新能源汽车的整车布置设计外文翻译资料

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第35 章

基本结构

到目前为止，我们已经处理了道路车辆的推进子系统-发动机、变速器、车轴和车轮。现在，我们即将了解发动机和变速器安装的主要组件，以及它与轴和轮子组件之间的互连。这当然就是运输单元，它还包括在舒适和安全的情况下运载乘员的身体，或者在卡车的情况下，安全和无损坏的有效载荷。

35.1 框架

直到第二次世界大战结束，绝大多数汽车都有不同的车架，类似于现在大多数现代商用车辆的车架，当然比现在小得多。车架的功能是承载构成整车的所有主要部件或组件-发动机、变速器、悬架、车身等。在图35.1 中给出了一个相当早期的阶梯式框架，但它是用不同的侧面构件绘制的，以显示两种不同类型的布局。 这些边，或主要纵向，成员通常是几乎相同的，虽然相反的手。 在这个例子中，在A是直的，因此很容易制造，它是向内向前面倾斜；在B，另一方面，是向内曲柄。在第一种情况下，锥度，如计划中所看到的，在第二种情况下，侧部的曲柄形成，是为了清除前轮时，转向全锁，但也方便采取发动机安装。 从侧面的高度来看，在这两种情况下，这些成员都是向上的，靠近后方，以清除后轴。

横向成员C（通常被混淆地称为交叉成员-与十字形成员无关）分离侧面 成员，促进对扭转载荷的整体反应，并帮助支持安装在上面或下面的部 件-例如变速箱或横轴。 理想情况下，如果悬挂弹簧或连杆相对于框架侧构件横向偏移，则在每个安装点D和E之间安装一个横向构件，以将施 加在每个侧构件上的扭转载荷-偏移-转化为横向构件中的弯曲载荷。可能需要额外的横向构件来承载车身或其他主要单元，如发动机或最终驱动单元-如果后者不在车轴中-以及局部支持侧构件，在那里它们向内展开

前面。最后提到的支持是需要的，因为边成员倾向于弯曲他们的扭结。这种弯曲是由于法兰中的拉伸和压缩载荷引起的严重局部偏转而发生的-通过垂直平面的弯曲-并将迅速导致疲劳失效。

当悬挂弹簧附着点的中心直接在侧构件的有效弯曲轴下时，横向支撑只 需在弹簧眼处承受侧载荷，在这种情况下，横向弯曲可能不大。因此， 它可以采取额外僵硬的前后扩展的侧成员，在这些扩展被称为哑熨斗

。

一般来说，在人们可能认为横向构件是必不可少的情况下，遗漏横向构 件的通常原因是需要允许螺旋桨轴在悬挂时上下移动，或者存在一些障 碍物，如发动机水槽、离合器或变速箱。 在某些情况下，螺旋桨轴穿过横向构件中心的垂直拉长的孔。

如果框架前部的曲柄部分没有横向构件支撑，则需要大量的绞盘或其他 形式的加固。 在其他情况下，例如在后弹簧附件，框架侧构件可以局部加固，以将载荷从弹簧支撑托架转移到最近的横向构件。

在图中35.1所示的最低边部，两个括号F向外横向延伸。这些车是用来载装在第二次世界大战前大多数汽车上的运行板的。类似的，但通常要短得多，托架携带车身侧面和其他部件，如发动机，变速箱和油箱安装。早期的汽车和大多数现代商用车辆传统上都有通道部分框架成员，如图35.1所示。-钢压机或由钢板或带钢制造。在可行的情况下，托架通过螺栓、铆接或焊接连接到截面的腹板上。 这避免了在法兰中引入应力提升器，当整个截面受到弯曲载荷时，法兰是应力最重的部件。 很重的

D

F

E

F

E

D

A

a

C

C

C

C

B

F

F

图35.1 嵌体(a)是纵向和横向的横截面传输结构

商用车辆、螺栓经常用于车架结构，包括横向构件的附着，因为这些车 架通常是相当容易接近的，因此维护比汽车车架更容易。 铆钉必须非常熟练地安装，最好是冷的，否则它们很容易松开。 在商用车辆所经历的严重绞刑载荷下，焊缝往往会出现疲劳失效。 由于这种载荷和需要避免局部高应力，由于整体刚度沿框架长度的突然变化-例如在驾驶室和车身之间-扭转刚性框架的箱体部分被广泛认为不适合重型商用车辆。 轻钢- 易于压制和焊接-过去是不变的选择，所有框架，但现代重型商业，甚至一些轻型车辆经常有框架碳锰钢，屈服应力约3620公斤/厘米2 。

随着独立前悬架的引入，底盘框架被要求承受更高的扭转载荷。 这是因为，半椭圆叶弹簧的中心在梁轴上必须很好地在前轮上留下一个间隙来 指导它们，而具有独立前悬架的有效弹簧基座-弹簧中心之间的距离-大 约等于轨道。 在这种情况下，当一侧的车轮只在颠簸上上升时，它对车架施加的向上推力对汽车的纵轴有更大的杠杆作用。

其结果是，必须寻求增加框架扭转刚度的手段。 如果它们的末端是封闭的-例如，通过焊接到它们，一个扁平或法兰板-或以其他方式强烈地增 强，使它们不能菱形或以任何其他方式扭曲，任何形状的管状部分-圆形

、椭圆形、三角形、方形、矩形等-本质上都是非常刚性的扭转。 因此

，这种截面开始用于汽车车架上的纵向和横向构件。 已使用的部分的选择如图35.2.所示。

在扭转中负载最重的横向构件当然是那些支持独立前悬架的构件。 这部分是由于制动扭转反应，这种反应是由道路的后推力施加在轮胎接触片 上，并通过制动盘或鼓式制动背板传递到存根轴，然后通过悬挂连接到

图1 35.2 一些底盘框架部分

框架。 此外，一个完全不同的扭转载荷产生在这个横向构件的结果是单轮颠簸-当车轮只有一侧上升。 这样的颠簸，提升框架前端的一侧，使远侧和后端在原来的位置向下，从而导致侧成员倾向于扭转前横向成员，顺便说一句，所有其他成员。因此，横向和侧构件之间需要沉重的绞刑。必须避免横向和侧面构件之间的连接处或附近突然发生局部刚度变化，否则将经历疲劳失效引起的麻烦。

在最后一个单独的框架设计的大型汽车生产的合理数量在英国是亨伯超级蛇，图35.3. 这有各种截面的箱型构件，以方便它们在地板下被容纳并相互固定。前横梁是一个非常大比例的顶帽截面，与其底部法兰焊接的关闭板。这样的一个部分是相当方便的连接套和托架，顶部和底部，携带悬挂链接枢轴，弹簧和减震器安装。 该框架也有一个十字形支撑构件，由通道截面焊接背对背。在中心，十字形构件拱的顶部法兰超过腹板的间隙孔，螺旋桨轴通过。

在十字形的两端和侧面部分的曲柄之间也有广泛的绞盘。十字形支撑构件在框架上的扭转加劲效应可以用两种方法之一来解释。首先，它与框架的相邻侧面和横向构件一起形成一个平面矩形截面的单个巨大管状构件，其外部边界在每一侧都是侧面构件的腹板，顶部和底部，侧面构件的法兰，横向构件和十字形支撑。从结构上看，这在效果上类似于扩展所有法兰，形成一个连续的腹板，关闭框架的顶部和底部，形成巨大的扁平矩形截面。 事实上，完全封闭实际上是成功地解决了

图1 35.3木材超级蛇。 框架的所有主要构件均采用12块SWG钢板

扭转振动问题，导致短跑在奥斯汀A90大西洋的发展阶段，并在1949年左右由作者专利。 任何给定壁厚的封闭管的刚度，顺便说一句，与它所包围的截面面积成正比。

另一种解释，特别是适用于早期形式的十字形支撑，是十字形实际上是四面体图。

四面体是具有扭转刚度的最简单的基本几何结构。 在大多数道路车辆中，十字形支撑的前后四面体具有锐角，而两侧的四面体在其顶端具有钝角。 当然可以有一个孔通过中央垂直柱，以清除螺旋桨轴，只要该柱是适当的加强周围的孔。也使用了骨干式框架。管状类型，图35.5，主要针对一些捷克斯洛伐克、德国和奥地利设计的车辆- 塔特拉、戴姆勒- 奔驰和Steyr Puch。 在某些情况下，管状骨架的两端直接螺栓固定在前部、变速箱和后部，最后驱动外壳上，而在另一些情况下，它们有叉状扩展，在 这些部件的臂之间。一个骨干式框架的例子，但实际上是通过将两个盒子部分的侧面成员并排在中心，在图中35.6.示出。这是1960年的《凯旋先驱报》，这可能是最后一辆生产数量的小型汽车，将在英国设计一个单独的框架。

骨架的优点包括低成本扭转刚度高，重量轻。缺点是携带身体两侧所需的外臂长度。这些臂容易引入扭转振动问题，因为它们的弯曲灵活性。一般而言，单独的框架具有能够接受各种不同物体的优点——因此即使对轻型商用车辆也具有吸引力。主要的缺点是，由于这样的框架必须容纳在车辆的地板下，它的深度是必要的限制，因此它的弯曲刚度-与其深度的立方体成正比-和它的扭转刚度是有限的。这可以通过使用空间框架来克服，在赛车中有很多例子，但这些都是复杂的结构，因此成本很高。它们适用于非常轻和简单的车身，例如增强塑料，但在任何情况下都必须安装车身

上。

图1 35.4十字形支撑和四面体

(a)

(b)图1 35.5

在Steyr Puch Hafflinger底盘(a)上，车身的地板框架安装在弹簧的顶部，其中一些垂直和扭转载荷直接通过车身平台施加，如(b)所示一个相当可观的结构，相当大的重量节省和经济可以通过设计身体，以便它可以执行的功能框架。

次级框架

子框架的使用有三个基本原因中的一个或多个。 第一个是

图1 35.6

将发动机或悬挂组件的高频振动与结构的其余部分隔离开来。在这种情况下，橡胶或其他弹性安装之间的子框架和主要结构。

其次，子框架可以隔离固有的刚性组件，如发动机或变速箱与底盘 框架弯曲的影响。这通常是通过在副框架和主框架之间插入一个三点安装系统来完成的，其中一个安装在主框架扭转的纵轴上，另一个安装在每一侧。

第三，可以使用一个子架来承载，例如，前后悬挂子组件，在那里使用车身结构的前端和后端，这将使其复杂性或成本增加到令人无法接受的程度，或在制造或维修或两者兼而有之方面带来困难。这种副车架使用的一个很好的例子是BLMini，它的前后副车架组件已经被一些工具包车制造商使用，因为发动机和前悬架，在它的副车架上，可以很容易地螺栓到前面，后悬架，类似的在它的副车架上，螺栓到另一个车身的背面，以接收它们。

整体和无底盘建筑

积分和无底盘构造这两个术语经常混淆，但区别很简单。 整体结构是指底盘框架与车身焊接或集成。 这是无底盘建筑形式演变的第一阶段， 在这一阶段中，没有底盘框架可以被识别。后一类的前两辆生产数量的车辆几乎可以肯定是Saab92和A30，其设计在1952年10月和12月以及1954年3月和4月的汽车工程师中得到了非常充分的描述。这四个参考文献中的前两个描述了车辆本身，而第二对阐述了作者开发的用于其结构设计的方法。

无底盘建筑的细节太多，变化和复杂，无法在这里描述。然而，原则上，它的优点是，车身面板形成的梁可能有50厘米深，而汽车底盘框架只有8至13厘米深，由一个完整的车身包围的面积也比由框架侧或横向构件的横截面包围的面积大得多。由于梁的强度和刚度分别与其深度的平方和立方体成正比，而盒截面的扭转应力和刚度与其所包围的面积成正比，因此车身壳体的强度和刚度可能远大于底盘框架。

在设计钣金结构时要记住的主要事实之一是，即使是一个简单的法兰也能令人满意地承载令人惊讶的东西

图1 35.7

A30型汽车几乎可以肯定是世界上第一辆真正无底盘的汽车投入生产。几乎所有厚度为0.914毫米钢的面板，主要例外是1.299、1.626和运载前后悬架的2.032毫米托架、1.626毫米前围裙和两侧与发动机平行的两个倒置通道段

大负荷，只要它是稳定的-支持的屈曲或其他形式的扭曲。 一个有用的经验法则是，法兰的应力将达到材料的屈服强度，只要其宽度不超过其厚度的16倍。这是近似有效的，只要梁的挠度作为一个整体是可以忽略不计的。 如果没有，例如，如果一个倒置的顶帽截面梁在其末端和点自由支撑，加载一个重量在其中心顶部，该组件将过早失效。

在这种梁中，加载将引起顶层的压应力和底部层的拉应力，即法兰，该截面。 当屈服应力接近时，梁作为一个整体将向下弯曲，法兰中的拉伸载荷将导致它们的外部边缘倾向于直拉伸-换句话说，弦向拉伸-而不是遵循其余梁的弯曲形式。 这反过来又会减少截面的有效第二个面积矩-转动惯量，因此法兰的较硬部分-与截面的垂直壁相邻-的应力将高于计算值，金属会过早屈服，截面扣和塌陷。

典型的无底盘车身结构如图35.7.所示。 点焊在其施工中被广泛使用，尽管一些未受应力的面板可能被螺栓固定，以方便在损坏时更换。

第36章

车辆安全

本章在设计的背景下涵盖安全，以避免事故（主动安全)，并保护居住者和行人免受严重伤害，如果他们涉及事故(被动安全）。主动安全，这是通过优化制动，乘坐，道路保持，转向和处理一般，将涵盖在第36.12节及其后。 被动安全可以分为两类：乘员的安全和被车撞到的行人的安全。

在行人安全方面，前端的设计都很重要。 理想情况下，前部将是一个垂直平面表面，在肩部和臀部水平上的刚度降低，这样它就不会比擦伤行人更糟糕，如果汽车撞到他们。 然而，显然，这是不切实际的，尽管许多所谓的人搬运类型的汽车在实现这一理想方面有很长的路要走。目前，保险杠的高度是固定的法律，所以最好的可以做的传统轿车是把前裙板向前，增加其刚度，并覆盖裙子和保险杠与减震材料。

所有减震材料在碰撞安全相关应用中的刚度是至关重要的：如果太软，人体所涉及的部分将直接通过它撞击到底层结构；如果太硬，其减震能力将降低。保险杠刚度涉及一个困难的妥协：如果太僵硬，它会折断骨头，如果太软，它就不能发挥其能量吸收功能。

在保险杠上方，镶板应该是一个平坦和几乎垂直的表面，以支持受害者的大腿和臀部。从前面板到阀盖前缘的过渡半径应足够大，以避免髋部和大腿骨的断裂。此外，它的高

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