車体は何でできているか
新しい車のモデルを開発するとき、各メーカーは製品のダイナミクスを高めることを目指していますが、同時に車の安全性を奪うことはありません。 動的性能はエンジンの種類に大きく依存しますが、車体は重要な役割を果たします。 重いほど、輸送を加速するために内燃焼エンジンがより多くの努力をします。 しかし、車が軽すぎると、ダウンフォースに悪影響を与えることがよくあります。
製品を軽量化することにより、メーカーはボディの空力特性の向上に努めています（空力とは、 別のレビュー）。 軽量化は、軽合金素材のユニットを搭載するだけでなく、軽量のボディパーツを採用することで実現しています。 車体の製造に使用されている材料と、それぞれの長所と短所を理解しましょう。
車体の先史時代
現代の車のボディは、そのメカニズムと同様に注目されています。 満たす必要のあるパラメータは次のとおりです。
- 持続します。 衝突時に、車室内の人を傷つけてはなりません。 ねじり剛性により、凹凸のある地形を走行するときに車の形状を維持する必要があります。 このパラメータが小さいほど、車のフレームが変形している可能性が高く、輸送はそれ以上の操作には不適切になります。 屋根の前面の強度には特に注意が払われています。 いわゆる「ムース」テストは、自動車メーカーが鹿やエルクなどの背の高い動物にぶつかったときに車がどれだけ安全かを判断するのに役立ちます（死骸の全体がフロントガラスとその上の屋根の上部リンテルに落ちます）。
- モダンなデザイン。 まず第一に、洗練されたドライバーは、車の技術的な部分だけでなく、体の形にも正確に注意を払います。
- 安全性。 車両内のすべての人は、側面衝突を含む外部の影響から保護する必要があります。
- 汎用性。 車体の素材は、さまざまな気象条件に耐える必要があります。 美観に加えて、塗装は攻撃的な湿気を恐れる材料を保護するために使用されます。
- 耐久性。 作成者がボディ素材を節約することは珍しくありません。そのため、わずか数年の操作で車が使用できなくなります。
- 保守性。 小さな事故の後で車を捨てる必要がないように、現代のボディタイプの製造はモジュラーアセンブリを意味します。 これは、損傷した部品を同様の新しい部品と交換できることを意味します。
- 手ごろな価格。 車体が高価な素材でできていると、自動車メーカーの現場に未請求のモデルが大量に溜まります。 これは多くの場合、品質が悪いためではなく、車両のコストが高いために発生します。
ボディモデルがこれらすべてのパラメータを満たすために、メーカーはフレームとアウターボディパネルが作られる材料の特性を考慮に入れる必要があります。
車の製造に多くのリソースを必要としないように、会社のエンジニアは、主要な機能を追加の機能と組み合わせることができるようなボディモデルを開発します。 例えば、本体や内装部品は車の構造に取り付けられています。
当初、車の設計は、車の残りのユニットが取り付けられたフレームに基づいていました。 このタイプは、一部の車種にまだ存在しています。 この例は本格的なSUVです（ほとんどのジープは単に強化されたボディ構造を持っていますが、フレームがないため、このタイプのSUVは呼ばれます クロスオーバー）とトラック。 最初の車では、フレーム構造に取り付けられた各パネルは、金属だけでなく木でも作ることができました。
フレームレス耐力構造を備えた最初のモデルは、1921年に組立ラインからロールオフされたランチアラムダでした。 10年に発売されたヨーロッパモデルのシトロエンB1924は、ワンピースのスチールボディ構造を採用しました。
この開発は非常に人気があったため、当時のほとんどのメーカーは、全鋼製のモノコックボディの概念を放棄することはめったにありませんでした。 これらの機械は安全でした。 一部の企業はXNUMXつの理由で鋼を拒否しました。 まず、この資料は、特に戦時中、すべての国で利用できるわけではありませんでした。 第二に、鋼製の本体は非常に重いため、より少ない出力で内燃エンジンを取り付けるために、本体の材質に妥協するものもあります。
第二次世界大戦中、この金属は軍事的ニーズに完全に使用されていたため、世界中で鋼が不足していました。 浮かんでいることを望んでいるため、一部の企業はモデルのボディを代替材料から製造することを決定しました。 それで、当時、車は最初にアルミニウムのボディで登場しました。 このようなモデルの例は、Land Rover 1シリーズ（本体はアルミニウムパネルで構成されています）です。
別の選択肢は、木造のフレームです。 そのような車の例は、ウィリスジープステーションのワゴンウッディー改造です。
木製のボディは耐久性がなく、細心の注意が必要だったため、このアイデアはすぐに放棄されましたが、アルミニウム構造に関しては、メーカーはこの技術を現代の生産に導入することを真剣に考えました。 主な明らかな理由は鋼の不足ですが、これは実際には自動車メーカーが代替品を探し始めた背後にある原動力ではありませんでした。
- 世界的な燃料危機以来、ほとんどの自動車ブランドは製造技術を再考しなければなりませんでした。 まず第一に、強力でボリュームのあるモーターを要求する聴衆は、燃料の高コストのために急激に減少しました。 運転手はあまり貪欲でない車を探し始めました。 そして、より小さなエンジンでの輸送が十分に動的であるためには、軽量であると同時に十分に強い材料が必要でした。
- 世界中で、時間の経過とともに、車両排出量の環境基準はより厳しくなりました。 このため、燃料消費量を削減し、混合空気の燃焼品質を改善し、パワーユニットの効率を高める技術が導入され始めています。 これを行うには、車全体の重量を減らす必要があります。
時が経つにつれ、複合材料の開発が始まり、車両の重量をさらに減らすことが可能になりました。 車体の製造に使用される各材料の特性を考えてみましょう。
スチールボディ：長所と短所
現代の車のボディ要素のほとんどは、圧延鋼で作られています。 一部のセクションの金属の厚さは2.5ミリメートルに達します。 また、ベアリング部には主に低炭素シート材を使用しています。 このおかげで、車は非常に軽量で耐久性があります。
今日、鋼は不足していません。 この金属は強度が高く、さまざまな形状の要素を打ち抜くことができ、スポット溶接を使用して部品を簡単に固定することができます。 車を製造する際、エンジニアは受動的な安全性に注意を払い、技術者は材料の処理のしやすさに注意を払い、輸送コストを可能な限り低くします。
そして冶金学にとって、最も難しい仕事はエンジニアと技術者の両方を喜ばせることです。 望ましい特性を念頭に置いて、最終製品の延伸性と十分な強度の理想的な組み合わせを備えた特殊グレードの鋼が開発されました。 これにより、ボディパネルの製造が簡素化され、車のフレームの信頼性が向上します。
スチールボディのその他の利点は次のとおりです。
- 鉄鋼製品の修理が最も簡単です。翼などの新しい要素を購入して交換するだけです。
- 廃棄は簡単です。鋼はリサイクル性が高いため、製造業者は常に安価な原材料を入手する機会があります。
- 圧延鋼の製造技術は、軽合金類似体の加工よりも単純であるため、原材料が安価です。
これらの利点にもかかわらず、鋼製品にはいくつかの重大な欠点があります。
- 完成品が最も重いです。
- 錆は保護されていない部品にすぐに発生します。 要素が塗装で保護されていない場合、損傷するとすぐに本体が使用できなくなります。
- 鋼板の剛性を高めるには、部品に何度もスタンプを押す必要があります。
- 鉄鋼製品の資源は、非鉄金属と比較して最小です。
今日、鋼の特性は、組成にいくつかの化学元素を加えることによって向上し、その強度、耐酸化性、および可塑性特性が向上します（TWIP鋼は最大70％まで伸びることができ、その強度の最大指標は1300MPaです）。
アルミボディ：長所と短所
以前は、アルミニウムは鋼構造に固定されたパネルの製造にのみ使用されていました。 アルミニウムの製造における最近の開発により、フレーム要素の作成にもこの材料を使用することが可能になりました。
この金属は鋼よりも湿気の影響を受けにくいですが、強度と機械的弾性が低くなっています。 このため、車の重量を減らすために、この金属はドア、荷物ラック、フードの作成に使用されます。 フレームにアルミニウムを使用するには、メーカーは製品の厚みを増やさなければならず、これはしばしば輸送の容易さに反します。
アルミニウム合金の密度は鋼の密度よりもはるかに低いため、そのようなボディを備えた車の遮音性ははるかに悪くなります。 このような車の内部が外部ノイズを最小限に抑えるようにするために、メーカーは特別なノイズ抑制技術を使用しています。これにより、スチールボディの同様のオプションよりも車の価格が高くなります。
初期段階でアルミニウムボディを作成することは、鋼構造を作成するプロセスに似ています。 原材料はシートに分割され、希望のデザインに従ってスタンプされます。 パーツは共通のデザインに組み立てられます。 このためだけにアルゴン溶接が使用されます。 より高価なモデルは、レーザースポット溶接、特殊な接着剤またはリベットを使用します。
アルミニウムボディを支持する議論：
- シート材料はスタンピングが容易であるため、パネルを製造するプロセスでは、スチールからスタンピングする場合よりも強力な機器は必要ありません。
- スチールボディと比較して、アルミニウム製の同じ形状は軽量になりますが、強度は同じレベルのままです。
- 部品は簡単に処理でき、リサイクル可能です。
- 素材はスチールよりも耐久性があり、湿気を恐れません。
- 製造工程のコストは、以前のバージョンと比較して低くなっています。
すべての運転手がアルミニウムボディの車を購入することに同意するわけではありません。 その理由は、小さな事故でも車の修理には費用がかかるからです。 原材料自体は鋼よりも高価であり、部品を交換する必要がある場合、車の所有者は要素の高品質な接続のための特別な機器を持っている専門家を探す必要があります。
プラスチックボディ：長所と短所
XNUMX世紀の後半は、プラスチックの出現が特徴でした。 この素材の人気は、アルミニウムよりもはるかに軽い構造を作ることができるという事実によるものです。
プラスチックは塗装を必要としません。 必要な染料を原料に加えるだけで、希望の色合いになります。 また、色褪せがなく、傷がついたときに塗り直す必要がありません。 金属に比べて耐久性が高く、水と全く反応しないので錆びません。
エンボス加工に強力なプレスが必要ないため、プラスチックパネルの製造コストははるかに低くなります。 加熱された原材料は流動性であるため、体の部分の形状は絶対に任意であり、金属を使用する場合には実現が困難です。
これらの明らかな利点にもかかわらず、プラスチックには非常に大きな欠点があります。その強度は、動作条件に直接関係しています。 そのため、外気温がゼロを下回ると、部品がもろくなります。 小さな負荷でも、材料が破裂したり、粉々に飛んだりする可能性があります。 一方、温度が上がると弾力性が増します。 一部の種類のプラスチックは、太陽の下で加熱すると変形します。
他の理由で、プラスチックボディはあまり実用的ではありません。
- 損傷した部品はリサイクル可能ですが、このプロセスには特別で高価な機器が必要です。 同じことがプラスチック業界にも当てはまります。
- プラスチック製品の製造中に、大量の有害物質が大気中に放出されます。
- 大きな材料でも薄い金属ほど強くないため、本体の耐荷重部分をプラスチックで作ることはできません。
- プラスチックパネルが損傷した場合、新しいパネルと簡単かつ迅速に交換できますが、金属パッチを金属に溶接するよりもはるかに高価です。
最近、リストされた問題のほとんどを排除するさまざまな開発がありますが、技術を完全にすることはまだ可能ではありません。 このため、バンパー、装飾インサート、モールディング、および一部の車種のみ-翼は主にプラスチックで作られています。
複合ボディ：長所と短所
コンポジットとは、XNUMXつ以上のコンポーネントを含む材料を意味します。 材料を作成する過程で、複合材料は均質な構造を獲得します。これにより、最終製品は、原材料を構成するXNUMXつ（またはそれ以上）の物質の特性を持ちます。
多くの場合、複合材料は、異なる材料の層を接着または焼結することによって得られます。 多くの場合、パーツの強度を高めるために、操作中に材料が剥がれないように、各層が補強されています。
自動車業界で使用される最も一般的な複合材料はグラスファイバーです。 材料は、ファイバーグラスにポリマーフィラーを加えることによって得られます。 外部のボディ要素は、バンパー、ラジエーターグリル、場合によってはヘッドオプティクスなどの材料で作られています（多くの場合、ガラスで作られ、軽量バージョンはポリプロピレンで作られています）。 このような部品を取り付けることにより、製造業者は支持体部品の構造に鋼を使用することができますが、同時にモデルを十分に軽量に保つことができます。
上記の利点に加えて、ポリマー材料は、以下の理由で自動車業界で価値のある場所を占めています。
- 部品の最小重量ですが、同時にそれらはまともな強度を持っています。
- 完成品は、湿気と太陽の攻撃的な影響を恐れていません。
- 原材料段階での弾力性により、メーカーは最も複雑なものも含め、まったく異なる形状の部品を作成できます。
- 完成品は見た目に美しいです。
- クジラの車の場合のように、巨大な体の部分、場合によっては体全体を作成することができます（そのような車の詳細については、 別のレビュー).
ただし、革新的なテクノロジーは、金属の完全な代替手段にはなり得ません。 これにはいくつかの理由があります。
- ポリマーフィラーのコストは非常に高いです。
- パーツを作るための形状は完璧でなければなりません。 そうしないと、要素が醜いものになります。
- 製造工程では、職場を清潔に保つことが非常に重要です。
- コンポジットは乾燥に時間がかかり、一部のボディパーツは多層になっているため、耐久性のあるパネルの作成には時間がかかります。 固体はしばしばこの材料から作られます。 それらの指定には、翼のある用語「モノコック」が使用されます。 モノコックボディタイプを作成するための技術は次のとおりです。 炭素繊維層はポリマーで接着されています。 その上に、繊維が異なる方向に、ほとんどの場合は直角に配置されるように、材料の別の層が配置されます。 製品の準備ができたら、特別なオーブンに入れ、高温下で一定時間保持して、材料を焼き、モノリシックな形状にします。
- 複合材料で作られた部品が故障した場合、それを修理することは非常に困難です（車のバンパーがどのように修理されるかの例が説明されています ここで);
- 複合部品はリサイクルされず、破壊されるだけです。
製造コストが高く複雑であるため、通常のロードカーでは、ガラス繊維またはその他の複合アナログで作られた部品の数が最小限に抑えられています。 ほとんどの場合、そのような要素はスーパーカーにインストールされます。 そのような車の例はフェラーリエンツォです。
確かに、民間シリーズの一部の独占モデルは、コンポジットから全体的な詳細を受け取ります。 この例はBMWM3です。 この車はカーボンファイバー製のルーフを備えています。 素材には必要な強度がありますが、同時に重心を地面に近づけることができるため、コーナーに入るときのダウンフォースが大きくなります。
車のボディに軽い素材を使用する別の独自の解決策は、有名なスーパーカーのコルベットのメーカーによって実証されています。 ほぼ半世紀の間、同社はモデルに複合パネルが取り付けられた空間金属フレームを使用してきました。
カーボンボディ：長所と短所
別の素材の登場により、安全性と同時に車の軽さも新たなレベルに到達しました。 実際、カーボンは同じ複合材料であり、モノコックの製造よりも耐久性のある構造を作成できるのは新世代の機器だけです。 この素材は、BMWi8やi3などの有名なモデルのボディに使用されています。 以前に他の車で装飾としてのみカーボンが使用されていた場合、これらはボディがすべてカーボンでできている世界で最初の生産車です。
どちらのモデルも同様の設計です。ベースはアルミニウム製のモジュラープラットフォームです。 車のすべてのユニットとメカニズムはそれに固定されています。 車のボディはXNUMXつの半分で構成されており、すでにいくつかの内部の詳細があります。 これらは、組み立て時にボルトクランプを使用して相互に接続されます。 これらのモデルの特徴は、最初の車と同じ原理で構築されていることです-フレーム構造（可能な限り軽量のみ）、他のすべての栄誉が固定されています。
製造工程では、特殊な接着剤を使用して部品を相互に接続します。 これは、金属部品の溶接をシミュレートします。 このような材料の利点は、その高強度です。 車が大きな衝撃を乗り越えるとき、体のねじれ剛性はそれが変形するのを防ぎます。
カーボンファイバーのもうXNUMXつの利点は、ハイテク機器が電子機器によって制御されるため、部品の製造に最小限の作業員が必要になることです。 カーボンボディは、特殊な形状に成形された個々のパーツから作られています。 特殊な組成のポリマーが高圧下で型に送り込まれます。 これにより、パネルは手動でファイバーを潤滑するよりも耐久性が高くなります。 さらに、小物を焼くには小さなオーブンが必要です。
このような製品の欠点は、高品質のサービスを必要とする高価な機器が使用されるため、主に高コストです。 また、ポリマーの価格は同じアルミニウムの価格よりもはるかに高いです。 また、部品が破損している場合は、自分で修理することはできません。
これが短いビデオです-BMWi8のカーボンボディがどのように組み立てられるかの例：
質問と回答：
車体には何が入っていますか？ 車のボディは、フロントスパー、フロントシールド、フロントピラー、ルーフ、Bピラー、リアピラー、フェンダー、トランクパネル、フード、ボトムで構成されています。
車体は何で支えられていますか？ 本体はスペースフレームです。 これは、体の周囲全体に配置されたケージの形で作られた構造です。 本体はこの支持構造に取り付けられています。
