第一节
车身结构基础

一、车身及其名词术语

车身是供驾驶人操作，以及容纳乘客或货物的场所，其主要作用是为驾乘人员提供安全、舒适的乘坐环境，隔绝振动和噪声，不受恶劣气候的影响。车身包括车身本体和装饰件、开启件、机构件、附件及其他可拆卸结构件，其结构组成如图1-1和图1-2所示。

1.白车身

白车身通常是指已经焊装好但尚未喷漆的白皮车身（Body In White），它是由车身本体、开启件及其他可拆卸结构件组成的总成，如图1-2和图1-3所示。经过涂装的车身称为涂装车身（Body on Primer）。

车身本体是车身结构件（又称车身骨架）与覆盖件焊接或铆接后不可拆卸的总成，如图1-4和图1-5所示。车身骨架主要为保证车身的强度和刚度而构成的空间框架结构，由梁（杆）和支柱等焊接而成，它使车身形成一个整体式结构，起主体承载作用。车身覆盖件是指覆盖在车身骨架表面上的板制件。车身覆盖件覆盖在车身骨架上，使车身形成完整的封闭体以满足室内乘员乘坐要求，并通过它来体现汽车的外形，以及增强汽车车身的强度和刚度。

开启件是车身上可启闭的各种舱门的结构件，包括车门、发动机舱盖、行李舱盖等。

2.车身外装件

车身外装件是指车身外部起保护或装饰作用的一些部件，以及具有某种功能的车身外附件，主要包括前后保险杠、车外后视镜、散热器罩、进气栅格、天窗及其附件、车身外部装饰条、密封条、车门附件及空气动力附件等。

3.车身内装件

车身内装件是指车内对人体起保护作用的或起装饰作用的部件，以及具有某种功能的车内附件，主要包括仪表板、座椅及安全带、安全气囊、遮阳板、车内后视镜、汽车内饰等。

4.车身电气附件

车身电气附件是指除用于发动机和底盘以外的所有电气及电子装置，如各种仪表及开关、前照灯、尾灯、指示灯、雾灯、照明灯等。另外，还包括音响及收视装置、空调装置、刮水器、洗涤器、除霜装置、信息显示和导航设备等。

二、车身的类型

车身（包括车架）与汽车的车轮、悬架系统构成汽车的行驶系统，是汽车行驶时的主要承载部件，承担着全部载荷，包括由发动机、传动系统和悬架系统传来的载荷以及各种路面工况下的作用力和力矩。因此，也将车身和车架称为承载系统。

汽车车身根据车型和结构型式的不同可分为不同的类别：

1）根据车型的不同可分为轿车车身、客车车身、货车车身（包括驾驶室和车厢）。

2）根据车身承载形式的不同可分为非承载式车身、承载式车身。

3）根据车身结构的不同可分为有骨架车身、无完整骨架车身。

下面介绍非承载式车身和承载式车身。

1.非承载式车身

货车（除微型货车外）与以货车底盘为基础改装成的大型客车和专用汽车，以及大部分高级轿车（出于对舒适性的考虑）和SUV（运动型实用汽车，包括越野车等）都装有单独的车架，此类车身通过多个悬置（橡胶垫）安装在车架上。当汽车在崎岖不平的路面上行驶时，车架产生的变形被橡胶垫的变形所抵消，载荷主要由车架来承担，因此这种车身结构是不承载的，如图1-6所示。但实际上，由于车架并非为绝对刚性的，所以车身在一定程度上仍承受着由车架弯曲和扭转变形所引起的载荷。

车架是跨装在汽车前后轴上的桥梁式结构，其结构型式可分为边梁式、周边式、中梁式和综合式四大类。

1）边梁式车架（又称梯形车架）由纵梁和数根横梁组成，如图1-7所示。因为要将车架设置在车厢地板下部，因此车身高度不易降低。边梁式车架被广泛应用于货车、大多数专用汽车和直接利用货车底盘改装的大客车，以及越野车、SUV（图1-8）。

2）周边式车架（图1-9）实际上是从边梁式车架派生出来的。相对于边梁式车架，周边式车架降低了地板高度，前、后两段的宽度收缩，中段加宽。前段宽度取决于前轮轮距和最大转向角，后段宽度取决于后轮轮距，中段宽度则取决于车身门槛梁的内侧宽度。前后狭窄段通过所谓的“缓冲臂”或“抗扭盒”与中段纵梁焊接相连，形成一种曲柄式结构，允许缓冲臂具有一定程度的弹性变形，因此可以吸收来自不平路面的冲击并降低车内噪声，还可以在汽车碰撞时吸收部分能量。由于车架中段宽度接近于车身地板的宽度，因此提高了整车横向稳定性，并便于车身室内地板的布置。这种车架的缺点是结构复杂且成本较高，因此多用在中高级轿车上。

3）中梁式车架（图1-10）主要由一根位于车身对称中心线上的较粗的纵向钢管和若干根横向悬伸托架构成，其特点是具有很大的抗扭刚度，结构上允许车轮有较大的跳动空间，便于装用独立悬架。但是此种车架的制造工艺较复杂且维修不便，因此应用不多。

4）综合式车架（又称复合式车架）综合了边梁式和中梁式两种车架的特点（图1-11），多用于轿车上。综合式车架的前、后端均近似于边梁式车架，中间为一短脊梁管，前后端便于分别安装发动机和后驱动桥。中部脊梁的宽度和高度较大，可以提高抗扭刚度。

非承载式车身结构的优点：

1）除了轮胎与悬架系统对整车具有缓冲吸振作用外，车身与车架的悬置还可以起到辅助缓冲，适当吸收车架的扭转变形和降低噪声的作用。这既延长了汽车的使用寿命，又提高了乘坐舒适性。

2）底盘和车身可以分开装配，然后总装在一起，这既可简化装配工艺，又便于组织专业化协作。

3）车架作为整车的基础，便于汽车上各总成和部件的安装，同时也易于更改车型和改装成其他用途的车辆。

4）发生撞车事故时，车架还可以对车身起到一定的保护作用。

非承载式车身结构的缺点：

1）由于设计计算时不考虑车身承载，所以必须保证车架有足够的强度和刚度，这会导致整车自重增加。

2）底盘和车身之间装有车架，使整车高度增大。

3）车架是汽车上最大且质量最重的零件，因此必须具有大型的压力机以及焊接、工夹具和检验等一系列较复杂昂贵的制造设备。

2.承载式车身

（1）承载式轿车车身 承载式轿车车身（图1-12）将车架的作用融入车身的结构中，因此又称整体式车身结构，它承担承载系统的全部功能。由于取消了车架，发动机和行驶系统的支点都在车身上。为了防止振动直接传入车身，通常将发动机和行驶系统通过副车架（或辅助横梁，如图1-13所示）与车身底架连接。副车架与车身底架纵梁之间设有橡胶垫以减小发动机和悬架的振动对车身的影响。采用副车架的另一个好处是，可以使动力总成和悬架等与副车架形成一个组装部件，这种模块化结构给生产和使用都带来了方便。当采用副车架时，由于副车架能够分担一些载荷，使前纵梁变形减小，因此也有人称带有副车架的车身为半承载式车身。

由于承载式车身是空间框架结构，可以充分利用车身承担载荷，所以具有整体刚度大、重量轻和整车高度低等优点。另外，其生产效率高，是现代轿车中常见的结构。但是承载式车身也有一些缺点：

1）由于取消了车架，来自传动系统和悬架的振动及噪声将直接传给车身，而车厢本身又是易于形成空腔共鸣的共振箱，因此会使乘坐舒适性变差。

2）改型比较困难。

（2）承载式客车车身 根据客车车身承载程度的不同，又可以将承载式客车车身分为半承载式和全承载式两种。

1）半承载式客车车身是指客车车身与车架刚性相连，车身部分承载的结构型式。非承载式和半承载式车身都属于有车架车身结构。

2）全承载式客车车身骨架及底架是由异形管制成的格栅式结构，没有单独的车架，局部格栅上可有覆板。车身采用封闭环结构，使整个车身都可参与承载。由于没有车架，所以可降低地板和整车高度。

全承载式客车车身具有众多优点，如车身质量减轻，结构强度与刚度提高；简化了构件成形过程，提高了材料利用率；整车重心降低，高速行驶时稳定性好；加工不需要大型冲压设备，便于产品改型，易实现多品种、系列化生产。全承载式客车车身的另一大优势是被动安全性好，欧洲进行的客车被动安全测试结果显示，全承载式客车车身能够在汽车翻滚及相撞等恶劣情况下保证乘客的安全空间。

三、车身的典型构造

1.轿车白车身构造

轿车白车身一般由大量的车身冲压零件焊接而成，如图1-14所示。

白车身主要由前车身、地板、侧围、顶盖及后部车身等部分组成。

（1）前车身 前车身的结构因前置发动机和后置发动机而不同，也因前置前驱、前置后驱及悬架、转向、发动机支撑方法而不同。

1）前围上盖板。前围上盖板是与左右前立柱相连接的构件，对提高车身整体刚度有很大的作用。另外，前围上盖板具有支撑前风窗的功能，同时具有将外部空气导入车内和将车内空气排出的通风作用。如果前围上盖板挡不住侵入的雨水、泥水及枯叶等，就会产生异味或导致空调装置发生故障，在设计时必须予以注意。

前围上盖板上通常要设置支撑转向柱的支架，要特别注意确保管状结构的转向柱支撑梁及车身有足够的刚度。前围上盖板还具有减小高速行驶时轮胎作用力和停车时发动机怠速振动作用力给转向装置带来振动的功能。

从保护行人的角度出发，应采用具有在碰撞时使前风窗支撑部及刮水器支撑部产生变形的吸能结构的车身。风窗玻璃的密封条一般与该部件粘结在一起。

2）前围板。前围板是隔开发动机舱和客舱的部件，安装有踏板类部件及空调，布置有线束、配管、转向柱等的贯通孔，同时还具有防止发动机及轮胎噪声进入客舱内的作用。有些车身前围板采用钢板中间夹防振材料的夹层式结构。

前围板还是控制碰撞造成客舱变形时，向地板纵梁转移由前纵梁传来的作用力的重要部件。为连接左右的前纵梁，还设置了前横梁，以确保刚度。其目前的趋势是，使这些构件厚板化并采用高强度钢板来制造。

3）前悬架支撑。前悬架支撑通常带有减振器的安装结构，与前纵梁共同承担来自悬架的作用力及碰撞时的冲击力，设计时应充分考虑这些因素。通过翼子板支撑梁与翼子板构成闭合截面，并通过前指梁与前立柱接合，确保承受来自悬架的作用力。该部件还具有吸收碰撞时冲击能量的作用。

另外，该部件还是轮罩与发动机舱的隔断，具有防止路面的泥、水进入发动机舱的功能。设计时还应充分考虑其可能与轮胎及防滑链发生的干涉。

4）前纵梁。前纵梁是构成前车身最重要的骨架部件，发动机、变速器、悬架装置及辅助部件均安装在前纵梁上。同时，它还是吸收碰撞时的冲击能量，确保车身刚度的主要骨架部件。

低速碰撞时，为保证车身不产生变形，前纵梁需要具有较高的刚度；而高速碰撞时，通过前纵梁的纵向弯曲变形，可高效率地吸收碰撞冲击能量。要实现这样的功能，前纵梁的形状及加强件是极为重要的设计因素。由于碰撞条件的提高，前纵梁多采用高强度钢板，以适应各种碰撞形式。

支撑前悬架载荷作用力的条件与悬架形式等关系很大。另外，带有副车架结构的汽车，其悬架的部分或全部作用力由副车架承受，因此应注意将副车架安装在前纵梁较为坚固的部位。

5）发动机舱盖。发动机舱盖通常由造型面的外板及增加强度、刚度的内板构成，发动机舱盖的性能要求如下：

①刚度大。应不使发动机舱盖产生凹坑，不影响其质感。

②耐压性好。用力压发动机舱盖后不至于产生塑性变形。

③整体弯曲和扭转刚度大。

④碰撞时产生适当的塑性变形，但发动机舱盖后端不应插入前风窗。

从保护行人的角度出发，发动机舱盖还应具有吸收碰撞冲击能量的性能。随着轻量化要求的提高，铝合金材料在发动机舱盖中的应用范围不断扩大。

6）前翼子板。要求前翼子板具有一定的刚度和耐压性。前翼子板和发动机舱盖的不同之处在于，该部位无法采用加强结构，一般将外板的加强衬附在里面，或加大钢板厚度。另外，为屏蔽发动机及轮胎的噪声，有时会采用消声材料或附加降噪材料。与发动机舱盖相同的是，从保护行人的角度出发，要求前翼子板具有吸收碰撞冲击能量的性能。随着轻量化要求的提高，铝合金材料在翼子板中的应用范围不断扩大。同时，造型自由度及碰撞复原性较好的塑料材料的应用范围也在扩大。

（2）地板 车身地板是车身的支撑部分。地板的主要功能是：确保承受悬架及驱动系统的作用力及改善NVH（噪声、振动、平稳）特性；防止外部的水、尘土、热量、噪声及异味进入车内，创造舒适的乘坐环境；撞车时可以保护乘员和燃料系统免受外力冲击，确保乘员生存空间；确保客舱的乘降性、货厢的宽度；确保轻微撞车后容易修复，隔绝排气系统的热量；确保使用千斤顶过程中、车辆牵引及运输过程中的固定作业方便易行。车身地板如图1-15所示。

轿车车身地板主要由地板、地板梁、支架、地板通道、门槛、连接板、座椅支架等构件组成。无论是非承载式车身还是承载式车身，在结构设计上，车身地板都应该提供足够的强度和刚度，从而保证车身的承载能力。因此，除地板构件外，在结构上设置加强梁、连接梁等承载构件也是必要的。

车身客舱和行李舱下的地板应根据车身底部的总布置设计和结构设计要求进行分块，一般分为前地板、中地板和后地板。除了应在地板上焊接各种结构加强件、连接板等构件外，地板件本身要符合室内布置居住性要求。满足布置备胎和燃油箱等的需要而被冲压成各种形状，也是提高地板构件强度和刚度的措施，如通道凸包、加强筋和座椅支座等结构，以及阶梯形的地板布置。对于两厢或三厢轿车车身，后地板上一般冲压出放置备胎的凹坑，而旅行车的后地板则多保留其平整性。

地板梁是地板的结构加强件，主要有地板横梁、后地板横梁、地板连接横梁、地板纵梁、后地板纵梁和其他地板加强梁等。地板梁焊接在地板上，是车身地板结构的重要承载构件。门槛是支承车身侧围的前支柱、中支柱和后支柱的下边梁，一般设计成封闭断面。为了提高强度和侧面碰撞安全性，有时在门槛的断面结构内加设加强板。支架是车身的连接、支托构件，主要包括地板纵梁的外伸支架、连接支架和安装固定支架等。地板通道是覆盖变速器及允许传动轴和排气管等通过的地板上的凸起结构，它能起到增加地板刚度的作用。

1）非承载式车身地板。对于非承载式车身，一般为增加有效空间而加大车架的宽度，其中以地板为下凹式框架为主。由于各种装置的作用力均由车架承受，地板的结构与承载式车身地板相比，更为简单。非承载式车身地板主要由前地板、中地板、后地板，后地板边梁，左右门槛梁等焊接而成，有时也包括前围板。地板通过悬置与车架连接。

2）承载式车身地板。对于承载式车身，要求车身底部结构应该是一个具有较高强度和刚度的完整承载体。在结构设计中，为了满足车身底部结构的这一承载特点，通常将地板梁结构和车身前纵梁、前横梁作为一个整体结构进行设计。车身底部前纵梁和后纵梁与地板结构的连接，一般采用交叉型梁设计原理，这对将碰撞时的力流分成许多分支传递有利，如图1-16所示。

（3）侧围及顶盖 车身侧围是决定车身整体弯曲刚度的重要部件。因此，对构成车身侧围的各种构件在设计时，既要考虑作为单独构件时的主要设计条件，又要考虑整体配合时的刚度平衡。图1-17所示为四门轿车的侧围结构。它们的结构及截面因生产厂家、车身类别及造型的不同而多种多样。顶盖都设有前后顶盖横梁，增加中间横梁的目的是提高顶盖的表面刚度。根据顶盖曲率、大小及钢板厚度的不同，顶盖横梁可设1～3根不等。

A柱结构形状应确保前方视野和翻车时的安全性。前铰链柱和B柱下部主要起支撑车体的作用，大力开门或压门时，将会给车门铰链及限位器等安装部位施加很大的力，因此应设加强板等，以确保安装部位的刚度和强度。为确保造型和视野良好，往往将B柱做得较细，但通常这个部位要安装安全带固定装置，因此在保证其强度的同时，还要设加强板。C柱从造型出发一般做得较宽，但要考虑后方视野。为确保C柱刚度和后座椅安全带固定装置的强度，C柱内板往往要设加强板。上边梁一般为闭合式截面，但要考虑乘员的居室空间和翻车时的安全性。

车身侧围的制造工艺有两种：一种是各部件单独冲压，然后焊接在一起构成车身侧围总成，这种方法可根据各部件所需强度和刚度分别选择板厚和材料，提高了材料的利用率，但是需要注意总成的接合方法和精度；另一种是外板整体冲压而成，这种方法可以简化模具和焊接设备，提高冲压精度，减少工作时序，但是由于板厚都一样，因此需要在必要部位增设加强板，还要注意材料的利用率。

（4）后部车身 后部车身是客舱后部的车身结构，一般指行李舱部位，其结构根据三厢车和两厢车大致分为两种。

三厢车后部车身的客舱和行李舱是隔开的，有连接左右车身侧围的后隔板（后座椅靠背支架）和行李舱隔板等。这种结构的后隔板和行李舱隔板是后部重要的横向隔板，是连接左右C柱、车身侧围及地板的构件，它对增加车身的扭转刚度起着很大的作用，是设计的重要部位。后围板在车身的最后部，是连接左右后翼子板的隔板，其不仅是形成行李舱的构件，还可提高车身的扭转刚度。后部加强板装在后围板上，是提高后围板刚度的重要部件。

两厢车后部车身的客舱和行李舱不是隔开的，即使是隔开的，也没有连接左右车身侧围的大型构件。这种结构不能像三厢车那样设置横向截面构件，因此必须确保开口部位本身的扭转刚度。后车门是开关频率高的部件，因此其安装铰链的地方要有足够的强度和耐久性。由于客舱和行李舱之间没有隔板，设计时还应对后部的降噪问题进行考虑。

三厢车的行李舱盖不仅具有防尘、防水功能，还是后部外观整体造型的主要部件。行李舱盖由外板和内板组成，内板还是外板的加强板、铰链和锁紧装置的安装部件。外板与内板是通过外板四周卷边与内板咬合，或根据需要进行焊接或粘接而成的。

两厢车的背门结构同三厢车的行李舱盖一样，由外板和内板组成，各钣金件都具有同行李舱盖相同的功能。背门内、外板的连接方法有用外板四周卷边加工的，也有在几处进行点焊的。

2.客车车身构造

客车车身的主要结构件包括底架（车架）、骨架和蒙皮。

（1）底架与车架 非承载式客车车身有单独的车架，车身通过悬置与车架相连。客车多用梯形车架，以两根纵梁为主，中间布以横梁，纵梁外焊上支腿（俗称牛腿）。

现代客车车身多为承载式车身，它没有独立的车架，取而代之的是底架。底架多为型钢或冲压件焊接而成，称为桁架，其刚度较大，如图1-18所示。有些公交用低地板客车要求地板距地面很低，这种底架前端和中部一般设计成车架式，车身后端设计成桁架式。

（2）骨架 小型客车很少有单独的骨架，大多由内外板冲压成形后焊接成封闭断面组成骨架，某些支柱类的支撑件也由冲压件构成，与内、外覆盖件焊接后共同组成受力系统。这种结构质量小，结构也较简单。

大型客车多采用骨架，用型钢、滚压件、冲压件构成纵、横梁形成网状骨架。骨架主要由前围、后围、左右侧围和顶盖几个单元组成。客车车身骨架如图1-19所示。

（3）蒙皮 大客车车身上的蒙皮可以分为两种，分别是应力蒙皮和预应力蒙皮。

应力蒙皮是将蒙皮先点焊定位于骨架上，再进行铆接，使蒙皮与骨架一起承载，故称应力蒙皮，它沿袭了飞机壳体的结构，如图1-19所示。这种蒙皮参与承载，因此顶盖可以使骨架比较细小，承力相对较小，车身自重较小，生产率高，但是车窗开口不能太大，窗立柱较粗，而且采用铆接装配，工艺复杂，工作过程中振动、噪声大，铆钉裸露在外，影响美观。

预应力蒙皮是指在车身侧壁的窗下梁至地板边梁之间，将一张大小为自车身前端第二立柱至最后第二立柱的薄板，放在平台上由专用胎夹具压平并拉伸约1‰，然后将胎夹具及贴实紧固的薄板整个吊装至骨架侧围相应部位的外边，进行贴合并将四周点焊，而蒙皮与中间各立柱不焊接，其间只加装衬垫物。撤去胎夹具后的蒙皮仍处于张拉应力状态，故又称张拉蒙皮。张拉蒙皮不参与承载，只在车身上起装饰作用（无铆钉、无接缝、表面光洁）。由于蒙皮受张拉应力，因此垂直于板面的刚度得以提高。

3.货车车身构造

货车车身一般为非承载式结构，主要包括驾驶室和货箱。货车的分类方法主要依据用途而定，因此货车车身的结构也与此相关。货车可以分为普通货车、全挂牵引车、半挂牵引车、特种货车、集装箱运输车等。

（1）驾驶室 现代货车驾驶室按结构可分为：驾驶室位于发动机之后的长头式；驾驶室部分位于发动机之上的短头式；驾驶室完全位于发动机之上的平头式，如图1-20所示。大多数货车驾驶室都是非承载式的结构，通过3点或4点弹性悬置与车架连接。

（2）货箱 根据货车作用的不同，货箱可分为多种类型，如图1-21所示。有时也可根据其封闭情况将其简单分为封闭式（厢式）和开放式（栏板式）两大类。