奥迪汽车车身设计培训.ppt

1 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 奥迪产品知识培训 车身 2 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 3 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 q起源Beginning q车型Body Versions q基本结构Basic Structure q轻量设计Lightweight Design q碰撞Crash q质量Quality q应力应变Stress and Strain q涂装Paintwork q测试过程Test Procedure 4 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 1886年1月16日，卡尔本茨（Carl Benz）被授 予煤气内燃动力车辆专利，而在此的600年前，英国 哲学家和学者Roger Bacon已经做出了预言。“汽车” 的概念，也就是自动交通工具（Self-propelled vehicle），早在中世纪的时候，已经徘徊在先哲们的 脑海里了。 当它出现的时候，并不是我们今天所熟知的“汽 车”。第一辆汽车实际上就是一辆气喘吁吁的单缸发 动机的“破马车”，并且刚开始的时候，它也一直就是 这样。发明家和工程师们制造出了发动机，以及研究 出了推进方法，车架制造者提供了汽车的其他部分， 这就是后来一系列技术革新进步的成功的起点。驾驶 很快成为时尚，但是乘客却希望遮风避雨。 与其说它是汽车，倒不如说是“马 车” 历史起源 5 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 汽车的普及在欧洲却需要更长一点的时间，欧洲的生产商主要生产底盘和推进系统， 车身仍主要由手工制造。数百个公司为那些富人专门提供个性化的服务。 Citron为汽车制造又做出了新的革命，“7A La Traction”是第一辆具有整体承载式车身 的汽车，这就意味着汽车车架和车身成为一个不可分割的整体，并且具有前所未有的稳定 性，当然对于这种情况而言，只有在今天使用钢材或者铝合金才能实现。 汽车流水装配线是从福特T 型车开始的 1901年，第一辆梅赛德斯（Mercedes）轿车出现了 ，它拥有一辆真正的轿车应拥有的所有的“装饰”：前座、 后座、翼子板以及可折叠的车顶。发动机前置，后轮驱动 ，车身大量使用了木材和钢铁材料。 在1908年之前，独立的零部件都是由手工制作而成 ，亨利福特（Henry Ford）发明了流水线，在后来的19 年内，从那条流水线上生产出了1500万辆T-model，在北 美大陆，T型车成为主要的公众交通工具。 历史起源 6 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 大众汽车（Volkswagen），人们认为它就 是一辆能够让所有人都拥有的轿车。Ferdinand Porsche教授的革命性的设计已经为1938年汽 车大规模的生产做好了准备，但是因为第二次 世界大战，该设计并没有推向市场。战后，它 作为历史上最成功的轿车之一，开始了其成功 故事。它曾经是经济奇迹，直到今天，仍然源 源不断的从流水线生产出来。 第一个塑料车身从1953年开始由Chevrolet和Corvette大规模生产，这是十分有技巧 性的一个进步，因为车身在其第五代时能够抗腐蚀。否则，需要将钢板冲压成几乎无穷种 形状，大约一年需要做4千万次，而且钢板容易腐蚀。 历史起源 7 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 1982年Audi 100出现之后，情况就开始改善，镀锌钢板有效的减少了腐蚀，同样的， 铝合金的采用也经受了时间的考验。这种轻金属在汽车生产的早期时代就已经用来制造汽 车的零部件了。目前，在生产的全铝车身轿车只有奥迪公司和捷豹公司生产的轿车。 在将来，车身的制造有更多的近 乎苛刻的要求，更高的稳定性，更轻 的重量，制造的简易性等。是的，在 一辆轿车到达其生命周期终点的时候 ，应该能够利用旧车制造出一辆新车 出来，并且不需要太费力。但是当我 们将第一辆轿车与今天的豪华轿车相 比，我们就能预见到将来车身技术进 步有着更为精彩的未来。 历史起源 8 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 不同的车型根据他们的车身和用途来 区分，双排座轿车是大多数轿车所采用的形 式，它的主要特征是最多有四个侧面车门以 封闭车内空间。 双排座轿车可以细分为阶背式和溜背式 轿车（也称为紧凑型轿车）。 旅行车也有一个封闭的车身，与双排座 轿车有所不同的是，在车后门处有一个载物 空间。 双门车一般有两个全尺寸的车门。 运动型轿车也具有封闭车身，一般两门 两座。 紧凑型轿车属于双 排座轿车 典型的阶背式轿车 有实用后门的旅 行车 双门车，短车顶的 跑车 车型 9 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 敞篷轿车1在大多数情况下，是从双排座轿车和双 门车的车身演化而来的。它们采用可折叠的车顶来封闭 车内空间。越野车2是一种多功能车。 另外一种十分流行的车型是厢式车 3 ，如果一辆 车被定位为“乘坐者之车”，其乘员就不能超过9人，并 且他们搭载的行李与车身形状无关。另外还有大型豪华 轿车4 、带隔壁后部活顶豪华轿车5和活顶轿车6 。 无顶蓬的敞篷轿车 双门运动跑车 夏朗，厢式车，提供多种 内饰选择 车型 10 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 整体承载式车身 绝大多数现代轿车都具有一个整体承载式车身7，这种 结构的车身本体属于车架的一部分，适于大规模流水作业。 它包括预成型的零部件和由0.81mm厚的钢板做成的中 空壳体。在结构上，承载部件的厚度应该大于0.3mm 。每 个部件在平均5000个点上通过点焊与车身结构相联接。在此 之后，车身个性部件比如挡泥板、机舱盖、车门和后舱盖等 ，用螺栓连接固定在车身上。 整体承载式车身在刚度、使用强度、维修、重量和制造经 济性之间提供了最好的折衷方案，而且在发生事故的时候， 也是一个被动安全因素。 整体承载式车身提供更 高的安全性 车体 11 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 摩托赛车和大功率运动赛车的支承结构是管制承载构架，此结构的生产制造十分复杂， 因为许多设计的管结构不能够由机器人来一体焊接。当轿车在恶劣的稳定性和扭转强度的 行驶条件下，管制承载结构比整体承载式结构更优越。 摩托赛车，如同运动型赛车和方程式赛车一样，单壳体结构式车身的表现毋庸多言，车 身的支承单元是由高强度、轻质量的复合材料做成的，比如，碳素纤维。 管制承载构架 单壳体结构设计 梯子形车架 梯子形车架结构在今天已经成为绝大多数多功能车和 越野车的基本结构。钢体结构为发动机、传动器和底盘 提供了基座，车体安排在上面，不起支撑的作用。 梯子形车架主要用于 商用车 车体 12 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 空气动力学 车身设计另外一个因素是空气动 力学，优秀的车身空气动力学设计能 够有效地降低车辆在行进过程中空气 对于车身运动的阻力。车辆在运行过 程中，车速越快，空气阻力也就越大 。 汽车公司在新车型研发过程中， 必须对车身设计进行细致的设计和全 面的试验，以保证最佳的空气动力学 效果。当然改善了空气动力性能的同 时，也会提升车辆的燃油经济性。 13 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 奥迪空间框架结构（Audi Space Frame） 奥迪空间框架结构技术（ASF）在奥迪公司的很 多车型上都得到了成功的应用。车架的部件全部由高强 度铝合金以高压吸塑、真空整裁或片状结构制造，并以 小钢钉以非单一的焊接方式焊接而成，采用了先进的水 压模制8技术。 奥迪空间框架结构技术目前虽然制造成本较高， 但是采用此技术能够提高车身强度，降低车身质量， 同时给整车带来更高的经济性和运动性能。另外，铝 材可以完全回收利用，具有重大的环保意义，我们相 信Audi Space Frame有着更为美好的明天。 车体 14 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 为降低轿车的重量，到目前，人们广泛采用铝来制作车门和发动机罩盖等部件。铝9已 经被用于制造高性能赛车的车身。作为最早大批量生产的轻金属车身的车型， Audi A8在汽 车史上写下了浓墨重彩的一页。众所周知的ASF(Audi Space Frame)提倡由不同的截面轮廓 构成的车身结构，其中，带平面的部件也能够支持结构的稳定。由各种合金铸造而成的部件 用于机械应力非常高的地方。整个车身采用轻金属可以减重50%。 但是轻量不仅仅通过使用类似铝或者镁10等轻金属来实现，新的制造技术能够运用高抗 拉强度的钢板来制造车身，在降低了钢板厚度的同时能够提供同样的稳定性。 车身上使用轻金属能够减少车辆的总重量，相应的，也减少了油耗。铝抗腐蚀，能够完全 回收并以最小的损失重复使用。 LUPO 3L的 车身包含3 种材料 材料 应用 轻量 设计 轻量设计 15 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 车身的重量在经过严格采用轻量设计技术后能够显著地减少，而且轻量化措施并不仅限 于车身设计，在底盘和内饰的设计中也能用到。 合成材料11在车身的制造上变得越来越重要了，许多部件，比如保险杠，扰流板，水箱 ，轮毂座垫片，轮毂盖等在今天都是由塑料材料制成的，与车身侧围模具和保险杠护栏的能 量吸收单元材料相同。即使对于白车身、附加部件如发动机罩，车门和挡泥板，塑料制品也 变得越来越重要了。 在车身上使用轻金属会显著的降低整车的重量，而且塑料能够抵抗弹射的石子和自然腐 蚀的侵蚀，同时，还能十分方便的制造出复杂形状的部件，另外，这些部件维修简便。根据 受损程度的不同，部件或是简单更换，或是在受损部位用粘合剂粘牢即可。 铝镁 塑料在轻量设 计中的使用 轻量设计 16 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 一辆新车保护乘员的能力要汽车产商在不 同的碰撞条件下进行实车测试，这些就是碰 撞试验。许多安全因素需要在每一款新车上 作匹配。“外部安全性”需要进行轿车所有的外 部测试，以减少在发生意外的情况下对车外 行人造成伤害的几率。“内部安全性”包括减少 在发生事故的情况下，对乘员造成的伤害。 一方面，包括一个硬性乘员单元，确保乘员 的生存空间，另一方面，车身的其他部件需 要在可控的方式下发生变形，以在发生事故 的情况下吸收尽可能多的能量。 碰撞试验 人们用计算机模拟的方法得到了稳定性和变形的参数，根据这些参数进行了各种无数的冲 击试验而得到的知识为乘员提供了更高的安全性。注意：被动安全特征能够减少危险，但是永 远不能完全消除危险的发生。 碰撞 17 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 在有限元单元模拟中（有限单元，一种计算 机模型，用于确定部件的变形和应变），制造商利 用高性能计算机检测新设计的车型的防撞性能。在 CAE 12模型制作之后，将转变成为有限元（FE） 模型。 车身结构由最简单的几何体单元组成的网络构 成，单元节点数能达到80 000个。计算机将这些节 点连接起来，并把材料的厚度以及其他特性参数输 入程序，进行极其复杂的计算，然后就能够确定出 在遭受来自各个方向和变化的作用力时候，模拟车 身的变形行为。通过这种方式，就能够短时间内在 不破坏实车的前提下检测不同作用力的相互作用方 式。 为在计算机上模拟碰撞，车身用最 小的有限元单元网格来进行划分 碰撞 18 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 车身质量对于驾驶性能、舒适性、噪 声级别，当然也包括寿命长度，都有影响 。只有设计和制造工作相互协调工作，才 能实现良好的质量。由钢板制成的数百个 独立部件通过大约5000个焊点焊接在一 起。 Cubing，就是定位焊点的过程，焊 点的焊接应该训练机器人来完成 车身质量 19 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 点焊13 ，尤其是用电镀钢板进行焊接，需要一些参数，诸如：电极功率、预热时间、焊 接时间以及对于每个焊点所需高精度的电流保持时间。有时候，每个焊点需要单独控制，焊 接本身也需要在毫米精度内准确定位。象这种要求苛刻的焊接只能使用焊接机器人来完成。 机器人正在精确定位焊点车身的制造 车身质量 20 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 激光焊接现在变得越来越重要了，激光能够 将光能集中成为细微的射线，可以通过光纤传输 ，实现柔性制造和远程加工，完成高精度的焊接 。同时工件焊接变形小，可以进行高深宽比的焊 接。焊接过程由计算机进行智能控制，保证焊接 质量。 激光技术已经为轻量设计（精密焊接翻边）和 更高的强度开启了新的大门。 激光焊接 车身质量 21 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 在设计阶段，衡量车身质量一个起决定作用的标准是维修的简易性。决定性是指：在什 么类型的事故中，什么部件受损，用什么材料，多快才能维修完毕。 维修的简易性对于客户的要求有两方面的影响，一方面，零部件的成本以及实施维修的 影响是决定性的因素；第二，其全程保险的等级受到各种模式的维修方式的简易程度的制约 。 车身质量 22 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 虽然计算机技术正在飞速发展，然而在汽车的生命 周期内，作用在车身上的应力应变只能部分的加以确定 。正因为如此，制造商将他们的汽车置于真实的运行条 件下进行充分的测试。与零部件和底盘所处的真实条件 下进行的测试有所区别的是，车身质量受到测试过程中 ，在规定的路面上运行的确定行驶里程的影响。人们建 立了大量的测试站点14以进行类似的测试。除了机械作 用之外，湿度和盐分的影响也需要测试。实际的测试也 需要这些，在真实交通条件下驾驶也往往遇上通过水域 或者盐水的路况。在正式大规模生产之前，测试小组的 测试项目要涵盖在高速公路和乡村道路上数百万公里的 路试，要经历各种极端的天气或者路况，以测试单个部 件，同时也包括整车的性能。 测试程序中包括在盐水里面 的淋泡 在装车付运之前每辆轿车的 水密性必须要经过检查 车身测试 23 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 高质量喷漆的美学考虑实际上应该置于第二位， 防腐蚀是需要考虑的最重要的因素。 第一辆从流水线生产下线的轿车，T型车，只有 一种颜色-黑色。今天油漆的生产商可以提供超过2000 种不同的油漆15和明暗16的组合，都应用在自动涂装 线上。现在水溶性漆17的发展十分迅速，每年光为德 国的汽车制造业就节省了大约40000吨有毒溶剂的使 用。涂装包括不同的涂层，清洗，脱脂，磷化后的白 车身为车身提供了第一层的涂层，车身浸入清洗盆之 后，再浸入浸浴盆，经过两次冲洗和干燥的循环后， 涂料就可以打磨了。然后，有几种方法来保证焊缝和 地板的密封，填充的填料在150下进行烘干。在表层 打磨和清洗之后，干净的漆将“湿对湿”地喷到车身上， 两层涂料都在130下烘干。 喷漆现在完全自动化 喷涂系统和防腐蚀 涂装 24 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 涂装 车身面漆主要有普通本色漆、金属漆和珠光漆等 几种。 本色漆主要有白色、黑色、红色和黄色等颜色， 通过添加银粉，可以分别得到珍珠白、酒红、碳黑和 金黄等表现力更强的颜色。 金属漆是指Metallic Paint，漆里掺配金属粉末。金属漆具有非常高的硬度，不容易被 刮伤；而且车身颜色明亮，在光线的折射下，从不同的角度观察车辆会得到更为丰富的车 身颜色以及车身轮廓的变化。 珠光漆是在漆里面添加云母粒，车身反光具有一定的方向性，可以看到色彩斑斓的车 身颜色变化。 25 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 密封是基本的，因为车身的不同部件承受着不同的力，地板，前端和发动机舱比其 他部件更容易受负载和天气条件变化的影响。尤其是水会加速微观组织和未保护金属表 面的腐蚀过程。密封条和下底板用合成的密封剂进行防护，另外，板面也用有机或者合 成树脂保护，车身空腔里充满了腊。 喷涂系统在车身空腔预热灌腊封存之 前必须预热 车身密封 26 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 最安全的保护钢板免受腐蚀的措施就是 电镀，电镀并不是将一层锌沉积在钢板上 ，而是与之反应，生成一个稳定的结合层 ，能够对表面损伤起到保护作用。 车身保护得越好，其保持稳定性的时间 就越长，就能够更好的提供稳定性。当然 不同的安全措施也对维持轿车的价值有益 ，并且保证二手车持续稳定的轿车性能。 车身正浸入电泳液上底漆 电镀 27 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 与所有关于质量保证的建设性和技术性的措施一样 ，为给顾客创造一个高质量、长寿和安全的产品，需要建 造试验台架和在真实条件下进行无数次试验 除了在测试场所进行的测试循环外，在所谓的弯曲 试验台架上进行车身的刚性试验一直以来也是整个测试程 序中十分重要的部分。车身刚度对于安全性、舒适性以及 耐久性都是重要的影响因素。偏转和扭转越小，车门和机 舱盖的弹性变形就越小。振动特性18也很重要。 无论测试循环、计算机模拟和弯曲试验台架会揭示出 什么不足，仍然是逊色的理论，而且很显然不能揭示所有 的事实真相。整车质量或许只有在极端“真实寿命”条件下 进行十分细致的试验才能确定。因此，制造商把测试小组 和车型送到地球上气候和路况最恶劣的地区去做各种试验 。 车身的刚度必须在振动台架 上演示出来 没有一个试验能够取代真 实条件下的测试 车身测试 28 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 奥迪产品知识培训 车身 1敞篷轿车（Cabriolet） 所有没有固定车顶，而采用帆布车顶的轿车都可以称为敞篷轿车 2越野车（Off-road car） 越野车一般都有坚固的箱型断面车架，最小离地间隙高于平均值 3厢式车（Van） 它具有与中产阶级私家轿车相同的车身尺寸。它最多能搭乘8名乘员，或者各种可折叠座椅的组合，也能 为行李提供空间 4大型豪华轿车（Stretched limousine） 大型豪华轿车具有扩展的乘员空间，最多可以有六个门，一般用于展示 5带隔壁后部活顶豪华轿车（Landaulet） 这种车也用于展示，在后部有一个可折叠的车顶 6活顶轿车（Roadster） 活顶轿车在完美主义者眼里才是真正的运动型跑车的典范，开放的乘坐空间、两座、没有车窗。意大利跑 车制造商将活顶轿车也称为“Barchetta”（小船） 7整体承载式车身（Self-supporting body） 这种车身是一种标准设计，它由空心的钢板构件和车外板通过焊接机器人或者四点焊接机器焊接在一起， 根据车型的不同，在120-200米的翻边上需要超过5000个焊点。车身个性化部件，比如车门、前翼子板、 发动机罩、行李箱盖都必须用螺钉紧固在车身上，有些部件可能用塑料制造，而不是钢，比如前翼子板或 顶盖 名词解释 29 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 奥迪产品知识培训 车身 8水压模制技术（Hydro form） 利用水压模制技术可以改善传统车身冲压部件应力分布不均的缺陷，而是采用高水压对铝材进行压制，得 到应力分布均匀的车身部件，能够减轻车身重量，并且提高车身刚度 9铝（Aluminum） 铝具有低比重和高寿命的优点，它有着广泛的应用场合，可以作为纯铝使用，也可作为很多合金的基金属。 从四吨的矾土中可以提炼出两吨的氧化铝，从后者可以继续提炼出一吨的纯铝。电解过程需要2万千瓦的能量 10镁（Magnesium） 镁很容易腐蚀，一般作为镁铝合金基金属使用，也是通过电解方式得到 11合成材料（Synthetic materials） 塑料是把石油、天然气、石灰石、水和空气等原料，按照一定的工艺制造过程进行合成得到的 12计算机辅助工程（ CAE:Computer Aided Engineering） CAE能够帮助设计者工作更有效率，设计和车身形状的细节做成可视化的效果，在实际制造之前就 可以进行 更改 13点焊（Spot welding） 点焊使得钢体车身的大规模制造成为现实，而且车身也可以作为焊接电阻的一种形式，电流通过电阻可以产生 热量，在焊接过程中，电压只有几个伏特，但是电流却大约有600012000安培，车身不同部件焊点之 间的 结合力在3500 12000牛顿范围内 名词解释 30 * 奥迪产品知识培训 车身 车身 14测试站点（Test sites） 汽车公司一般都会建立本公司的测试站点，例如大众汽车公司的测试站点就建在Laeburger Heide的南侧， 各种可能的路况条件都要进行测试。汽车公司会采取严格的安全限制，确保任何有关车型的信息、图片以 及其他秘密的研发情况不会泄密 15油漆（Paints