是适于公路、铁路、水路、航空联运和国际联运的各种标准规格的集装箱。


车身壳体结构的分类


车身壳体按照受力情况可分为非承载式、半承载式和承载式(或称全承载式)三种。


非承载式车身的特点是车身与车架通过弹簧或橡胶垫作柔性连接。在此种情况下,安装在车架上的车身对车架的加固作用不大,汽车车身仅随本身的重力,它所装载的人和货物的重力及其在汽车行驶时所引起的惯性力和空气阻力。而车架则承受发动机及底盘各部件的重力,这些部件工作时通过其支架传递的力以及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传来的力(最后一项对车架或车身影响最大)。


半承载式车身的特点是车身与车架用螺钉连接、铆接或焊接等方法刚性地连接。在此种情况下,汽车车身除了承受上述各项载荷外,还在一定程度上有助于加固车架,分担车架的部分载荷。


承载式车身的特点是汽车没有车架,车身就作为发动机和底盘各总成的安装基础。在此种情况下,上述各种载荷全部由汽车车身承受。


为了减小汽车的整车质量和节约材料,大多数中级、普通级、微型轿车和部分客车车身常采用承载式结构。货车驾驶室只占汽车长度的小部分,不可能采用承载结构。


没有完整的封闭构架的开式车身(敞篷车)也很难采用承载式结构。高级轿车车身如果为了提高汽车的舒适性,减轻发动机及底盘各总成工作时传来的振动及汽车行驶时由路面通过车轮和悬架传给车身的冲击,则可采用非承载式结构。


轿车车身和货车驾驶室


轿车车身和货车驾驶室都没有明显的骨架,而是由外部覆盖零件和内部钣件焊合而成的空间结构。


承载式车身的地钣有较完整(厚度也较大)的纵、横承力元件,其前部有两根断面尺寸较粗大的纵梁11,它们往往与两侧的前挡泥钣8和前面的散热器固定框9等焊接成刚性较好的空间构架,以便直接安装发动机和前悬架等部件并承受其工作载荷。


与此相反,非承载式轿车(长头式货车的情况亦相同)的车身前部就较薄弱,其车前钣制件通常不是焊接在车身壳体上,而是用螺钉相互连接起来并安装在车架上。


车门、车窗及其附件和密封


车门是车身上重要部件之一。


按其开启方式可分为顺开式、逆开式、水平移动式、上掀式和折叠式等几种。


顺开式车门即使在汽车行驶时仍可借气流的压力关上,比较安全,而且便于驾驶员在倒车时向后观察,故被广泛采用。


逆开式车门在汽车行驶时若关闭不严就可能被迎面气流冲开,因而用得较少,一般只是为了改善上下车方便性及适于迎宾礼仪需要的情况下才采用。


水平移动式车门的优点是车身侧壁与障碍物距离较小的情况下仍能全部开启。


上掀式车门广泛用作轿车及轻型客车的后门,也应用于低矮的汽车。折叠式车门则广泛应用于大、中型客车上。 在有些大型客车上,还备有加速乘客撤离事故现场以及便于救援人员进入的安全门。


轿车、货车驾驶室的车门以及客车驾驶员出入的车门通常由门外钣、门内钣、窗框(有的车上还装有三角窗)等组成。门内钣是各种附件的安装基体。在其上装有:门铰链、升降玻璃及其导轨、玻璃升降器、门锁、车门开度限位器等附件。有的轿车门内还布置有暖气通风管道和立体声收放音机的扬声器等等。车门借铰链安装在车身壳体上。在汽车行驶时,车身壳体将产生反复扭转变形。为避免在此情况下车门与门框摩擦产生噪声,车门与门框之间留有较大的间隙,靠橡胶密封条将间隙密封。


汽车的前、后窗通常采用有利于视野而又美观的曲面玻璃,借橡胶密封条嵌在窗框上或用专门的粘合剂粘贴在窗框上。为便于自然通风,汽车的侧窗玻璃通常可上、下或前、后移动。 在玻璃与导轨之间装有呢绒或植绒橡胶等材料的密封槽。某些汽车的侧窗还采用有利于汽车布置的圆柱面玻璃。侧窗玻璃采用茶色或降热层可使室内保温并具有安闲宁静的舒适感。 具有完善的冷气、暖气、通风及空调设备的高级客车常常将侧窗玻璃设计成不可移动的,以提高车身的密封性。


安全防护装置基本功能和原理


随着汽车数量增加以及交通运输日益繁忙,汽车事故增多,所引起的人员伤亡和财产损失严重,已成为一个不容忽视的社会问题。针对这一问题而设置的安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分。


在发生汽车碰撞事故时,安全防护装置能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度。


两辆汽车发生碰撞时,汽车的前、后保险杠或车身侧面的护条等构件首先相互接触,随后便是与这些构件相连接的车身构架产生坍塌与变形,危及车内乘员。


汽车前面受撞击时,车内乘员由于惯性作用而离开坐位向前冲。此时,仪表板、转向盘、风窗支柱、风窗玻璃、风窗框上横梁等往往会与人体的胸、腹或头部相撞,成为主要致伤构伤。


汽车与行人碰撞时,保险杠、车前钣制件或车身前围等部位最易使行人受伤。行人受撞击后,其头部很可能倒向轿车的发动机罩、风窗框下缘或风窗玻璃等部位。


由此可见,对汽车车身构架及上述各结构部分均有较高的安全要求。


发生汽车碰撞事故时,运动急剧停止、缺乏缓冲距离以及人体与尖硬物接触都会导致严重伤亡。因此,汽车安全防护装置的基本功能和结构原理可归纳为:


1、对乘员施加约束使之避免在汽车碰撞时与车内物体撞击或被甩出车外;


2、产生软缓冲作用,亦即构件以适当的变形距离吸收撞击能量,或者说使速度逐渐下降而避免出现较大的减速度和碰撞力;


3、加大人体与汽车构件的接触面积,避免产生点接触从而使碰撞造成的单位面积挤压力减少或使碰撞力转移到人体非要害部位。


安全防护装置(一)车内防护


(一)安全带


安全带是最有效的防护装置,可以大幅度地降低碰撞事故的受伤率和死亡率。这一点已被国外大量使用实践证明。


最常用的三点式安全带的各个组成部分。带子由结实的合成纤维织成,包括斜跨前胸的肩带,绕过人体胯部的腰带。在座椅的外侧和内侧地板上各有一个固定点,第三个固定点位于座椅外侧车身支柱的上方。


绕过上方固定点的环状导向板,带子伸入车身支柱内腔并卷在支柱下端的收卷器内。乘员胯部内侧附近有一个插扣,插扣由插板(松套在带子上)和锁扣(与内侧地板固定点相连)两部分组成,该两部分插合后即可将乘员约束在座椅上。


按下插扣的红色按钮就能解除约束。收卷器有好几种结构型式,功能较完备的是紧急锁止式收卷器(ELR)。该种结构在正常情况下,安全带对人体上部并不起约束作用。当乘员向前弯腰时,带子可从收卷器经由上方固定点的导向板被拉出;而当乘员回复正常坐姿时,收卷器又会自动将带子收起,使带子随时保持与人体贴合。但在紧急情况下——亦即汽车减速度超过预定数值时或车身严重倾斜时,收卷器会将带子卡住从而对乘员产生有效的约束。


(二)气囊


气囊在汽车正面碰撞时能防止乘员与其前方的物体撞击。气囊平时折叠在转向盘毂内或仪表板内,必要时可在极短时间(碰撞开始后0.03~0.05s)内充满气体而呈球形,以填补乘员与室内物体之间的空间。气囊通常采用氮气。


气源可以是高压(约15MPa)钢瓶或是设置在气囊下方的气体发生器。装设在汽车内的碰撞传感器发出的讯号可点燃电气雷管炸开高压钢瓶的封口或者点然气体发生器内的气体发生剂,使气囊迅速充气。


(三)头枕


头枕是在汽车后部受撞击时限制人的头部向后运动的装置,这样可避免颈椎受伤,而严重的颈椎受伤可能使其内部神经(脊髓)受伤,导致颈部以下全身瘫痪(高位截瘫)。


(四)安全玻璃


汽车正面或侧面碰撞时,乘员头部往往撞击风窗玻璃或侧窗玻璃而受伤,并且玻璃碎片还会使脸部和眼睛受伤。


目前在汽车上广泛应用的安全玻璃有两种:钢化玻璃与夹层玻璃。钢化玻璃是在炽热状态下使其表层骤冷收缩从而产生预应力的强度较高的玻璃,其落球冲击强度是普通玻璃的6~9倍。普通夹层玻璃有三层,总厚度约4mm,其中间层厚度为0.38mm。汽车用的夹层玻璃的中间层则加厚一倍,达0.76mm,故具有较高的冲击强度,称为高抗穿透性(HPR)夹层玻璃。国产的车用夹层玻璃的中间层材料通常要用性能较好的聚乙烯醇缩丁醛。


钢化玻璃受冲击而损坏时,整块玻璃出现网状裂纹,脱落后则分成许多无锐边的碎片。HPR夹层玻璃损坏时内、外两层玻璃的碎片仍然粘附在中间层上。中间层有较大的韧性,在承受撞击时拱起从而吸收一部分冲击能量,起缓冲作用。


大量的事故调查表明,钢化玻璃与HPR夹层玻璃相比,前者有较高的伤亡率,其碎片致使眼睛重伤的比率也较高。采用钢化玻璃的前风窗破裂成细小网状裂纹后,还会严重地影响驾驶员前方的视野。由此可见,现代汽车的风窗玻璃应尽可能采用HPR夹层玻璃。


(五)门锁与门铰链


在现代汽车上,门锁和门铰都应有足够的强度,在汽车碰撞时,能同时承受纵、横两个方向的载荷而不致使车门开启,从而避免了乘员被甩出车外,因而减少受重伤或死亡的危险。此外,在事故结束后,门锁应不致失效而应使车门仍能开启。


目前,不能承受纵向载荷的舌簧式、钩簧式、齿轮转子式等门锁已经过时,而能同时承受纵横向载荷的转子卡板式门锁则被广泛采用。


(六)室内其它构件


在现代汽车上,车身内部一切有可能与人体撞击的构件都应避免采用尖角、凸棱或小圆弧过渡的形状,而且车身室内广泛采用软材料包垫。室内软化不仅是为了满足舒适性要求,更重要的还是为安全防护性能的要求。


安全防护装置(二)车外防护


(一)车身壳体结构防护措施


根据碰撞安全性的要求,车身壳体的正确结构应是,使乘客舱具有较大的刚度以便在碰撞时尽量减小变形,同时使车身的头部、尾部等其它离乘员较远的部分的刚度相对较小,在碰撞时得以产生较大的变形而吸引撞击能量,显然,如果车身乘客舱按照汽车行驶时的载荷来设计,其刚度就显得不足,还需要进行局部加强。乘客舱较易加固的是地钣、前围内钣、后围钣等宽大的部件。


门、窗孔洞的周边则是薄弱环节,但风窗支柱和中立柱的断面尺寸又不宜过大,所以只能在其内部贴上较厚的加强钣。在汽车碰撞时,为避免整个乘客舱的构架产生剪切变形或坍塌,最重要的是加固门、窗周边的拐角部分,可在其上贴上加强钣或加大拐角处的过渡圆角。


要使乘客舱获得必要的刚度,不能仅靠局部补强的办法,而应就整个车身结构通盘考虑。众所周知,杆件或梁在弯曲时变形较大而在拉伸或压缩时变形较小。


因此,车身客舱构件应合理布置,使之尽量少承受弯曲载荷。在汽车头部或尾部受撞击时,可通过倾斜的构件将力传递至客舱的纵向构件,使之承受压缩或拉伸。


为了使车身头部和尾部的刚度较小,可以在粗大的构件或强固的部件上开孔或开槽来削弱其刚度,或者使构件在汽车碰撞时承受弯曲载荷。车身前部安装发动机和前悬架的纵、横梁都较粗大,因此某些现代轿车的前部纵梁不是平直的,而是有意弯折成Z字形以便在碰撞时折叠变形并吸收冲击能量。


为使乘客舱侧面较强固以便承受较大的撞击力,车身的门槛通常较粗大,并用横梁将左右两根门槛连接起来共同受力。此外在门外钣的内表面还常常贴有瓦楞状加强钣。


(二)保险杠与护条


汽车的最前端和最后端都装有保险杠,许多新式轿车(例如桑塔纳、奥迪等轿车)左右两侧还装有纵贯前后的护条。保险杠和护条的安装高度应符合规定,以便在汽车相撞时两车的保险杠或护条能首先接触。


保险杠的防护结构应包括两部分:


1)减轻行人受伤的软表层,主要由弹性较大的泡沫塑料制成;


2)能吸收汽车一部分碰撞能量的装置,有金属构架、全塑料结构、半硬质橡胶缓冲结构、液压或气压装置等型式。


车身侧面的护要与行人接触的可能性很小,一般由半硬质塑料或橡胶制成。


(三)汽车其它外部构件


除了保险杠外,经常致使行人受伤的构件主要有前翼子钣、前大灯、发动机罩、车轮、风窗玻璃等。这些构件不应制造得尖锐而坚硬,最好是平整光滑而富有弹性。


某些轿车包括保险杠在内的整个正面都用大块聚胺酯泡沫塑料制成并将发动机罩的顶面用软材料包垫,使安全性大大提高。


汽车仪表及报警装置


为了使驾驶员能够随时掌握汽车及各系统的工作情况,在汽车驾驶室的仪表板上装有各种指示仪表及各种报警装置。


一、车速里程表及速度报警装置


车速里程表是由指示汽车行驶速度的车速表和记录汽车所行驶过距离的里程计组成的,二者装在共同的壳体中,并由同一根轴驱动。


车速表是利用磁电互感作用,使表盘上指针的摆角与汽车行驶速度成正比。在表壳上装有刻度的表盘。


里程计是由若干个计数转鼓及其转动装置组成的。为了使用方便,有的车速里程表同时设有总里程计和单程里程计,总里程计用来记录汽车累计行驶里程,单程里程计用来记录汽车单程行驶里程。单程里程计可以随时复位至零。


车速报警装置是为了保证行车安全而在车速表内装设的速度音响报警系统。如果汽车行驶速度达到或超过某一限定车速(例如100km/h)时,则车速表内速度开关使蜂鸣器电路接通,发出声音报警。


二、机油压力表及机油低压报警装置


机油压力表是在发动机工作时指示发动机润滑系主油道中机油压力大小的仪表。它包括油压指示表和油压传感器两部分。


机油低压报警装置在发动机润滑系主油道中的机油压力低于正常值时,对驾驶员发出警报信号。机油低压报警装置由装在仪表板上的机油低压报警灯和装在发动机主油道上的油压传感器组成。


三、燃油表及燃油低油面报警装置


燃油表用以指示汽车燃油箱内的存油量。燃油表由带稳压器的燃油面指示表和油面高度传感器组成。


燃油低油面报警装置的作用是在燃油箱内的燃油量少于某一规定值时立即发亮报警,以引起驾驶员的注意。


四、水温表及水温报警灯


水温表的功用是指示发动机气缸盖水套内冷却液的工作温度。


水温报警灯能在冷却液温度升高到接近沸点(例如95~98℃)时发亮,以引起驾驶员的注意。


汽车照明装置及信号装置


为了保证汽车行驶安全和工作可靠,在现代汽车上装有各种照明装置和信号装置,用以照明道路,标示车辆宽度,照明车厢内部及仪表指示和夜间检修等。此外,在转弯、制动和倒车等工况下汽车还应发出光信号和音响信号。


一、照明装置


(一)装在车身外部的照明装置


前大灯是汽车在夜间行驶时照明前方道路的灯具,它能发出远光和近光两种光束。远光在无对方来车的道路上,汽车以较高速度行驶时使用。远光应保证在车前100m或更远的路上得到明亮而均匀的照明。


近光则在会车时和市区明亮的道路上行驶时使用。会车时,为了避免使迎面来车的驾驶员目眩而发生危险,前大灯应该可以将强的远光转变成光度较弱而且光束下倾的近光。


前大灯可分为二灯式和四灯式两种。前者是在汽车前端左右各装一个前大灯;而后者是在汽车前端左右各装两个前大灯。


前大灯主要由灯泡组件、反光罩和透光玻璃组成。灯泡组件是将电能转变为光能的装置。现代汽车的前大灯都采用双丝灯泡。远光灯丝位于反光罩的焦点上,近光灯丝位于焦点上方。在近光灯丝下方加有金属遮罩,下部分的光线被遮罩挡住,以防止光线向上反射及直接照射对方驾驶员而引起眩目。反光罩的形状是一旋转抛物面,其作用是将灯泡远光灯丝发出的光线聚合成平行光束,并使光度增大几百倍。透光玻璃是许多透镜和棱镜的组合体,其上有皱纹和棱格。光线通过时,透镜和棱镜的折射作用使一部分光束折射并分散到汽车的两侧和车前路面上,以照亮驾驶员的视线范围。


前小灯主要用以在夜间会车行驶时,使对方能判断本车的外廓宽度,故又称示宽灯。前小灯也可供近距离照明用。很多公共汽车在车身顶部装有一个或两个标高灯,若有两个,则同时兼起示宽作用。


后灯的玻璃是红色的,便于后车驾驶员判断前车的位置而与之保持一定距离,以免当前车突然制动时发生碰撞。后灯一般兼作照明汽车牌照的牌照灯,有的汽车牌照灯是单装的,它应保证:夜间在车后20m处能看清牌照号码。


经常在多雾地区行驶的汽车还应在前部装置光色为黄色的雾灯。


越野汽车往往还在车身前部装有防空灯。其特点是灯上部有伸出的灯罩,以免被在空中发现。


(二)装在车向部的照明装置


车身内部的照明灯特别要求造型美观、光线柔和悦目。它包括驾驶室顶灯、车厢照明灯和轿车中的车门灯和行李箱灯等等。


为了便于夜间检修发动机,还设有发动机罩下灯。为满足夜间在路上检修汽车的需要,车上还应备有带足够长灯线的工作灯,使用时临时将其插头接入专用的插座中。


驾驶室的仪表板上有仪表板照明灯。在有些汽车上,仪表板照明灯不能和驾驶室顶灯同时开亮。


二、信号装置


(一)转向信号灯及转向信号闪光器


转向信号灯分装在车身前端和后端的左右两侧。由驾驶员在转向之前,根据将向左转弯或向右转弯,相应地开亮左侧或右侧的转向信号灯,以通知交通警察、行人和其它汽车上的驾驶员。


为了在白天能引人注目,转向信号灯的亮度很强。此外为引起对方注意,在转向信号灯电路中装有转向信号闪光器,借以使转向信号灯光发生闪烁。闪烁式转向信号灯可以单独设置,


也可以与前小灯合成一体,在后一种情况下,一般用双丝灯泡。也有的后转向信号灯和后灯合成一体。


汽车防盗装置


为防止驾驶员离开汽车后,汽车被盗窃,许多汽车设置了防盗装置。常用的防盗装置有转向锁和电子防盗装置。


一、转向锁


转向锁主要由锁杆、凸轮轴、锁止器挡块、开锁杠杆和开锁按钮等组成。


当驾驶员从钥匙筒拔出钥匙后,转向柱便被锁杆锁住。这样,即使偷窃者不用点火开关钥匙而把发动机起动了,但汽车仍不能够驾驶。


二、电子防盗装置


机械防盗装置是预防汽车被盗的装置,但这种装置不能防止他人进入驾驶室、车内、打开行李厢,发动机罩或起动发动机等。而电子防盗装置不仅能可靠地防止汽车被盗,而且能防止他人拆卸某些汽车零件和偷入车内。


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