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BMW E60 车身结构分析


德国宝马BMW5系列白车身结构解析 系列白车身结构解析 德国宝马
(编译自德国宝马公司内部资料) 编译自德国宝马公司内部资料)

宝马5系列车外形图 宝马 系列车外形图

宝马5系列车侧视图 宝马 系列车侧视图

宝马5系列车外形结构图 宝马 系列车外形结构图





即宝马5系列 第一章 E60 (即宝马 系列 白车身 即宝马 系列) 引言 第二章 材料 钢 铝 第三章 车身的结构 引言 ――该车身结构的新的特点 系统概貌 ――白车身 结构组件 ――减重型的铝制前部构件GRAV ―― 侧面筋条和顶棚 ――侧壁板 ――车底部构件 ――车后部构件 针对各国的全型号 ――正面壁板和组件 第四章 接缝接合技术 引言 钢件接合技术

铝件的接合技术 钢件和铝件的接合技术

第五章

GRV--减重型的铝制前部构件 减重型的铝制前部构件 ――GRAV特点 概貌 ――减重型的铝制前部构件 组件 ――轮罩 ――发动机支座 ――正面壁板 第六章 碰撞特性 ――正面碰撞 ――侧面碰撞 ――车尾部碰撞 --ATZ前部碰撞 ――ATZ后部碰撞.

即宝马5系列 第一章 E60 (即宝马 系列 白车身 即宝马 系列)
引言 一种现代的汽车车身必须符合很多的要求。而最重要的要求自然就是给乘坐者提供 良好的内部空间。另外就是车在碰撞的情况受到的伤害最低为佳。此外,发动机和 动力排都要坚实地悬固在车身上面。整个车的重量全集中在车身结构的四个点上, 对车身有很高的承受静力和动力的要求。 此外车身承载件还必须有很高的疲劳强度, 在出现事故之后承受的修理费尽量的低。 同样车身重量和强度也极大的影响着车在运行时的行驶性能。为了最优地实现所有 的上述的要求,在设计布局的时候要给予特别的注意。多年以来在宝马公司在制造 第一台样机之前就通过计算和模拟方法实施了对所有构件的性能进行了优化。 在最近的一些年,所有的汽车生产厂家对车的重量越来越加大的趋向一直进行不懈 地克服。由于发动机的功率越来越高,车架和车身就要承受更高的负荷,相应地就 增大了尺寸。同时人类在这些年来变得越来越高大,这使整车和车的内部空间也要 求加大。在近几十年里人们对车的舒适性的要求也越来越高,也有了系列化的舒适 性配置及特种配置。 所有的这些发展现象都使车的重量增加,也就导致了行驶能力的变坏,这又一次迫 使人们去提高发动机的功率。为了不陷入这个怪圈或者走出这个怪圈,宝马公司研 发了E60。此车身一定要有明显的改变,但是要实施的前提可能性是构件不但在几 何形状上优化,材质的选择方面也要优化。

E60就是第一台这一类的车:车前面构件是铝制的,车座仓和车的后厢却是由钢件 制成的。 使用了这种混合式材质的方法和高强度的钢材, 使车体 (不算车门和前后盖板重量) 重量降到了255公斤,重量分布也明显改善了。 下面按照顺序论述有关材质的选择,材料特性,车身结构,焊接接缝方法和碰撞特 性。

第二章 材料
现代车身要满足很多的要求。在最可能小的外形尺寸时要有尽可能大的内部空间。 在出现车祸时要给乘驾者最好的防护。这个动力排,也即发动机,变速箱牢固的在 车身上良好工作。另外车身要有非常好的静态和动态刚度,以便使宝马车实施它的 名副其实的行驶性能。 另外, 车的承载构件要有很高的疲劳强度, 在出现事故之后承受的修理费尽量的低。 为了实施和完成上面的这些要求,宝马公司的战略就是对每一个结构件为达到它的 最优效能要使用最好的材料。

――钢 ――钢
钢料无疑是最为常用的材料。采用各种新型的钢合金使用在各自需要的方位处。在 宝马E60的车身上面使用了9种不同型号的合金, 下面分别叙述这些不同的性能和使 用范例。 为了使解析更加方便起见,要先了解下面的三个定义: - Rp -> 屈服极限,单位为 N/mm2 - Rm -> 抗拉强度,单位为 N/mm2 - A80 -> 破断延伸率,单位为 % Rp 和 Rm 两个参量对于部件的强度,耐受碰撞能力和构件的厚度是很重要的。 A80这个参数是对冲压车间去衡量材料的成形能力的一个尺度。

图 1 各种钢材的强度和成形能力 图内文字的涵义 X 强度 Y 成形能力 1 深冲成形钢 2 IF – 钢, 各向同性钢, BH – 钢, 微晶合金钢 3 DP – 钢 4 TRIP – 钢 5 CP – 钢 6 MS-钢 7 Bor – 钢

深冲成形钢( 例如, DC05) 这种标准材料在构件上面使用时没有特别的强度要求。但这种结构钢件由于它的几 何形状复杂,要求它的成形度很高,就不可能使用高强度的钢。 常常是对于入门者有时不明白为何一个结构件不能用高强度的钢。顶棚的外板就是 实例。原因是顶棚成形量相对来讲不是很大,好像看来适于使用高强度的钢。但如 果你仔细研究就会确定,在边边角角的那些地方就是成形的关键部位。(看图2)。 这种深冲成形材料屈服限范围是120 - 140 N/mm2, 最大的抗拉强度是 450 N/mm2, 破断拉伸率A80是40%。 在车身制造中使用普通方法和工装可以很容易对这种材料进行焊接。还有一些件使 用这种材料,例如,车底板和行李厢底板。

图2 E60 车顶棚外板

IF类钢(例如,H220Y) 对于非常复杂造型的零部件,不但要求深冲也需要拉延,有不同的冲延深度,就要 使用这种IF类的材料。 这种类型的钢的结构是晶格无间隙, 是在铁素体的中间晶格内没有了碳和氮的原子, 这就使这种合金钢表现出非常低的碳和氮的含量,表现了非常好的成形能力和可焊 性。这种钢的屈服限是 180 - 260 N/mm2, 最大的抗拉强度是 440 N/mm2 ,破断 拉伸率 A80是 32% 。

. 这种钢典型使用是在深冲拉延件,它的冲延深度有时不是完全一样的,譬如,侧面 框架。见下图。

图3 侧面框架
KT-11369

各向同性的钢料(H220I) 大多数使用拉延法制成的成形的构件的钢材都是各向同性的材料,也即在拉延的各 个方向上的流变特性完全一致, 在深冲的各个方位上的厚度减少量是它的判断标准。 和其他的钢种不一样的是,这种钢不是在其宽度上流变,而是在其厚度上。它的屈 服限的范围是220 - 300 N/mm2, 最大的抗拉强度是440 N/mm2 ,破断拉伸率 A80 是 36% . 这种钢的加工方法普通,可以焊接和钎焊。 例如,在E60 车身上的C柱加强件就是有这种钢制造的。

图4 C柱的加强件

烘烤硬化BH钢(例如,H220B)

很难成形的构件,在制造过程中还应该能够提高强度的时候就常常使用这种BH型钢 材。除了在冷作过程中提高强度以外,这种钢料在车身通过油漆的烘干炉的流程里 面,在20分钟和170度的温度下,可以提高强度大约40 N/mm2。 通过在合金成分内加上磷以及使碳成分老化来实施这种效果。 BH钢本身的屈服限是 180 - 300 N/mm2,,最大抗拉强度是500 N/mm2,A80拉伸延伸率为30%。 BH钢在使用气体保护焊和电阻焊的焊接设备时可以实施良好的焊接。 这种钢的典型使用地方是在结构件上,例如在顶棚弓条,这个件必须要有高强度, 但不易成形制造。还有就是外表面板,例如车门外表面板。这种件尽管有高的成形 率,还要有非常好的表明状况和抗变形的强度,这都可以使用BH钢制造。

图5 : E60 车门外面板

微晶合金钢(例如, H420LA) 构件使用这种钢材制造具有高强度和高防碰撞的能力。唯一的是它的成形能力差。 微晶件的强度的提高是离析硬化造成的,这种由于在钢的成分里面由最精微分布的 硝基碳和极小含量的钛铌钒元素。 这些元素在含量为0。 01%时就会大大提高它的屈 服限。这种钢材的屈服限是340 - 420 N/mm2 ,最大抗拉强度是620 N/mm2 ,破断 延伸率A80是 20% 。 在使用气体保护焊和电阻焊的焊接设备可以实施良好的焊接。 这种钢使用的范围的实例比如发动机的后支撑架,车身内部侧面框架。

图6 发动机后撑架

双晶像钢 DP钢(例如340 X) 在碰撞时要接受大量能量的高强度的结构件或者是高抗压强度的车身外面板都使用 这种钢材,简称为DP钢。 在热轧过程里加入合金和使用合适温度就可以制造出具有多种金相组织的这种板 材。这种钢材内提高了强度,在金相组织内除了软相外还增加了硬相,它的金相组 织内大多数是软的铁素体,还有大约20%的硬马丁体的金相。这种钢材的屈服限是 300 -340 N/mm2 最大抗拉强度是600 N/mm2 ,破断延伸率A80是 20% 。 在使用气体保护焊和电阻焊进行焊接时会淬火变硬。在宝马公司目前还没有使用这 种钢材,但这种钢的原理适合于下面的TRIP钢。 TRIP钢( 例如H400T钢) TRIP钢是英文缩写。原文是Transformation Induced Plasticity(变形产生塑性)。这 种钢和上面讲的DP钢一样多用于结构件。 这种钢材制造具有高强度和高防碰撞的能 力。这种钢也被称为RA钢,即残存奥氏体钢,和上面讲的DP钢一样隶属于多晶像钢。 钢内在铁素体和贝氏体的基本晶格矩阵内还特别含有残存奥氏体成分。在成形加工 时这种成分变成硬化马丁体,使材料明显地强化。 这种钢材的屈服限是380 -450 N/mm2 最大抗拉强度是800 N/mm2 ,破断延伸率 A80是 25% 。这种钢的可焊性仅仅局限在使用气体保护焊和电阻焊的进行焊接。在 焊接的时候在受热区和焊接的地方都会出现淬火现象。把这种钢和其他高强度的钢 混合焊接是不合适的。使用铜基钎焊的方法,例如MIG钎焊不适合于这种钢。 在E60 车身上,车身A柱内柱采用了这种钢。

+

图7

车身A柱内柱

复合相钢(例如,D680C)(英文缩写为CP钢) 这种钢材制造的结构件要具有非常高的强度,在碰撞时要接受很高能量。这种钢是 热轧细晶粒钢。由于合金内的一些元素和使用特殊冶炼方法在这种钢内具有非常精 细的微晶结构。这种结构的成分是铁素体,马丁体和贝氏体。内部很高含量的马丁 体处于最细微的离析状态。 CP钢的特殊的特点在冷强化时还附加有BH钢的功能。但和普通的BH钢不一样的是, 有这种特殊功能更提高了成形能力。DP钢和TRIP钢同样有这种功能。 CP钢的屈服限是680 -720 N/mm2 最大抗拉强度是1150 N/mm2 ,破断延伸率A80 是 10%。 这种钢的可焊性仅仅是有条件的局限使用气体保护焊和电阻焊的进行焊接。在焊接 的时候在受热区和焊接的地方都会出现淬火现象。把这种钢和其他高强度的钢混合 焊接是不合适的。使用在铜基钎焊的方法,例如MIG钎焊不适合于这种钢。 在E65 车身上,发动机支撑架后加强板采用了这种钢。另外E65B柱加强件也使用 D680C(CP-800)钢材。 马丁体金相钢(例如,D900MS) 对于要求接收很高碰撞能量而且变形很小的结构件使用这种钢,缩写称为MS 钢。 和上面讲的CP钢一样,这种MS钢也具有精细的金相组织。通过马丁体和铁素体成 分的合适配比可获得非常高的强度。这种钢在加大变形量的时候还有烘烤硬化钢的 效应。这种钢的屈服限是750 -1100 N/mm2 , 最大抗拉强度是1400 N/mm2 ,破断 延伸率A80是 5%。 MS 钢制成的结构件大多是用于螺栓固定的构件,在损坏时必须全套更换。在E60 车身上这种钢用来制造车门内侧防撞的加强件。

图8 车门内侧防撞的加强件

硼钢 (例如,BTR165) 在结构件不但要有最高强度而且还要有高的成形能力时,就要使用硼钢。使用这种 钢可以使重量极大减轻。硼钢内含有极少量的硼,但使钢的硬度会明显提高。 原始钢料的强度和微晶合金钢是一个等级的,在温度大约为900° 时进行成形。然 C 后在封闭的水冷却的压力机内通过压力淬火使钢的强度极大的提高。成品件最小的 屈服限可达到1300N/mm2 。 宝马公司第一次使用这种硼钢是用在E46 Cabrio车身上,用于A柱加强件。在E60 车身是在B柱上段加强件上。

图9 B柱上段加强件

――铝 ――铝
宝马公司已经有了长期使用轻金属铝合金的经验,宝马是世界上第一个大批量使用 铝合金制造整个502发动机的厂家。在车身制造中一直使用铝合金,例如3.0CSL车 的车门。后来在E52车身的全套开发和研制中也使用了铝合金。 在E60车身结构设计上,宝马又迈出了新的一步。车身的每个件都按照各自不同的 要求使用最合适的材料。车身前部由于要减少重量全使用铝合金,所以后来又称为 “减重型铝质前车”,德文的缩写称之为GRAV 。. 铝镁合金 对于不是外面板的复杂冲压板件来讲使用5000系列的铝镁合金制造。 调整合金内的 镁含量的多少,Al Mg铝镁合金可具有非常好的成形特性。但在深冲成形后在外表 面上可看见像火烧的点痕和细的条纹,这称谓为流变图纹。由于这个原因,5000系

列的铝镁合金没有能使用在制造外面板。这种合金属于天然硬化合金,不能硬化淬 火,因而只使用在承受一般载荷的结构件。 当镁的含量大于 3.5 %时,会出现镁的成分有离析相的危险。这会导致晶化离析性 的腐蚀。 所以宝马公司使用的铝镁合金的镁含量全低于 3.5 %。 铝镁合金的屈服限是110 -160 N/mm2 ,最大抗拉强度是300 N/mm2。 5000系列的 合金主要使用范围是车内部件,例如,E60车的正面内壁板或是支撑件。

图10 正面内壁板

铝镁硅合金 在对于强度有高的要求或是对表面状况质量有高的要求时, 使用6000系列的铝镁硅 合金。 这种合金不但适用于深冲板材, 也适用于拉压型材。 和5000系列的不同点是, 6000系列在供货状态时的屈服限就高, 但由于这种合金在油漆工艺的烘干过程还能 受热硬化,最后的强度还会明显提高。 因为6000系列的合金和5000系列的合金相比, 在成形的过程中没有流变图纹, 因而 6000系列的合金可以用于制造外部面板。 这种合金主要用于有高强度要求的外部构件和结构件。比如在E60 车身上,发动机 仓外罩和发动机内撑横梁就是6000系列合金制造的。见图11。

图 11 发动机仓外罩

可抗碰撞的铝合金 为了在撞车时发动机横梁按照一个规律弯扭,保证有最好的能量接受,宝马公司和 Alcan公司合作研发了更高强度铝硅镁承受碰撞的铝合金。 这种合金的屈服限是160 N/mm2 ,最大抗拉强度是240 N/mm2。 宝马在E60车身上首次把这种合金用于制造发动机仓外撑横梁上。

图12 发动机仓外撑横梁

铸铝合金 使用铸铝合金件允许构件有多样造型,和冲压件相比较,有较大可利用空间。宝马 公司使用的铸铝合金里面铜的含量非常低,这就排除了可能产生的腐蚀。 宝马公司使用的铸铝合金的型号是GAlMg5Si2Mn,货品名称是Magsimal。这种合 金的屈服限是140-220 N/mm2 ,最大抗拉强度是240 N/mm2。 在浇口周围的破断延伸率是10%,但离开浇口越远,这个数字会降低到大约为6%。 在宝马车铝合金压力铸造的构件是减震弹簧支承座以及V型支撑座的架子。

图13 减震弹簧支承座

第三章 车身的结构
引言 在本文里面把E60车身的结构分成如下几个部分: ――车身前部, ――车身侧面框架和顶棚, ――侧面板前部, ――车身底部, ――车身后部

―――该车身结构的新特点 E60 车身结构设计的新的亮点是车身前部使用了“减重型铝质前车”,德文的缩写 称之为GRAV 。. 宝马是第一家使用这种结构方式的厂家, 在大批量生产时候就混合使用了钢铝材料。 在本文里面要对这种“减重型铝质前车”GRAV专门有论述章节。

系统概貌 ――白车身

图14

E60白车身 (图内黄色代表钢材料,兰色代表铝材料)

白车身的几种类别: 在E60车身有四种类别: ――左方向盘不带天窗 ――右方向盘不带天窗 ――左方向盘带天窗

――右方向盘带天窗

车身的刚度参数 E60车身达到了如下的参数,见下面表格。 白车身的静态刚度 撑架的重量 (不带车门,盖板,前面板和前部侧板) 弯曲 1 通道 弯曲 1 门槛 弯曲 2 尾部中线 弯曲 2 尾部纵向梁 扭曲 1 扭曲 2 剪切扭曲 数值 255kg 6500 7500 1900 1000 18500 17000 5500

车的动态刚度 1 弯曲 1 扭曲 2 扭曲

值 26Hz 29Hz 37.5Hz

材料使用 E60车的长远目标在于: 车身和配置的总重量 (不包括行驶部和发动机) 要比E39车身减少重量大约是50kg。 对于白车身的前提目标是总重量不能超过342kg。 这个参数和E39 的白车身相比 减少了22kg。而且E60的空间还增加了4%,功能还上了一个档次。 直到C柱内侧的所用的全部钢板全是双面热镀锌的材料,C柱内侧的板是电镀锌的。 和E39 车身相比,E60使用的高强度和特高强度的钢板的比重从大约50%提高到 85%。

结构组件 白车身由下面几部分组成:

――车身前部(GRAV), ――车身侧面框架和顶棚, ――侧面板前部, ――车身底部, ――车身后部

――“减重型铝质前车”GRAV “减重型铝质前车”GRV是最新的研发成果,专门章节叙述。

图 15

E60GRV结构 1 2 3 4 5 6 7 弹簧减震支座 发动机架 支架正面板 连接板 外 横梁正面板 正面板 A 柱内支板

――车身侧面框架和顶棚,

图16 E60车身侧面框架和顶棚解体图 ( 灰色-深冲件,浅绿色-IF钢,绿色-各向同性 钢料,褐色-烘烤硬化钢,单紫色-微晶合金钢,红色-硼钢) 各种材料的抗拉极限值的一览表 1 顶棚外面板 深冲件 200N/mm2 2 上过风板 BH钢 300N/mm2 钢 3 顶棚弓条 同上 4 车尾后窗 同上 5 C柱支撑加固件 BH钢 500N/mm2 柱支撑加固件 钢 6 车尾覆盖件 BH钢 220N/mm2 钢 7 C柱承拉板, 车尾覆盖件 柱承拉板, BH钢 300N/mm2 柱承拉板 钢 8 C柱加强件 各向同性钢 340N/mmm2 柱加强件 9 侧面框架 IF钢 240N/mm2 钢 10 B柱上加强件 硼钢 1300N/mm2 柱上加强件 11 B柱下加强件 微晶合金钢 500N/mm2 柱下加强件 12 A柱上加强件 微晶合金钢 500N/mm2 柱上加强件 13 A柱加强件支撑 微晶合金钢 500N/mm2 柱加强件支撑 14 碰撞盒 微晶合金钢 500N/mm2 15 侧面框架内前件 微晶合金钢 500N/mm2 16 B柱内件 微晶合金钢 500N/mm2 柱内件

B柱使用了两个加强(上部和下部)使之提高了强度。另外,在A柱和C柱上也同样 进行了加强。这样在侧面碰撞时不会使车框的钢条发生弯变。,在A柱和C柱上的加 强也使在正面碰撞和尾部碰撞时也有助于防止车框的钢条发生弯变。

在两个门槛旁安上侧面框架端件,以便安放门槛覆盖件。在不带天窗的白车身上在 两侧的框条架之间有顶棚加固条。 在带天窗的白车身上在A柱和C柱内一共有四个流 水的管道。新的亮点是采用中心螺纹连接方式固定车门的折页,这样在A柱和C柱上 就需要加固。 在A柱的下部安设了抗碰撞盒,这样在车的前面有碰撞的时候可以接收由前轮传导 来的力(参看有关碰撞特性的章节)。 和E39车身相比,升车千斤顶的支点有了变化。

车门折页中央螺纹固定方式 车门折页在A柱和B柱上面是以中央螺纹固定方式固定的。 在A柱上是从外向内固定的,而在B柱上是从里向外固定的。

图17 车门折页 A柱的车门折页 B柱的车门折页

折页固定板有三种: ――B柱折页固定板上50mm处有通孔 ――B柱折页固定板下60mm处有通孔 ――A柱折页固定板上下60mm处带有M12的螺纹孔

图18 车门折页 1 前车门折页 2 后车门折页 3 后车门折页固定板 4 前车门折页固定板

在B柱上的折页两种固定板形状不一样,不会混淆。 折页固定板可以调节上下左右的固定位置,在调节车门时折页固定板可以随动的。 螺扣最多是5扣。 提示:详细的车门固定的资料在随车技术文件“外饰,车门,罩板”章节。 在维修的时候要注意,在折页固定板和车身之间绝不可以有油漆和蜡等夹在里面。 抗碰撞盒 这个件是专门为E60车研发的可变形的元件,它是侧面框架的一个组成部分,固定 在A柱的下面。它可以接收在正面碰撞时由前轮传导到门槛旁侧面框架的力。

图. 19:抗碰撞盒 1

抗碰撞盒

升车千斤顶的支点 升车千斤顶的支点和E39 的车不一样。以前的是在门槛的旁边固定一个销子。而现 在的新结构是中间有个孔,两边有卡子固定。这表明在使用维修时要掀开门槛上的 覆盖件以便安设升车千斤顶。

图20 升车千斤顶的支点

A柱加固板 在A柱内,在上面和下面有两块水平加固板。它提高了车在碰撞时的强度。

图21

A柱内的加固板

1 上板, 2 下板

拉伸弹簧固定件 在后备厢上的拉伸弹簧固定件现在有三个吊点,这样可以影响开盖和关盖的力量。

1 2 3

图22 后备厢的盖板折页 拉簧固定点 后备厢盖板拉簧 后备厢盖板折页

车架空心腔内加固板的位置 在侧面骨架空腔内和以前一样安放涨压空腔加固板(成形件)。在E60 车内有22 块这样的板块,它降低了车的内部噪声。这些空腔和鼓的道理是一样的,如果空腔 的空间越小的话,它从内部发射出的的噪声就越小。

图 23 空心腔内加固板 1 A柱外涨压空腔加固板 2 门槛前方外侧涨压空腔加固板 3 B柱外涨压空腔加固板 4 门槛后部涨压空腔加固板 5 C柱外下方的涨压空腔加固板 6 C柱外涨压空腔加固板

图 24 空心腔内加固板 1 A柱内部涨压空腔加固板 2 门槛前方内部涨压空腔加固板 3 B柱内部涨压空腔加固板 4 门槛后部涨压空腔加固板

提示: 提示:在对车身的构件进行维修和更新的时候,空心腔内加固板 也必须加固密封 或者是更新。 有关这方面的事宜请查看RA4100文件的章节“空心腔内加固板的定位,安设和布 局”的内容。

侧面面板,前部 构造 该板是铝制的。E65车身该件是分成三件,本车身的该件分成两件。

图 25 侧面面板,前部 1 侧面板连接件 2 侧面面板

侧面面板和连接件是包边方式接合的,各个方位都合适的包住。

过水槽 侧面面板由于制造上的工艺没有通长的过水道。在下阶段的安装过程里面再加上了 塑料盖板,这样就保证了有合适通道能够过水,也保护了钢件和铝件接合的部位。 在A柱的上部范围还附加有螺钉加固。这个加固点是非常必要的,因为这里的侧板 向上伸出了很多必须再加固一个点。

前部发动机仓盖板的折页 和E39的车身相比该车的前仓盖板和车身侧面面板没有连接,因而在安装侧面面板 时在前仓盖板上没有安装工作。

图 26 前部发动机仓盖板的折页区的构造

前大灯的范围 在这个区间,为了把前保险杠覆盖件安装在侧面板上面加了一个U 型的轨道梁。这 个梁是用固定卡子固定到侧面板上。见图27。

图. 27: 前大灯的范围区的构造 1 侧面板 2 U型轨梁

侧壁面板的固定 为了保护车身在刚度侧面板时必须注意下列事宜: ―― 固定侧面板的 C 型卡子必须表面特种保护, ―― 固定侧面板的两根螺栓下面的垫也必须表面特种保护。

图. 28: 侧面面板的固定方法 1 贯通螺栓用的专门垫片 2 轮罩固定孔 3 C型卡子

提示: 提示:轮罩和侧面板的固定用了三个卡子。这些定位孔是在侧面板深冲成形之前就 已经冲出来了。这样,这些孔不会是非常圆的。在固定卡子的时候一定要注意到这 一点。

底板结构
结构 在这个部分必须使用高强度的钢。

图. 29: E60 车身底部结构的分解图 (灰色 = 深冲钢; 浅绿 = IF钢;褐色 = 烘烤硬化钢; 兰紫色 = 微晶结构钢)

底板的结构和E65车的底板不一样,底板分成三节,和行李厢之间没有了隔板。隔 板和后排座在一起了。另外ISOFIX的固定方式的卡子也修改了。侧面框架外部加高 件是在侧面固定到纵向横梁上,这就使得在侧面碰撞和正面碰撞时明显提高了在门 槛区间的强度。

各个构件所用的材料及抗拉极限值的一览表 1 转向柱支撑台 2 前座的横梁 BH钢 - 260 N/mm2 IF型号钢 - 280 N/mm2

3 后底板横梁 BH 钢- 260 N/mm2 4 后底板 IF –钢 280 N/mm2 5 后窗框架,下部 BH – 钢 220 N/mm2 6 行李厢隔板,上部 BH –钢 260 N/mm2 7 行李厢隔板横梁 BH –钢 350 N/mm2 IF – 钢 240 N/mm2 8 左下底板 9 侧面进人通道框架 BH – 钢 260 N/mm2 10 外侧框架加高段 BH – 钢 220 N/mm2 11 侧面前部纵向横梁 微晶合金钢 - 420 N/mm2 12 发动机撑架加长段,后段 BH – 钢 350 N/mm2 13 前底板 IF – 钢 280 N/mm2 BH – 钢 350 N/mm2 14 发动机撑架上段 15 通道封闭板 BH – 钢 220 N/mm2 IF – 钢 280 N/mm2 16 通道

分成三件的底板: 前部的底板分成三件,其组成是: - 左前底板 - 右前底板 - 通道

图. 30: 底板构件 1 右前底板

2 通道 3 左前底板

这种结构的新特点在于下面各个构件和底板的固定是采用了特种方式的铆接的螺 母: - 中央低音音箱架 - AFS控制单元 - DSC传感单元,司机侧 - DSC传感单元,陪驾侧 - 动态驱动的加速度传感器,在陪驾的座位下面 发动机撑架后部加长段:

图. 31: 发动机撑架后部加长段 1 发动机撑架后部左加长段 2 发动机撑架后部右加长段

E60 车身的发动机支撑架沿着底板左面和右面一直底板下部。 发动机撑架的后加长 段的主要作用是为了降低车内仓的噪声,而且在侧面碰撞时它还具有对底板组件的 稳定作用。

行李厢的隔板: 行李厢隔板组合在后排座内。在这个白车身上目前只是在上部有行李厢隔板。 这也表明对于带和不带装货通口的车都用一种车身。 在出现碰撞以后行李厢的隔板一定要检查是否有损坏,特别要注意查看装货通口框 架侧面和后底板横梁的连接位置处,这个范围承受的负荷是最高的。

图. 32: 通道框架 1 通道架侧面和底板横梁后段的连接

后底板: 后底板现在分成三件。后底板的横梁结构上进行了加强,提高了抗扭刚度。另外, 也不再需要对儿童座椅固定处另外进行加强。

图. 33:

后底板

1 后上方底板和横梁的组合结构 2 后底板 3 后底板横梁组件

- 车后部结构
结构

图: E60 车身车尾结构的分解图 (灰色 = 深冲钢件; 褐色=烘烤硬化钢;浅紫色= 微晶合金钢) 各个构件所用的材料及抗拉极限值的一览表 1 前部冲压件 Cq 15 渗碳钢(冷作冲压)400 N/mm2 2 后部冲压件 Cq 15 渗碳钢(冷作冲压)400 N/mm2 3 后底板横梁 BH –钢 260 N/mm2 4 行李厢底板 多功能冲压钢板 180 N/mm2 5 保险杠板 深冲压钢板 195 N/mm2 6 尾部件横梁 BH –钢 220 N/mm2 7 侧后尾部件横梁 微晶合金钢 500 N/mm2 8 轮罩加长件 BH – 钢 260 N/mm2 9 后部纵向梁, BH –钢 350 N/mm2 10 后部轮罩,后面内部的半罩 BH – 钢 260 N/mm2 11 悬架弹簧减震杆的支座 BH – 钢 260 N/mm2 12 悬架弹簧减震杆的支座,下件 BH –钢 300 N/mm2 13 后部轮罩,前面内部的半罩 BH –钢 260 N/mm2 14 尾部横梁,侧面中部 BH –钢 220 N/mm2 15 滑板支板 BH –钢 260 N/mm2 16 行李厢前底板,深冲钢板 180 N/mm2
27. 01. 2003

悬架弹簧减震杆的支座: 轮罩分成四件。悬架弹簧减震杆的支座的强度提高,厚度增加为2.5mm。这样也就 无须其他的加固方法。

图. 35: 后轮罩 1 后轮罩后面内部半个 2 悬架弹簧减震杆的支座 3 后轮罩前面内部半个 4 悬架弹簧减震杆的支座的下部件

滑板支板也比以前提高了强度。它用于支撑后桥的横梁。

防撞板: 这个构件是三位一体的, 上面安装保险杠的可变形件, 这儿指的不是保险杠的杆件, 而是采用激光拼焊的冲压成形件。 这块板上的四个孔用来固定保险杠的可变形构件。

图. 36:

防撞板:

各个件用的材料 1 外板,冲压件, 2 mm板 2 内板,冲压板, 6 mm板 3 导向管,冲压件, 3 mm板

针对各国的全型号 -正面面板和组件 E60的白车身在右方向盘的情况带标准顶棚和可开启天窗。 右方向盘车身的正面面板和它的组件和左方向盘的一样,投影相反。 针对美国的车型上面,可变形件是固定在保险杠后面,起着防撞板的作用。

第四章
引言

接缝接合技术

在 E60 车身钢件区里面使用了各种接缝接合方法,例如Mag式焊接方法, Mig式钎

焊接合, 激光焊接,点焊接合以及卷边接合。 在车身的铝件区和钢铝过渡区,大多数是采用冲铆接合和焊贴接合方法。另外在车 身前面的铝件区由于它的电磁性能也使用MIG惰性气体保护焊。在铝制的外部面板 的构件使用卷边和全压边的接合方法。 在铝件上的这些方法也同样可用于轻金属的结构件。

钢件接合技术 点焊粘贴接合 和原来传统的点焊焊接技术相比,点焊粘贴接合有三个明显优点。首先,由于接合 方式是面接触受力状况改善,使车身的刚度提高(看图1)。由于刚度的提高也改 善了车身降低噪声的效果。 因为整个表面的粘合和密封的效果的改善,也提高了防腐的能力。 使用的粘合材料是1K环氧化物粘合剂,这种粘合剂的优点在于有很高的机械强度, 而且可以实施自动化的工艺操作。 提示: 提示 在维修的时候进行粘合是不可行的,要另外有其他的粘合点。

图. 37: 点焊粘合方法对动态刚度的影响 x 在点焊粘合区 1 在1号处扭曲 y 动态刚度 2 在1号弯曲处 3 车身前部摇晃

MIG钎焊 MIG钎焊,即这种惰性气体保护焊和一般焊接的区别在于,使用的材料是青铜焊丝, 它和要粘焊的基底材料不互熔,但却有非常高的粘合强度,有时甚至能够高于基底 材料的强度。由于使用的温度较低,对锌覆盖层的影响小一些。 由于钎焊料和基底材料之间的不同的电化学电位,在粘焊的部位内有良好的防止腐 蚀的能力。 提示: 提示 在对高强度的钢进行焊合的时候不容许使用铜基的钎焊料。

铝件接合技术 冲铆拼合 冲铆拼合技术是纯正的机械加工方法,过程里面没有加热。要拼合的构件采用冲铆 接合。这种方法不需要预先钻孔。在冲铆过程中冲铆的两个平面都要露出来以便加 工。在E60车身上面采用半孔铆接。把冲铆件放入冲压工装内,把铆钉冲进上面板 件内,把下面件的铆钉头铆死。为了防止腐蚀,铆钉表明也要专门的覆盖护层。 鉴于在有交变和振动负载时,铆钉的受力过大,可以在很高受力的部位加一道点焊 的工艺过程。 提示: 提示 如图内所示,在冲铆过程中在铆钉和工件的表明之间会有空隙。在这个空隙 内的空气在冲铆过程中受到挤压,接缝处会形成一条通道,以后会从这里进水。为 了防止住这个现象的产生,所有的冲铆处都要用PVC胶密封。

图. 38: 冲铆过程 图内的涵义 1 冲头 2 固定台 3 冲铆件 4 接合件 5 铆钉

A 和固定台一起夹紧 B 打进冲头 C 打穿上件 D 空间封闭 E 拉回冲头

钉牢锁住式拼合方法 钉牢锁住式拼合方法和冲铆方法很近似。但在冲铆方法里不使用其他的物资,因为 这个过程式纯粹的冲压成形过程。 在钉牢锁住式拼合方法里, 铆头的受力相对小些。 在E60 车身上仅仅是外部面板使用这种方法。 EMV Mig-焊接接缝 鉴于车前面的铝制部件都是使用冲铆拼合的方法彼此连接的,在车前面内部的电导 参数要给明,这和焊接的参数不一样,特别是对于快速老化的连接方位更是重要。 前车构件的不良的导电性会导致和外部的电磁波,例如从发动机点火装置来的,形 成涡流。这个涡流又会产生电磁波,干扰无线电接受。 为了解决上面讲的问题,前车的所有的部件彼此之间连接处都要用Mig的短焊缝连 接一下,这种焊缝被称之为防电磁的EMV焊缝。

提示: 提示 在进行维修时,上面讲的焊缝被两个M5的自装螺钉所代替,螺钉带有专门的 覆盖层。两个螺钉埋入接合区,为确保连接螺钉连接可靠,要预先钻孔。 钢件和铝件的接合技术 冲铆拼合 钢和铝之间会形成电解,会使铝件损伤。所以在钢件和铝件的接合的时候一定要注 意在缝隙内有没有电解质。 在E60 车身钢件和铝件的连接处采用拼贴和冲铆相接合方法。 这时粘合剂不但起着 密封的作用,也起着对接合方位的增强强度的作用。 使用的粘合剂是1K环氧基的粘合材料。这种粘合剂的优点是高强度,可以方便使用 自动化的工艺过程。 提示: 在铝件和铝件间的冲铆连接方法中使用的材料PVC也用于这里,以防止铆钉 提示 和工件之间的空间内进水。

第五章 GRV--减重型的铝制前部构件 减重型的铝制前部构件
在本章节技术文件里,对E60车使用的缩写GRAV是德文的“减重型的铝制 前部构件”的缩写。以下称为GRAV.。GRAV是 E 60车身的一个组成部分。 宝马公司是世界第一家使用这种结构的汽车生产厂家。在原来的Z8白车身已经使用 过铝制的部件,那是全部铝制的白车身,但在世界上只有7个维修点。但GRAV车身是 钢铝混合车身,在宝马的组织网络内到处可以维修。 - GRAV车的新特点 - 钢件和铝件混合使用结构 - 使用了合适的焊合接缝的工艺技术 - 对于电磁干扰采取了专门的措施 GRAV的优点 前部车身的重量减轻了 车桥的负荷分批和车的行驶特性进一步优化 由于重量减少使整个行驶舒适性提高了 减少了废气排放 概况 - GRV减重型的铝制前部构件

图. 39: GRAV结构概况 1 弹簧减震杆支撑 2 发动机支架 3 支撑架面板 4 连接件,外部 5 横梁面板 6 面板 7 A柱,内段

组件 ――― 轮罩 由于使用了压力铸造的弹簧减震杆支撑减少了各单件的数量,空间增大。 见构件图:

图. 40: E60的轮罩的解体图(兰色 = 铝镁合金; 浅褐色 = 铸铝合金; 浅紫色= 微晶合金钢) 部件明细和材料的拉伸极限值: 1 前端支撑板 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 2 前端支撑板的闭板 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 3 侧板支撑座的闭板 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 4 弹簧支撑座 G Al Mg 5 Si 2 Mn 5 A柱加长件 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 6 支撑座加长件侧面板,微晶合金钢 420 N/mm2 7 侧框架连接件 微晶合金钢 420 N/mm2 8 支撑架加长件侧面板,后板, 微晶合金钢 420 N/mm2 9 支撑架钢接合件侧板, 微晶合金钢 420 N/mm2 10 侧板支撑座的闭板 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 11 支撑座侧板,下部 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 12 支撑座侧板 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2

―――支撑座

支撑座的复杂造形的铝制部件是由5000系列的钢材制造的,属于自然硬化。在铝件 对铝件和钢件对铝件的连接处采用拼贴和冲铆的方法连接。 提示: 提示 在维修时更换支撑座的前部构件的时候,对能产生电磁场的焊缝要更换上自 埋式的螺钉。正如对所有的粘合处加以注意那样,在粘合处的全长上要查看是否足 够的粘合良好,一方面是检查平面的粘合,一方面也要查看在小缝隙内是否进水, 不能漏贴。

图. 41: 支撑座

1 浇口

支撑座是铝合金的,材料的商业名称是Magsigmal 59。和所有的薄壁的铸件的情况 一样,在构件的全长上的破断拉伸率是不一样的,离开浇口越远的地方,它的破断 拉伸率就越小。在V型件的固定处左近的破断拉伸率大约是14%,而在支撑座下端 仅仅是6%。 提示: 提示 尽管在支撑座的上段有很高的破断拉伸率,在这个方位打车身号码时最大要 使用500克的锤子,以便不破坏铸件的组织结构。如果在事故之后明显识别出支撑 座受到过很大的外力,即使没有看到支撑座有明显的损坏也要更换。 例如,当经受了车祸事故以后支撑座外边缘有外部损伤,要进行更换,有时肉眼看 不见,但在受力时内部会产生微小的裂纹。

A柱的车内段

图. 42: A-柱的车内段 (兰色 = 铝镁合金; 黄色= TRIP钢; 浅兰 =微晶合金钢, 褐色 = BH 钢)

图内明细和所用材料规格一览表: 1 横梁面板 Al Mg 3,5 Mn 140 N/mm2 2 横梁盖子 BH 钢 300 N/mm2 3 A柱内段 TRIP 钢 500 N/mm2 4 A柱加强段,下段 BH钢 350 N/mm2 5 A柱板,下段 微晶合金钢 500 N/mm2 6 A柱板,上段,微晶合金钢 500 N/mm2 7 横杆支座,前件 BH 钢 300 N/mm2 8 防碰撞盒 微晶合金钢 500 N/mm2 BH 钢 300 N/mm2 9 防碰撞盒支座 BH 钢 300 N/mm2 10 连接处加强段,外, 11 连接处,外 BH 钢 300 N/mm2 12 连接板, 外 BH钢 300/mm2

由于A柱内段在行驶运行的时候,特别是在碰撞时,受到了高的负载,因此这个构 件使用高强度的TRIP型号的钢。 提示: 提示 在对A柱的车内段进行点焊的时候一定要注意,要使用宝马公司认可的焊机, 要有合适的正压力和焊接功率。

- 发动机支座架 在这个车身上面使用了铝合金和钢的混合结构。见下图。

图. 43: 发动机支座架的分解图 ( 绿色 = 铝镁硅合金; 兰色 = 铝镁合金; 紫色 = 防碰撞铝合金; 浅褐色 = 铸铝合金; 黄色 = TRIP型号钢; 浅紫色 =微晶合金钢; 褐色 = BH 钢 ) 图内明细和所用材料规格一览表:

1 2 3 4 5 6 7

发动机支撑座外套 Al Mg Si 1 120 N/mm2 发动机支撑座,前方,外部 防碰撞铝合金 160 N/mm2 前部板的接板 Al Mg Si 0,5 150 N/mm2 发动机支撑座,前部,内段 Al Mg Si 0,5 150 N/mm2 发动机支撑座延长段,前部,内段 防碰撞铝合金 160 N/mm2 发动机支撑座加固件,后部 微晶合金钢 500 N/mm2 发动机支撑座,后部 微晶合金钢 500 N/mm2

发动机支撑座,前部,外段:见下图。

图. 44: 发动机支撑座,前部,外段

为了在车身正面碰撞时在发动机的区间尽可能地减少接收的能量,架子的异型管件 要有合适的形状和强度。为了保证这个要求,发动机支撑座外件使用特殊的合金材 料。制造这个构件分为两步,先是把异型管件制成基本形状,然后再冲压成最后形 状。

发动机支撑座,前部,内段:见下图。

图. 45: 发动机支撑座,前部,内段

发动机支撑座,前部内段和上面一样,先制造成基本型,然后再冲压。为了使发动

机支撑座和前车桥支撑架一起有一定的抗变形特性,在两个套件中间还加工成中 腔。.

发动机支撑座前后连接件

图. 46: 发动机支撑座 (兰色 = 铝; 黄色 = 钢) 图内1――接地点,带导线

发动机支撑座前部和发动机支撑座后部的过渡处也就是钢和铝的过渡处。正如在前 面钢和铝的接缝粘合处一样,在这里也通过粘合和冲铆来接合。为了防止冲铆处不 至于带电,在发动机支撑座前内段加长段和发动机支撑座前端各自有一个接地点。 这两个接地点之间用导线连接。 提示: 提示 在下面的图内可以看出,发动机支撑座和轮罩通过接地点,接地线和后面的 能带电的接缝和大地相接。如果有一个拼合接缝断开了这个导电链,则所有的在图 内黄色的那些件的接地就有问题了。如果是这样的话,这些部件在带高频磁场时, 例如,点火时,会影响无线电天线接收。电磁场的辐射电磁波不仅会影响无线电接 收,也影响和干扰车内的电控单元。 此外还有一个危害,这就是在冲铆接合部位会有大电场流,使铆合处发热,会使粘 合剂受到伤害。在对白车身的钢件进行焊接使用气体保护焊的时候一定要注意,千 万不可以在铝件上面连接接地线。

图. 47: EMV会带电的拼接缝

发动机支撑座前部维修座板

图48 内部 1-维修板 上部,2-维修板 下部

发动机支撑座前部维修座板是延用了E52 车身的该件,上面带有接线柱。在进行维 修的预处理阶段时,比如清洗,火焰涂抹,中涂和涂胶等等,把接线板放进发动机 支撑座内,用螺钉的拧动使之涨开,,使发动机支撑座外侧有一定的隆起。在发动机 支撑座外部把接线板和支撑架前部铆住,在其内侧也同样使用四个铆钉把接线板和 发动机支撑座固定上。

车身前部各面板

图. 49: 加强刚度的各构件 1--保险杠 ,2――加固板

保险杠撑架和发动机支撑座再加上前面板组成一个框架,这就使前车区域的刚度提 高了大约10%。 加固板和V型杆件再进一步使框架稳定,这又使车前框架的刚度提高了大约7%。 提示: 提示 如果连接这些件之间的各个拧固螺钉没有真正拧紧的话,这种提高刚度的办 法却会产生过大的噪声,甚至会导致零部件损坏。 ―――正面面板 ――― 这个面板是前部车身和客舱的隔离板,也是铝件和钢件的隔离处。 全貌:见下图。

图. 50: E60 车身正面面板的分解图 ( 绿色 = 铝镁硅合金; 兰色=铝镁合金; 浅褐色= 铸铝 合金; 浅紫色 = 微晶合金钢 ; 褐色= BH 钢)

带压块的V型连杆组件

图51 : V 型连杆组件

弹簧减震器支撑座和正面面板的横梁的连接是采用了V 型的连杆组件,这使前部车 身的刚度提高了大约 4 %。 V 型连杆组件是已经弯成形的铝管, 压块就像弹簧压座一样, 它是Magsimal牌号的 铸铝合金。 提示: 提示 如果V型连杆组件在固定后没有达到预定的扭矩的话,这种增加前部车身刚 度的办法会导致噪声,甚至零部件的损坏。 正面板横梁

图. 52: 正面板横梁

正面板横梁是采用内高压成形方法制造而成的。在这种方法中,把铝管放在金属的 模具内,在管的内腔通入高压油,使管子弯成模具要求的造型。正面板横梁和正面 板下件用激光焊方法焊接。

发动机仓隔板

图. 53: 发动机仓隔板 1――加强板 2――仓隔板

发动机仓隔板和弹簧减震座以及正面板都是采用冲铆和粘贴的方法接合的。由于电 磁起电的原因在发动机仓隔板,正面板下件和弹簧减震座之间采用MIG惰性气体保 护焊。 提示: 提示 在更换轮罩的时候,要断开发动机仓正面板,正面板下件和弹簧减震座的连 接,则每一个分开的EMV的会起电的焊缝都要用两根带专门镀层的M5的螺钉替换 上。在连接区内安好螺钉,事先要钻孔。 正面板外支撑座和外连接件

图. 54: 正面板外支撑座和外连接件 1――正面板外支撑座,2――外连接件

正面板外支撑座和外连接件对于前部车身的结构刚度大小是非常重要的。为了能够 承受高强的扭曲力矩,在外连接件处再附上一块加固板。

第六章 碰撞特性
为了保证对车内人员和内部物品的在碰撞时有最大的安全,在宝马公司的车身开发 和研制中注重了下列的事宜: - 承载的结构有高强度 - 最优化利用变形量 - 特别刚性的座舱 - 在座仓内部最大限度的给乘客提供空间 - 前部的布局要非常紧凑 - 高效的护身制动系统 除了下面讲的条件外,在E60的车身上面还要实现最低车身重量的要求。 碰撞试验时按照法律的要求进行的真正仿真的试验。实际的事故状态在实验室内事 先是难以预测的, 所以在车身开发和研制中要分析公司原来的有关事故的调查资料。 只有能够达到这些要求的车才是用户满意的车。

采用在实验室内再现式的碰撞试验,可以使车身的结构和乘客护身系统实现优化, 以便让乘客在车祸的时候得到最大限度的防护。 ――正面碰撞 ――正面碰撞 正面碰撞有两种,一种针对美国的,一种针对欧洲的,目的都是为了尽可能最真实 表现车祸事故的状况。两种方法是有区别的。欧美的方法是不一样的。NCAP New Car Assessment Program ““新车评估规划”对车的结构和乘客护身系统提出了最 高的要求,已做为消费者保护试验。

按照欧洲的NCAP规程进行的正面碰撞: 在欧洲的NCAP规程里面,车速是以64 km/h的车速开行, 40 %的障碍物横在正面, 车内有四个假人,两个成年人,一个三岁小孩和一个六岁小孩,障碍物是可变形的 铝制管架。

图. 55: 按照欧洲的NCAP规程进行的正面碰撞

按照美国的NCAP规程进行的正面碰撞: 在美国的NCAP规程里面,车速是以56 km/h的车速开行, 100 %的障碍物横在正面。 内有两个假人,障碍物是全刚性不可变形的。 但在美国还可以按照高速公路安全保险协会的规定试验,也即车速也是以64 km/h 的车速开行,40 %的障碍物横在正面。 在这两种方式里面,对于不同的地区把单项伤害评估和总体伤害评估放在一起就是 进行的评估的主要准则。

Abb. 56:按照美国的NCAP规程进行的正面碰撞

在正面碰撞时受力的传导: 在正面碰撞时受力的传导: 在正面碰撞时外力经过保险杠的支架传进车身。固定在保险杠撑架上的抗碰撞件把 力又传到发动机支撑座上。它和前桥撑架以及弹簧减震支座一起会产生碰撞后的变 形。 车和障碍物的碰撞接触面较小的时候, 这些力经过横梁从保险杠侧面抗碰撞件, 前板和前桥支撑座传导分配到车的左右两面。然后,受的力再同时经过发动机支撑 座传导到底板组件,经过发动机到正面板加强板到变速箱通道,经过车轮传到轮罩 内的门槛加长件的可变形件,传到A柱加强段和侧面框架上。 同样的重要传导路径是,承受的负荷经过弹簧减震座和轮罩上的支撑座传到侧面框 架上。 经过在弹簧支撑座后面的可变形范围区限定了传到在A柱上的力, 在A柱周围区间乘 客座舱不受力。

图. 57: 正面碰撞时受力的传导

图. 58: 正面碰撞时在底车身上的受力的传导

――侧面碰撞 ――侧面碰撞 侧面碰撞有三种试验。目的也是为了尽可能最真实表现车祸事故的状况。欧美的方 法是不一样的。NCAP New Car Assessment Program ““新车评估规划”对车的 结构和乘客护身系统提出了最高的要求。 在前两种方法里面,都是采用两个假人,一个在司机座位上,另外一个在司机座位 后面。在这三种方法中,对于不同的地区把单项伤害评估和总体伤害评估放在一起 就是进行的评估的主要准则。另外这些试验还使人们了解了可能会受到很高负荷的 一些局部的结构部件的一些特性。 按照欧洲NCAP规则的侧面碰撞: 在按照欧洲NCAP规则的侧面碰撞,以50km/h的速度,在司机座位一侧的可变形的 铝制管架障碍物和车进行碰撞。

Abb. 59: 按照欧洲NCAP规则的侧面碰撞

在欧洲NCAP规则对侧面路障碰撞时, 速度是以 30 km/h的速度的和直径为250 mm 的路障进行碰撞。

图. 60: 按照欧洲NCAP规则对路障进行碰撞

按照美国的LINCAP规则的侧面碰撞: 这个规则的英文全文是LINCAP Lateral Impact New Car Assessment Progam , 即 新车侧面碰撞规划。碰撞障碍物的速度为38.5mph(每小时迈),角度为27 度。

图: 按照LINCAP规则的侧面碰撞

在侧面碰撞时受力的传导: 在侧面碰撞时受力的传导: 如果在侧面碰撞是行驶的障碍物碰撞到车上,首先是碰撞力传到车门加固板和门锁

上面,然后传到A柱,B柱和C柱上进行分担。在继续变形时再传到在B柱和C柱的车 门加固板的保险挂钩。此外由于构件已经相互挤压也使车门内板压到门槛上,侧面 车身面板被压死。这就使框架的座舱内受力变形。 如果这种挤压变形继续加大的时候,门槛上的力就继续传给座位下横梁板,再传给 连接板梁,变速箱支撑座和底板板梁直到车身的另外一侧,同时对顶棚也加力了。 对于不带天窗的车身来讲顶棚向另外一侧传力,对于带天窗的车身则是由很高强度 的天窗分担了很大一部分力量。 如果B柱靠在座椅旁,则高刚度的座椅框架会传到车的另外一侧。

图. 62: 在侧面碰撞时受力的传导

――车尾部碰撞 ――车尾部碰撞 按照美国的法律,即FMVSS 301 (Federal Motor Vehicle Safety Standard)――联 邦各州机动车安全标准,尾部碰撞是70%的碰撞面,碰撞物的速度是50mph(每小 时迈)(80km/h),它的质量为1368kg.。 障碍物上带有可变形的铝合金管架。碰撞试验是在油箱加油口侧进行,也用于对燃 料加油系统的密封进行检验。另外也检测了在这种负载下的车结构,座椅结构,后 桥和行李厢里面的各个部件的情况。

图. 63: 按照FMVSS 301规则的尾部碰撞

在车尾部碰撞时的受力传导: 在车尾部碰撞时的受力传导: 在障碍物和车的尾部相碰撞时, 碰撞力经过保险杠架子可变形构件分配到车的两边。 在碰撞速度大约是15km/h的时候,这些被碰撞的可变形构件非常容易更换,费用不 高。 在更高的速度时则会使纵向支撑架产生变形。 这个力再经过后桥支撑和车轮子, 在全车身宽度上分布,作用在后部底板和门槛成形构件上。 在车身侧板后上部区域有受力分布和力的衰减变化。力传导到C柱上,再到顶棚, 一部分传到车门,向前传递。 在侧面框架的高负载区域和后桥支撑架连接处还有附加的加强构件。 还有一部分力要传到万向轴,到发动机和变速箱以及排气装置和电池上面。在万向 轴的区间有专门的可变形件。铝制的万向轴在中间轴承上有锥形法兰,但钢制的万 向轴带有外罩长管。 由于油箱是在后桥前面的最佳位置,在尾部碰撞时不会对油箱有损坏。

图. 64: 在尾部碰撞时在侧面面板上的力的传导过程

图. 65: 在尾部碰撞时在底板上的力的传导过程

――AZT规程的正面碰撞 规程的正面碰撞 ―― 这属于保险公司定的碰撞方法,是由德国著名的保险公司AZT,即 Allianz (国内 翻译为――安福)公司的技术中心研发的,试验条件是车速为15 km/h,以及40 % 的碰撞接触面,见图。碰撞物是坚硬墙壁。 这种试验是用来复查维修后的车,以便用于保险的兑付。

图. 66: AZT 正面碰撞

的正面碰撞的评估: 对AZT的正面碰撞的评估: 的正面碰撞的评估 对这种正面碰撞的评估内容不仅涉及到白车身的结构设计,也涉及到发动机空间的 设施,冷却系统和照明系统的损伤。 为了在这种试验里面把车身结构的损伤减少到最低,把保险杠装到三个彼此相接的 可变形区间里面。 保险杠横梁,外盖的泡沫塑料和可变形件在这三个区内。可以吸收碰撞能量的泡沫 塑料件放在保险杠外护板的后面。 泡沫塑料塞进铝制的保险杠横梁里。保险杠横梁用可变形件和发动机支撑座固定连 接。这三个变形区可以把受到的碰撞负载减到最小,这时不会对发动机支撑座有损 伤。这些件非常容易更换,这就使事故之后的维修费用很低。

图. 67: 在AZT规则的正面碰撞布置图 1 可以吸收碰撞能量的泡沫塑料 2 保险杠横梁支撑座 3 可变形的构件 4 发动机支撑座

――AZT规程的尾部碰撞 规程的尾部碰撞 ―― 这也属于保险公司定的碰撞方法, 也是由德国著名的保险公司AZT, Allianz (国 即 内翻译为――安福)公司的技术中心研发的,1000kg的碰撞物行驶,试验条件是碰

撞速度为15 km/h以及40 %尾部碰撞覆盖面,以不刹车的方式碰撞到车尾上。 这种试验是用来复查维修后的车,以便用于保险的兑付。

图. 68: AZT规程的尾部碰撞

的尾部碰撞的评估: 对AZT的尾部碰撞的评估: 的尾部碰撞的评估 对这种尾部碰撞的评估内容不仅涉及到白车身的结构设计,也涉及到发动机空间的 设施,冷却系统和照明系统的损伤。 为了在这种试验里面把车身结构的损伤减少到最低,把保险杠装到两个彼此相接的 可变形区间里面。 高强度硼钢制造的保险杠横梁安放在保险杠外覆盖件后面。用可变形构件和纵向横 梁固定。 这两个变形区接受碰撞能量,也不使纵向梁造成损坏。这些件非常容易更换,这就 使事故之后的维修费用很低。

图69:在ATZ尾部碰撞时的损坏状况图 1 纵向梁 2 可变形构件 3 保险杠横梁

康杰勋编译) (规划设计院 老专家 康杰勋编译)


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