第一章 汽車車身制造概述

第一節 車身結構基礎

一、車身及其名詞術語

車身是供駕駛人操作，以及容納乘客或貨物的場所，其主要作用是為駕乘人員提供安全、舒適的乘坐環境，隔絕振動和噪聲，不受惡劣氣候的影響。車身包括車身本體和裝飾件、開啟件、機構件、附件及其他可拆卸結構件，其結構組成如圖1-1和圖1-2所示。

1.白車身

白車身通常是指已經焊裝好但尚未噴漆的白皮車身（Body In White），它是由車身本體、開啟件及其他可拆卸結構件組成的總成，如圖1-2和圖1-3所示。經過涂裝的車身稱為涂裝車身（Body on Primer）。

車身本體是車身結構件（又稱車身骨架）與覆蓋件焊接或鉚接后不可拆卸的總成，如圖1-4和圖1-5所示。車身骨架主要為保證車身的強度和剛度而構成的空間框架結構，由梁（桿）和支柱等焊接而成，它使車身形成一個整體式結構，起主體承載作用。車身覆蓋件是指覆蓋在車身骨架表面上的板制件。車身覆蓋件覆蓋在車身骨架上，使車身形成完整的封閉體以滿足室內乘員乘坐要求，并通過它來體現汽車的外形，以及增強汽車車身的強度和剛度。

開啟件是車身上可啟閉的各種艙門的結構件，包括車門、發動機艙蓋、行李艙蓋等。

2.車身外裝件

車身外裝件是指車身外部起保護或裝飾作用的一些部件，以及具有某種功能的車身外附件，主要包括前后保險杠、車外后視鏡、散熱器罩、進氣柵格、天窗及其附件、車身外部裝飾條、密封條、車門附件及空氣動力附件等。

3.車身內裝件

車身內裝件是指車內對人體起保護作用的或起裝飾作用的部件，以及具有某種功能的車內附件，主要包括儀表板、座椅及安全帶、安全氣囊、遮陽板、車內后視鏡、汽車內飾等。

4.車身電氣附件

車身電氣附件是指除用于發動機和底盤以外的所有電氣及電子裝置，如各種儀表及開關、前照燈、尾燈、指示燈、霧燈、照明燈等。另外，還包括音響及收視裝置、空調裝置、刮水器、洗滌器、除霜裝置、信息顯示和導航設備等。

二、車身的類型

車身（包括車架）與汽車的車輪、懸架系統構成汽車的行駛系統，是汽車行駛時的主要承載部件，承擔著全部載荷，包括由發動機、傳動系統和懸架系統傳來的載荷以及各種路面工況下的作用力和力矩。因此，也將車身和車架稱為承載系統。

汽車車身根據車型和結構型式的不同可分為不同的類別：

1）根據車型的不同可分為轎車車身、客車車身、貨車車身（包括駕駛室和車廂）。

2）根據車身承載形式的不同可分為非承載式車身、承載式車身。

3）根據車身結構的不同可分為有骨架車身、無完整骨架車身。

下面介紹非承載式車身和承載式車身。

1.非承載式車身

貨車（除微型貨車外）與以貨車底盤為基礎改裝成的大型客車和專用汽車，以及大部分高級轎車（出于對舒適性的考慮）和SUV（運動型實用汽車，包括越野車等）都裝有單獨的車架，此類車身通過多個懸置（橡膠墊）安裝在車架上。當汽車在崎嶇不平的路面上行駛時，車架產生的變形被橡膠墊的變形所抵消，載荷主要由車架來承擔，因此這種車身結構是不承載的，如圖1-6所示。但實際上，由于車架并非為絕對剛性的，所以車身在一定程度上仍承受著由車架彎曲和扭轉變形所引起的載荷。

車架是跨裝在汽車前后軸上的橋梁式結構，其結構型式可分為邊梁式、周邊式、中梁式和綜合式四大類。

1）邊梁式車架（又稱梯形車架）由縱梁和數根橫梁組成，如圖1-7所示。因為要將車架設置在車廂地板下部，因此車身高度不易降低。邊梁式車架被廣泛應用于貨車、大多數專用汽車和直接利用貨車底盤改裝的大客車，以及越野車、SUV（圖1-8）。

2）周邊式車架（圖1-9）實際上是從邊梁式車架派生出來的。相對于邊梁式車架，周邊式車架降低了地板高度，前、后兩段的寬度收縮，中段加寬。前段寬度取決于前輪輪距和最大轉向角，后段寬度取決于后輪輪距，中段寬度則取決于車身門檻梁的內側寬度。前后狹窄段通過所謂的“緩沖臂”或“抗扭盒”與中段縱梁焊接相連，形成一種曲柄式結構，允許緩沖臂具有一定程度的彈性變形，因此可以吸收來自不平路面的沖擊并降低車內噪聲，還可以在汽車碰撞時吸收部分能量。由于車架中段寬度接近于車身地板的寬度，因此提高了整車橫向穩定性，并便于車身室內地板的布置。這種車架的缺點是結構復雜且成本較高，因此多用在中高級轎車上。

3）中梁式車架（圖1-10）主要由一根位于車身對稱中心線上的較粗的縱向鋼管和若干根橫向懸伸托架構成，其特點是具有很大的抗扭剛度，結構上允許車輪有較大的跳動空間，便于裝用獨立懸架。但是此種車架的制造工藝較復雜且維修不便，因此應用不多。

4）綜合式車架（又稱復合式車架）綜合了邊梁式和中梁式兩種車架的特點（圖1-11），多用于轎車上。綜合式車架的前、后端均近似于邊梁式車架，中間為一短脊梁管，前后端便于分別安裝發動機和后驅動橋。中部脊梁的寬度和高度較大，可以提高抗扭剛度。

非承載式車身結構的優點：

1）除了輪胎與懸架系統對整車具有緩沖吸振作用外，車身與車架的懸置還可以起到輔助緩沖，適當吸收車架的扭轉變形和降低噪聲的作用。這既延長了汽車的使用壽命，又提高了乘坐舒適性。

2）底盤和車身可以分開裝配，然后總裝在一起，這既可簡化裝配工藝，又便于組織專業化協作。

3）車架作為整車的基礎，便于汽車上各總成和部件的安裝，同時也易于更改車型和改裝成其他用途的車輛。

4）發生撞車事故時，車架還可以對車身起到一定的保護作用。

非承載式車身結構的缺點：

1）由于設計計算時不考慮車身承載，所以必須保證車架有足夠的強度和剛度，這會導致整車自重增加。

2）底盤和車身之間裝有車架，使整車高度增大。

3）車架是汽車上最大且質量最重的零件，因此必須具有大型的壓力機以及焊接、工夾具和檢驗等一系列較復雜昂貴的制造設備。

2.承載式車身

（1）承載式轎車車身 承載式轎車車身（圖1-12）將車架的作用融入車身的結構中，因此又稱整體式車身結構，它承擔承載系統的全部功能。由于取消了車架，發動機和行駛系統的支點都在車身上。為了防止振動直接傳入車身，通常將發動機和行駛系統通過副車架（或輔助橫梁，如圖1-13所示）與車身底架連接。副車架與車身底架縱梁之間設有橡膠墊以減小發動機和懸架的振動對車身的影響。采用副車架的另一個好處是，可以使動力總成和懸架等與副車架形成一個組裝部件，這種模塊化結構給生產和使用都帶來了方便。當采用副車架時，由于副車架能夠分擔一些載荷，使前縱梁變形減小，因此也有人稱帶有副車架的車身為半承載式車身。

由于承載式車身是空間框架結構，可以充分利用車身承擔載荷，所以具有整體剛度大、重量輕和整車高度低等優點。另外，其生產效率高，是現代轎車中常見的結構。但是承載式車身也有一些缺點：

1）由于取消了車架，來自傳動系統和懸架的振動及噪聲將直接傳給車身，而車廂本身又是易于形成空腔共鳴的共振箱，因此會使乘坐舒適性變差。

2）改型比較困難。

（2）承載式客車車身 根據客車車身承載程度的不同，又可以將承載式客車車身分為半承載式和全承載式兩種。

1）半承載式客車車身是指客車車身與車架剛性相連，車身部分承載的結構型式。非承載式和半承載式車身都屬于有車架車身結構。

2）全承載式客車車身骨架及底架是由異形管制成的格柵式結構，沒有單獨的車架，局部格柵上可有覆板。車身采用封閉環結構，使整個車身都可參與承載。由于沒有車架，所以可降低地板和整車高度。

全承載式客車車身具有眾多優點，如車身質量減輕，結構強度與剛度提高；簡化了構件成形過程，提高了材料利用率；整車重心降低，高速行駛時穩定性好；加工不需要大型沖壓設備，便于產品改型，易實現多品種、系列化生產。全承載式客車車身的另一大優勢是被動安全性好，歐洲進行的客車被動安全測試結果顯示，全承載式客車車身能夠在汽車翻滾及相撞等惡劣情況下保證乘客的安全空間。

三、車身的典型構造

1.轎車白車身構造

轎車白車身一般由大量的車身沖壓零件焊接而成，如圖1-14所示。

白車身主要由前車身、地板、側圍、頂蓋及后部車身等部分組成。

（1）前車身 前車身的結構因前置發動機和后置發動機而不同，也因前置前驅、前置后驅及懸架、轉向、發動機支撐方法而不同。

1）前圍上蓋板。前圍上蓋板是與左右前立柱相連接的構件，對提高車身整體剛度有很大的作用。另外，前圍上蓋板具有支撐前風窗的功能，同時具有將外部空氣導入車內和將車內空氣排出的通風作用。如果前圍上蓋板擋不住侵入的雨水、泥水及枯葉等，就會產生異味或導致空調裝置發生故障，在設計時必須予以注意。

前圍上蓋板上通常要設置支撐轉向柱的支架，要特別注意確保管狀結構的轉向柱支撐梁及車身有足夠的剛度。前圍上蓋板還具有減小高速行駛時輪胎作用力和停車時發動機怠速振動作用力給轉向裝置帶來振動的功能。

從保護行人的角度出發，應采用具有在碰撞時使前風窗支撐部及刮水器支撐部產生變形的吸能結構的車身。風窗玻璃的密封條一般與該部件粘結在一起。

2）前圍板。前圍板是隔開發動機艙和客艙的部件，安裝有踏板類部件及空調，布置有線束、配管、轉向柱等的貫通孔，同時還具有防止發動機及輪胎噪聲進入客艙內的作用。有些車身前圍板采用鋼板中間夾防振材料的夾層式結構。

前圍板還是控制碰撞造成客艙變形時，向地板縱梁轉移由前縱梁傳來的作用力的重要部件。為連接左右的前縱梁，還設置了前橫梁，以確保剛度。其目前的趨勢是，使這些構件厚板化并采用高強度鋼板來制造。

3）前懸架支撐。前懸架支撐通常帶有減振器的安裝結構，與前縱梁共同承擔來自懸架的作用力及碰撞時的沖擊力，設計時應充分考慮這些因素。通過翼子板支撐梁與翼子板構成閉合截面，并通過前指梁與前立柱接合，確保承受來自懸架的作用力。該部件還具有吸收碰撞時沖擊能量的作用。

另外，該部件還是輪罩與發動機艙的隔斷，具有防止路面的泥、水進入發動機艙的功能。設計時還應充分考慮其可能與輪胎及防滑鏈發生的干涉。

4）前縱梁。前縱梁是構成前車身最重要的骨架部件，發動機、變速器、懸架裝置及輔助部件均安裝在前縱梁上。同時，它還是吸收碰撞時的沖擊能量，確保車身剛度的主要骨架部件。

低速碰撞時，為保證車身不產生變形，前縱梁需要具有較高的剛度；而高速碰撞時，通過前縱梁的縱向彎曲變形，可高效率地吸收碰撞沖擊能量。要實現這樣的功能，前縱梁的形狀及加強件是極為重要的設計因素。由于碰撞條件的提高，前縱梁多采用高強度鋼板，以適應各種碰撞形式。

支撐前懸架載荷作用力的條件與懸架形式等關系很大。另外，帶有副車架結構的汽車，其懸架的部分或全部作用力由副車架承受，因此應注意將副車架安裝在前縱梁較為堅固的部位。

5）發動機艙蓋。發動機艙蓋通常由造型面的外板及增加強度、剛度的內板構成，發動機艙蓋的性能要求如下：

①剛度大。應不使發動機艙蓋產生凹坑，不影響其質感。

②耐壓性好。用力壓發動機艙蓋后不至于產生塑性變形。

③整體彎曲和扭轉剛度大。

④碰撞時產生適當的塑性變形，但發動機艙蓋后端不應插入前風窗。

從保護行人的角度出發，發動機艙蓋還應具有吸收碰撞沖擊能量的性能。隨著輕量化要求的提高，鋁合金材料在發動機艙蓋中的應用范圍不斷擴大。

6）前翼子板。要求前翼子板具有一定的剛度和耐壓性。前翼子板和發動機艙蓋的不同之處在于，該部位無法采用加強結構，一般將外板的加強襯附在里面，或加大鋼板厚度。另外，為屏蔽發動機及輪胎的噪聲，有時會采用消聲材料或附加降噪材料。與發動機艙蓋相同的是，從保護行人的角度出發，要求前翼子板具有吸收碰撞沖擊能量的性能。隨著輕量化要求的提高，鋁合金材料在翼子板中的應用范圍不斷擴大。同時，造型自由度及碰撞復原性較好的塑料材料的應用范圍也在擴大。

（2）地板 車身地板是車身的支撐部分。地板的主要功能是：確保承受懸架及驅動系統的作用力及改善NVH（噪聲、振動、平穩）特性；防止外部的水、塵土、熱量、噪聲及異味進入車內，創造舒適的乘坐環境；撞車時可以保護乘員和燃料系統免受外力沖擊，確保乘員生存空間；確保客艙的乘降性、貨廂的寬度；確保輕微撞車后容易修復，隔絕排氣系統的熱量；確保使用千斤頂過程中、車輛牽引及運輸過程中的固定作業方便易行。車身地板如圖1-15所示。

轎車車身地板主要由地板、地板梁、支架、地板通道、門檻、連接板、座椅支架等構件組成。無論是非承載式車身還是承載式車身，在結構設計上，車身地板都應該提供足夠的強度和剛度，從而保證車身的承載能力。因此，除地板構件外，在結構上設置加強梁、連接梁等承載構件也是必要的。

車身客艙和行李艙下的地板應根據車身底部的總布置設計和結構設計要求進行分塊，一般分為前地板、中地板和后地板。除了應在地板上焊接各種結構加強件、連接板等構件外，地板件本身要符合室內布置居住性要求。滿足布置備胎和燃油箱等的需要而被沖壓成各種形狀，也是提高地板構件強度和剛度的措施，如通道凸包、加強筋和座椅支座等結構，以及階梯形的地板布置。對于兩廂或三廂轎車車身，后地板上一般沖壓出放置備胎的凹坑，而旅行車的后地板則多保留其平整性。

地板梁是地板的結構加強件，主要有地板橫梁、后地板橫梁、地板連接橫梁、地板縱梁、后地板縱梁和其他地板加強梁等。地板梁焊接在地板上，是車身地板結構的重要承載構件。門檻是支承車身側圍的前支柱、中支柱和后支柱的下邊梁，一般設計成封閉斷面。為了提高強度和側面碰撞安全性，有時在門檻的斷面結構內加設加強板。支架是車身的連接、支托構件，主要包括地板縱梁的外伸支架、連接支架和安裝固定支架等。地板通道是覆蓋變速器及允許傳動軸和排氣管等通過的地板上的凸起結構，它能起到增加地板剛度的作用。

1）非承載式車身地板。對于非承載式車身，一般為增加有效空間而加大車架的寬度，其中以地板為下凹式框架為主。由于各種裝置的作用力均由車架承受，地板的結構與承載式車身地板相比，更為簡單。非承載式車身地板主要由前地板、中地板、后地板，后地板邊梁，左右門檻梁等焊接而成，有時也包括前圍板。地板通過懸置與車架連接。

2）承載式車身地板。對于承載式車身，要求車身底部結構應該是一個具有較高強度和剛度的完整承載體。在結構設計中，為了滿足車身底部結構的這一承載特點，通常將地板梁結構和車身前縱梁、前橫梁作為一個整體結構進行設計。車身底部前縱梁和后縱梁與地板結構的連接，一般采用交叉型梁設計原理，這對將碰撞時的力流分成許多分支傳遞有利，如圖1-16所示。

（3）側圍及頂蓋 車身側圍是決定車身整體彎曲剛度的重要部件。因此，對構成車身側圍的各種構件在設計時，既要考慮作為單獨構件時的主要設計條件，又要考慮整體配合時的剛度平衡。圖1-17所示為四門轎車的側圍結構。它們的結構及截面因生產廠家、車身類別及造型的不同而多種多樣。頂蓋都設有前后頂蓋橫梁，增加中間橫梁的目的是提高頂蓋的表面剛度。根據頂蓋曲率、大小及鋼板厚度的不同，頂蓋橫梁可設1～3根不等。

A柱結構形狀應確保前方視野和翻車時的安全性。前鉸鏈柱和B柱下部主要起支撐車體的作用，大力開門或壓門時，將會給車門鉸鏈及限位器等安裝部位施加很大的力，因此應設加強板等，以確保安裝部位的剛度和強度。為確保造型和視野良好，往往將B柱做得較細，但通常這個部位要安裝安全帶固定裝置，因此在保證其強度的同時，還要設加強板。C柱從造型出發一般做得較寬，但要考慮后方視野。為確保C柱剛度和后座椅安全帶固定裝置的強度，C柱內板往往要設加強板。上邊梁一般為閉合式截面，但要考慮乘員的居室空間和翻車時的安全性。

車身側圍的制造工藝有兩種：一種是各部件單獨沖壓，然后焊接在一起構成車身側圍總成，這種方法可根據各部件所需強度和剛度分別選擇板厚和材料，提高了材料的利用率，但是需要注意總成的接合方法和精度；另一種是外板整體沖壓而成，這種方法可以簡化模具和焊接設備，提高沖壓精度，減少工作時序，但是由于板厚都一樣，因此需要在必要部位增設加強板，還要注意材料的利用率。

（4）后部車身 后部車身是客艙后部的車身結構，一般指行李艙部位，其結構根據三廂車和兩廂車大致分為兩種。

三廂車后部車身的客艙和行李艙是隔開的，有連接左右車身側圍的后隔板（后座椅靠背支架）和行李艙隔板等。這種結構的后隔板和行李艙隔板是后部重要的橫向隔板，是連接左右C柱、車身側圍及地板的構件，它對增加車身的扭轉剛度起著很大的作用，是設計的重要部位。后圍板在車身的最后部，是連接左右后翼子板的隔板，其不僅是形成行李艙的構件，還可提高車身的扭轉剛度。后部加強板裝在后圍板上，是提高后圍板剛度的重要部件。

兩廂車后部車身的客艙和行李艙不是隔開的，即使是隔開的，也沒有連接左右車身側圍的大型構件。這種結構不能像三廂車那樣設置橫向截面構件，因此必須確保開口部位本身的扭轉剛度。后車門是開關頻率高的部件，因此其安裝鉸鏈的地方要有足夠的強度和耐久性。由于客艙和行李艙之間沒有隔板，設計時還應對后部的降噪問題進行考慮。

三廂車的行李艙蓋不僅具有防塵、防水功能，還是后部外觀整體造型的主要部件。行李艙蓋由外板和內板組成，內板還是外板的加強板、鉸鏈和鎖緊裝置的安裝部件。外板與內板是通過外板四周卷邊與內板咬合，或根據需要進行焊接或粘接而成的。

兩廂車的背門結構同三廂車的行李艙蓋一樣，由外板和內板組成，各鈑金件都具有同行李艙蓋相同的功能。背門內、外板的連接方法有用外板四周卷邊加工的，也有在幾處進行點焊的。

2.客車車身構造

客車車身的主要結構件包括底架（車架）、骨架和蒙皮。

（1）底架與車架 非承載式客車車身有單獨的車架，車身通過懸置與車架相連。客車多用梯形車架，以兩根縱梁為主，中間布以橫梁，縱梁外焊上支腿（俗稱牛腿）。

現代客車車身多為承載式車身，它沒有獨立的車架，取而代之的是底架。底架多為型鋼或沖壓件焊接而成，稱為桁架，其剛度較大，如圖1-18所示。有些公交用低地板客車要求地板距地面很低，這種底架前端和中部一般設計成車架式，車身后端設計成桁架式。

（2）骨架 小型客車很少有單獨的骨架，大多由內外板沖壓成形后焊接成封閉斷面組成骨架，某些支柱類的支撐件也由沖壓件構成，與內、外覆蓋件焊接后共同組成受力系統。這種結構質量小，結構也較簡單。

大型客車多采用骨架，用型鋼、滾壓件、沖壓件構成縱、橫梁形成網狀骨架。骨架主要由前圍、后圍、左右側圍和頂蓋幾個單元組成。客車車身骨架如圖1-19所示。

（3）蒙皮 大客車車身上的蒙皮可以分為兩種，分別是應力蒙皮和預應力蒙皮。

應力蒙皮是將蒙皮先點焊定位于骨架上，再進行鉚接，使蒙皮與骨架一起承載，故稱應力蒙皮，它沿襲了飛機殼體的結構，如圖1-19所示。這種蒙皮參與承載，因此頂蓋可以使骨架比較細小，承力相對較小，車身自重較小，生產率高，但是車窗開口不能太大，窗立柱較粗，而且采用鉚接裝配，工藝復雜，工作過程中振動、噪聲大，鉚釘裸露在外，影響美觀。

預應力蒙皮是指在車身側壁的窗下梁至地板邊梁之間，將一張大小為自車身前端第二立柱至最后第二立柱的薄板，放在平臺上由專用胎夾具壓平并拉伸約1‰，然后將胎夾具及貼實緊固的薄板整個吊裝至骨架側圍相應部位的外邊，進行貼合并將四周點焊，而蒙皮與中間各立柱不焊接，其間只加裝襯墊物。撤去胎夾具后的蒙皮仍處于張拉應力狀態，故又稱張拉蒙皮。張拉蒙皮不參與承載，只在車身上起裝飾作用（無鉚釘、無接縫、表面光潔）。由于蒙皮受張拉應力，因此垂直于板面的剛度得以提高。

3.貨車車身構造

貨車車身一般為非承載式結構，主要包括駕駛室和貨箱。貨車的分類方法主要依據用途而定，因此貨車車身的結構也與此相關。貨車可以分為普通貨車、全掛牽引車、半掛牽引車、特種貨車、集裝箱運輸車等。

（1）駕駛室 現代貨車駕駛室按結構可分為：駕駛室位于發動機之后的長頭式；駕駛室部分位于發動機之上的短頭式；駕駛室完全位于發動機之上的平頭式，如圖1-20所示。大多數貨車駕駛室都是非承載式的結構，通過3點或4點彈性懸置與車架連接。

（2）貨箱 根據貨車作用的不同，貨箱可分為多種類型，如圖1-21所示。有時也可根據其封閉情況將其簡單分為封閉式（廂式）和開放式（欄板式）兩大類。