Глава 6. Кузов легкового автомобиля

6.4. Оборудование кузовов

Система вентиляции и отопления. Кузова легковых автомобилей оборудуются устройствами, улучшающими их комфортабельность и обеспечивающими управление ими: это элементы системы вентиляции и отопления кузова, органы управления и контрольно-измерительные приборы, стеклоочистители и омыватели стекла.

Известно, что человек делает примерно 15 вдохов в минуту. При этом он потребляет около 0,5 л кислорода и выдыхает до 0,4 л углекислого газа (ССЪ). Если же водитель управляет автомобилем в сложных дорожных условиях, то число дыханий его увеличивается примерно до 20 в минуту, а потребление кислорода и выделение углекислого газа доходят до 2 л/мин. Таким образом, количество кислорода в замкнутом объеме салона довольно быстро уменьшается, а количество выделяемого углекислого газа возрастает.

Если в воздухе салона автомобиля будет содержаться 2% углекислого газа, то через несколько часов пребывания в таких условиях у человека произойдет резкая потеря работоспособности, возникнут тошнота и другие неприятные явления. Избежать названных неприятностей можно только путем организации воздухообмена с окружающей средой, например открыв окна. Однако такой способ не всегда дает ожидаемый эффект (например, при дв-ижении автомобиля с малой скоростью) или вообще неосуществим (например, при сильном дожде или запыленности воздуха). В современных автомобилях воздухообмен осуществляется с помощью специальной системы вентиляции, обеспечивающей принудительную подачу в салон до 10 м3 воздуха в минуту. При этом скорость воздушного потока в салоне не должна превышать 0,5 м/с, чтобы не создавались сквозняки, отрицательно влияющие на самочувствие человека. Система принудительной вентиляции состоит из заборника воздуха, водо- и пылеотделителя, вентилятора, воздуховодов, отверстий для выхода воздуха из салона. Забор воздуха извне осуществляется в передней части кузова в зоне повышенного давления (например, перед лобовым окном), а. вывод — в задней части в зоне разряжения (рис. 6.15).

Воздух, поступающий в салон, с помощью воздуховодов с дефлекторами (направляющими насадками) распределяется следующим образом: основной поток по центру салона на уровне груди сидящих пассажиров, поток в зону ног, два потока вдоль боковин назад, поток к ветровому стеклу.

Для обеспечения нормальных температурных условий в салоне автомобиля в холодную погоду необходимо подогревать воздух, подаваемый в салон, с помощью системы обогрева, объединяемой обычно с системой вентиляции. Для этих целей проще всего использовать тепло, вырабатываемое двигателем. Недостатком такого способа является ‘зависимость от режима работы двигателя, т. е. система будет работать только при работающем двигателе, система с собственным источником тепла, как это имело место в легковых автомобилях с двигателем воздушного охлаждения Запорожского автозавода лишена этого недостатка, но для ее работы требуется дополнительный расход топлива.

На рисунке 6.16 представлены в качестве примера основные элементы системы вентиляции и отопления кузовов автомобилей «ВАЗ-2108» и -2109». Они размещены в передней части салона под панелью приборов. Воздух, нагнетаемый электромотором 2 с вентилятором 3 в отопитель, может поступать в салон через радиатор (теплообменник) /, подключенный параллельно к системе охлаждения двигателя, минуя радиатор или частично смешиваясь с прошедшим через радиатор воздухом.

Отопителем управляют заслонкой 14 с помощью рукоятки 9, связанной с краном отопителя. При перемещении рукоятки вправо или влево одновременно открываются или закрываются кран отопителя и заслонка 14. При открытии крана и заслонки воздух проходит через радиатор /, а при закрытии— минуя его. По воздухопроводу 5 воздух подается для обогрева ветрового стекла. Количество его регулируется заслонкой 4, управляемой рукояткой 10. Через центральное 7 и боковые 6 сопла воздух поступает для обогрева салона и боковых стекол кузова. Количество поступающего воздуха регулируется заслонками 15, размещенными в соплах.

По воздуховоду 12 и через окно 13 отопителя воздух подается в зону ног водителя и пассажиров. Количество воздуха регулирется заслонкой 8, управляемой рукояткой //. Температура воздуха, поступающего в салон, регулируется количеством жидкости, подводимой к радиатору через кран.

Органы управления и контроля. Органы управления и контрольно-измерительные приборы представлены на табл. XVI цв. вкл. и на рисунке 6.17. К органам управления относятся рулевое колесо 4; педали привода сцепления 16, привода тормозов 15 и управления дроссельной заслонкой карбюратора 14; рычаги переключения передач 11 YL СТОЯНОЧНОГО тормоза 12; рычаги переключения указателя поворота, света фар и стояночного света 3, переключения стеклоочистителей и омывателя лобового стекла 13 и привода замка капота 2; выключатель зажигания 5; пульт 10 управления системой вентиляции и отопления; рукоятка 17 управления воздушной заслонкой карбюратора; включатель 18 звукового сигнала; выключатели обогрева заднего стекла 6, заднего противотуманного света 7, аварийной сигнализации 8; переключатель 9 наружного освещения; выключатель 20 освещения приборов.

Контрольно-измерительными приборами являются спидометр, указывающий скорость движения автомобиля и пройденный путь; амперметр, измеряющий силы зарядного и разрядного токов; вольтметр, служащий для контроля работы генератора; указатели температуры охлаждающей жидкости, давления масла в смазочной системе двигателя и уровня топлива в баке системы питания двигателя и др.

Спидометр (рис. 6.17, а) состоит из двух механизмов: указателя скорости и счетчика. Первый включает в себя валик / привода магнита 2, металлический диск 3, стрелку 4. При движении автомобиля вращение от ведомого вала коробки передач с помощью гибкого троса передается валику /, магниту 2. При вращении магнита магнитный поток пронизывает диск 3 и в его теле индуцируется электродвижущая сила, создающая вихревые токи. Они, в свою очередь, тоже создают магнитное поле, которое, взаимодействуя с полюсами вращающегося магнита, вызывает поворот диска 3 в сторону вращения магнита, а вместе с ним и стрелки 4, указывающей на циферблате скорость движения автомобиля. Момент вращения диска 3 уравновешивается противодействующим моментом пружины 5.

Счетчик спидометра состоит из валика 7, приводимого во вращение от валика / привода, и валика 6, связанного с барабанчиками счетчика, на наружной стороне которых нанесены цифры от 0 до 9.

В корпусе амперметра (рис. 6.17, б) установлены изоляционная пластина 5, латунная шина 4 с постоянным магнитом 3, стальной намагниченный якорь 2 со стрелкой /. Если в цепи, в которую включен амперметр, тока нет, якорь устанавливается вдоль магнита 3, а стрелка / показывает нуль на шкале 6. Если ток есть, то якорь и стрелка отклоняются вправо или влево в зависимости от направления тока. Чем больше ток, тем больше отклоняется стрелка. Отклонение ее к знаку «+» на шкале соответствует зарядке, а к знаку «—» — разрядке аккумуляторной батареи.

Указатели температуры охлаждающей жидкости (рис. 6.17, в) и давления масла в смазочной системе двигателя (рис. 6.17, г) состоят из датчиков Д и приемников Я. Датчик указателя температуры содержит терморезистор, сопротивление которого меняется в зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения. Датчик указателя давления имеет мембрану, связанную с реостатом, сопротивление которого зависит от давления в системе. Приемники этих приборов магнитоэлектрические.

Указатели уровня топлива в баке системы питания двигателя (рис. 6.17, д, е) состоят из датчика Д с регулируемым резистором, установленным в баке, и приемника Я магнитоэлектрического или электромагнитного типа.

Стеклоочиститель и омыватель стекла. Для очистки ветрового стекла от атмосферных осадков и брызг на автомобилях устанавливают специальные стеклоочистители (рис. 6.18) с электрическим приводом и омыватели стекла. Стеклоочиститель состоит из электромотора с редуктором, системы тяг и рычагов, обеспечивающих возвратно-вращательное движение оси рычага щетки 2, рычага щетки

Общее устройство кузова автомобиля. Применяемые материалы

Несущий кузов, характерный для большинства легковых автомобилей, содержит полые элементы, изготовленные из листовой стали, на которых устанавливаются и крепятся сваркой кузовные панели. В зависимости от типа автомобиля, около 5000 сварных точек должны быть выполнены вдоль сварочных фланцев общей длиной 120…200 м. Ширина сварочного фланца составляет 10-18 мм. Другие части (передние крылья, двери, капот, крышка багажника) крепятся к опорным конструкциям кузова на болтах или с помощью точечной сварки. Существуют также каркасные и скелетные типы конструкций кузовов.

В качестве материала для кузовов применяется тонколистовая сталь. Наиболее преобладающая толщина 0,75…1 мм, однако, отдельные части кузова могут иметь толщину от 0,6 до 3,0 мм.

Для изготовления высоконапряженных конструктивных элементов применяется высокопрочная низколегированная листовая сталь. Некоторые детали кузова, например, бампера, молдинги, люки, спойлеры, решетки радиаторов, облицовки надколесных ниш, колпаки и др. могут изготавливаться из пластмасс.

Общая конструкция кузова легкового автомобиля показана на рисунке.

Рис. Кузов легкового автомобиля:
1 – подоконная балка; 2 – передняя балка крыши; 3 – лонжерон крыши; 4 – задняя балка крыши; 5 – задняя стойка кузова; 6 – задняя панель; 7 – пол в задней части кузова; 8 – задний лонжерон; 9 – средняя стойка кузова; 10 – поперечина под задним сиденьем; 11 – передняя стойка; 12 – поперечина под сиденьем водителя; 13 – порог; 14 – надколесная ниша; 15 – поперечная балка опор двигателя; 16 – передний лонжерон; 17 – поперечина передняя; 18 — поперечина радиатора

Для защиты кузова от коррозии при изготовлении кузова применяются следующие меры:

• снижение до минимума фланцевых соединений, острых кромок и углов
• устранение зон, где могут скапливаться пыль и влага
• выполнение отверстий для предварительной антикоррозионной обработки и обработки методом электрофореза
• обеспечение доступности к элементам кузова для ввода ингибиторов коррозии
• обеспечение вентиляции полых элементов
• предотвращение проникновения пыли и влаги в скрытые полости
• выполнение дренажных отверстий
• снижение до минимума зон, подвергаю­щихся воздействию ударов камней
• покрытие нижней части кузова и тех частей кузова, которые в наибольшей степени подвержены коррозии (двери и силовые элементы в передней части автомобиля) специальными защитными средствами

Для снижения массы кузова, при сохранении его прочности, в современных автомобилях применяют высокопрочную сталь, доля которой в верхней и нижней частях кузова составляет 50…60%. Применение высокопрочной листовой стали позволяет снизить массу применяемых деталей кузова на 25%.

Стальной листовой материал современных автомобилей подвергается электролитиче­скому или термическому цинкованию. Соединение отдельных деталей кузова производится с помощью лазерной сварки, обеспечивающей абсолютно гладкие швы.

Фланцы, подверженные активному коррозион­ному воздействию, обрабатываются специальными пастами (поливинилхлорид или эпоксидная смола) в зоне расположения точечных швов.

Перспективным направлением в развитии автомобильных кузовов является применение алюминия и в 2005 году масса алюминиевых деталей на один автомобиль в Европе составляет 130 кг. Среди новых материалов, активно завоевывающих автомобилестроение, следует назвать пеноалюминий – чрезвычайно легкий, жесткий, с высоким энергопоглощением при столкновении. Металлические пенистые структуры обладают и высокими характеристиками, обеспечивающими шумоизоляцию и термостойкость, однако стоимость деталей из такого материала выше, чем у стальных, примерно на 20%.

Разработан новый материал «AAS» трехслойной структуры, способной кардинально изменить конструкцию кузова и снизить его массу до 50%.

В конструкции концептуальных автомобилей компаний «Ауди» и «Даймлер-Бенц» использованы каркасы из прессованных алюминиевых профилей. Масса кузова модели «Ауди А8» за счет этого снижена до 810 кг.

Структура передней части современных легковых автомобилей разработана таким образом, чтобы в случае легкого ДТП (скорость до 15 км/ч) необходимо было менять только поперечину бампера 5 и прикрепленные к ней поглотители энергии деформации 1. Если повреждения структуры автомобиля более значительны, тогда может возникнуть необходимость замены лонжеронов, для этого также следует отвернуть болтовое соединение. Все значительные повреждения в передней части автомобиля могут быть устранены только сваркой соответствующих оригинальных деталей.

Рис. Нижняя часть легкового автомобиля Audi:
1 – поглотитель энергии; 2 – лонжерон 1; 3 – лонжерон 2; 4 – болтовое соединение; 5 – поперечина бампера

Большой интерес представляет новый пластиковый материал под маркой «Fibropur». В его структуре – полиуретан и натуральные волокна (лен и сизаль в равных пропорциях). Детали из такого пластика отличаются легкостью, жесткостью, ударной вязкостью и меньшей стоимостью в сравнении с полиуретаном.

Замены металлических узлов и деталей на пластиковые позволили уменьшить стоимость их производства. В результате уже на нынешнем этапе создаются условия для снижения себестоимости автомобиля на 20 … 30%.

В настоящее время 48% всех пластмассовых деталей в легковом автомобиле приходятся на долю внутренней отделки кузова. Однако пластмассы применяются и в других агрегатах автомобилей – например, самоклеящиеся листовые материалы для повышения жесткости и прочности кузова из тонких стальных листов, оконные стекла из поликарбоната, которые на 40% легче, всасывающие патрубки из полиамида на двигателях.

В последнее время производители транспортных средств все большее внимание обращают на химические способы соединения узлов и деталей автомобиля. Так, компания «Крайслер» разрабатывает концептуальный автомобиль (CCV) с кузовом из термопластов, соединенный с рамой специальным клеем.

Стекла кузовов легковых автомобилей выполняют многослойными с высокой теплоотражающей способностью. Такие стекла эффективно защищают от теплового воздействия извне, причем теплоотражающая способность никак не сказывается на их прозрачности. Они уменьшают интенсивность ультрафиолетовых лучей и обладают шумоизолирующими свойствами. Для этого в многослойной структуре стекла предусмотрены защитная и отражающая прослойки. Многослойная конструкция травмобезопасна, потому что между слоями стекла находится защитная пленка, предотвращающая образование осколков.

Производители автомобилей большое внимание уделяют травмобезопасным конструкциям кузова, которые описаны в разделе «Системы пассивной безопасности».