车身结构对乘车人的感受直接影响

汽车结构非常复杂，由车身、动力总成、悬架等系统组成。汽车的主要系统都“挂”在车身上，如动力总成系统通过悬置与车身相连，悬架通过隔振垫或直接与车身相连，排气系统通过挂钩与车身相连。车身是载人的地方，其结构特征直接影响乘车人的感受。因此，车身是汽车的核心，其结构决定了汽车的性能。

1.承载式车身和非承载式车身

车身分为承载式车身和非承载式车身。承载式车身是指车身主体与底盘大梁架连成一个完整的车壳，如图1-1所示。承载式车身没有独立车架，车身自身承受载荷。它的优点是结构简单、体积小、重量轻、成本低，缺点是车身的承载能力有限。绝大多数轿车采用承载式车身。

图1-1 承载式车身结构图

非承载式车身是指车身主体和底盘大梁框架分离的结构。底盘大梁框架的结构强度非常高，呈矩形或者梯形，布置在车身下面。这种结构的优点是车身的刚度高、强度高、承载能力强、抗弯曲变形和扭转变形的能力强，缺点是重量大、成本高、结构复杂。载重货车、客车、越野车、大型SUV和少数大型轿车采用这种非承载式车身。

本书以轿车为主来讲述车身的噪声与振动（NVH）问题与控制方法，因此本书所提及的车身都是承载式车身。

2.白车身、内饰车身和整车车身

按照车身上是否安装内饰件和是否形成一部整车来分类，车身又分为白车身、内饰车身和整车车身。白车身是指车身框架结构本体和板结构，包括横梁、纵梁、立柱、地板、顶棚、前风窗玻璃和后风窗玻璃。白车身又分为不带风窗玻璃的白车身和带风窗玻璃的白车身。直观地理解，不带风窗玻璃的白车身是指已经焊接成一体的车身，英文为Body in White，缩写为BIW。图1-1就是一个不带风窗玻璃的白车身结构图。

将车门、内饰件和座椅等结构安装在白车身上就形成了内饰车身，如图1-2所示。内饰车身包括了白车身、车门、发动机舱盖、行李箱盖、座椅、转向支柱、内饰吸声和隔声垫等。

图1-2 内饰车身结构图

将内饰车身与汽车上的其他系统安装在一起形成一部整车，这时的车身即为整车车身。整车车身与内饰车身的结构是一样的，它们之间的区别是车身的边界条件不一样。在整车上，内饰车身与其他系统相连，它受到了各个系统的约束，即有了约束边界条件。

3.车身结构的分类

车身设计涉及很多性能领域，如NVH、碰撞安全、疲劳与可靠性、油耗、操控等。每个领域根据自身的特征会对车身进行不同的分类，本书将从NVH的角度出发来对车身结构进行分类。按照NVH功能的不同，可以将车身结构分成四大类：框架结构、板结构、内饰结构和附件结构，如图1-3所示。框架结构是指车身上的横梁、纵梁和立柱等梁结构组成的框架，这些梁是通过连接头连接起来的。框架结构又可以分成梁结构和连接头结构。板结构是指覆盖在框架上的金属板件，如前壁板、顶棚、地板、侧围板、车门板等。内饰结构是指起到隔声、吸声、减小振动的部件，如前壁板隔声垫、阻尼结构等。附件结构是指安装在车身上的系统，如转向支撑柱、反光镜、座椅等。下面对这四种结构的构造和功能进行简单的介绍。

图1-3 汽车的结构分类

图1-4 车身框架结构图

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图1-5 侧围板

框架结构（图1-4）是车身的基础。框架由纵横交错的横梁、纵梁、立柱等梁结构组成，几根梁和柱交汇在一起，形成连接头。梁结构的尺寸、截面形状、跨度等决定了梁的刚度。连接头的连接方式对车身整体刚度影响很大，只有连接头局部有足够的刚度，才能将交汇在一起的梁紧紧地连接在一起。如果梁的刚度很大，但是连接头的刚度很低，那么由梁和连接头组成的框架的刚度就不会高。因此车身框架刚度是由梁的刚度和连接头的刚度共同决定的，而车身框架刚度决定了车身的模态振型和频率。

板安装在框架上，让车身形成一个封闭的空间。板分为纯板（或者是局部的纯板）和带支撑的板。纯板是相对支撑板而言的，即不带支撑的板，如图1-5所示的侧围板。大多数车身板是由金属梁或者补强梁支撑的，或者板被冲压出凸凹的筋，这类板就是支撑板。例如：车门外板的内侧有防撞梁或者补强胶支撑（图1-6），地板被冲压出一些加强筋，而且有梁支撑（图1-7）等。有时候，难以区分纯板和支撑板，比如顶棚。顶棚是一块由几根横梁支撑起来的大板，属于支撑板，但是横梁之间板的面积有时很大，故仍然将横梁之间的大板看成是局部纯板，如图1-8所示。

图1-6 车门外板

图1-7 地板

图1-8 顶棚

内饰结构是贴合在板上和梁上的结构，包括形成美观并具备吸声和隔声等功能的外饰件，以及抑制噪声和振动传递的非金属件。从NVH的角度来看，可以将内饰结构分成四类：隔声结构、吸声结构、阻尼结构和阻隔结构。隔声结构包括前壁板隔声垫、地毯等。吸声结构包括顶棚吸声件、前壁板吸声件等。在大多数情况下，隔声结构和吸声结构是做成一体的，从而形成了吸隔声结构，如前壁板的吸隔声结构（图1-9）。阻尼结构是在板结构上涂的阻尼胶（图1-10）和板结构上附加的约束阻尼结构（图1-11）。阻隔结构是在车身梁的空腔内填充发泡材料，以阻止声音在车身梁空腔中传递。发泡材料的体积很小，但是经过高温烘烤后，体积会增加几十倍，充满梁内一段空腔（图1-12）。

图1-9 前壁板吸隔声垫

图1-10 地板阻尼胶

图1-11 前壁板约束阻尼板及阻尼层

图1-12 车身梁空腔内的发泡材料

附件结构是指安装在车身上的其他结构，如转向管柱梁、仪表板、座椅、换档系统、后视镜等。这些结构与人身体的感觉和视觉直接相关，如果出现问题，人就会感受到由于这些结构引起的振动和晃动等。