Chương 1: KẾT CẤU THÂN VỎ XE VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA VA CHẠM 1. KẾT CẤU THÂN XE Phân loại thân xe: Thân xe của xe du lịch có hình dáng khác nhau tùy theo mục đích sử dụng và có thể được chia làm các loại sau: Sedan (4 cửa hoặc 2 cửa) Coupe (2 cửa) Hardtop Thân xe du lịch (4 cửa hoặc 2 cửa) Lifback (5 cửa hoặc 3 cửa) Van và station wagon (5 cửa hoặc 3 cửa hoặc 2 cửa) - Sedan: là loại xe du lịch có các ghế trước và sau có thể chở được 4 đến 6 người. Nó cũng được gọi là xe có 3 khoang: khoang động cơ, khoang hành khách và khoang hành lý. Các trụ gần như thẳng đứng ở phía trước và sau của thân xe tạo nên một khoảng không gian phía trước và bên trong rộng rãi.
Có hai kiểu bố trí cửa xe: kiểu có 2 cửa và kiểu có 4 cửa. 7 Coupe: à loại xe du lịch có kiểu dáng thể thao và lịch lãm. Không giống như kiểu sedan, kiểu coupe có các ghế nhỏ ở phía sau. Hầu hết kiểu coupe là loại 2 cửa.
Hardtop: là loại xe du lịch mà trụ giữa và trần xe không nối với nhau, nó cũng có các cửa không có khung kính ở cửa. Tuy nhiên ngày nay người ta cũng đưa ra các kiểu xe có thêm trụ giữa trần xe và trụ giữa. Kiểu xe này được gọi là kiểu hardtop có trụ giữa. Các kiểu hardtop có khoang hành khách nhỏ hơn một chút so với kiểu sedan 4 cửa.
Lifback: là một loại xe du lịch có một cửa sau nghiêng và mở lên được, khoang hành khách và khoang hành lý được làm liền nhau. Nó cũng có thể được gọi là kiểu hatchback hay fastback tuỳ theo góc độ nghiêng của cửa sau. Tuỳ theo số lượng của nó, kiểu lifback được chia thành lifback thể thao 3 cửa hay lifback thực dụng 5 cửa. Phân loại theo thiết kế thân xe Kết cấu cơ bản của thân xe du lịch có thể phân loại theo các loại tuỳ thuộc vào vị trí đặt động cơ và phương pháp đỡ động cơ.
Thân xe tổ hợp: Ngày nay thân xe tổ hợp được sử dụng rộng rãi trong các xe du lịch. Nó được cấu tạo bằng cách hàn các khoang hành khách và bộ phận khung xe vào nhau để tạo nên một kết cấu thân xe thống nhất. Bộ khung xe này đỡ động cơ và hệ thống treo. Thân xe tổ hợp là một ý tưởng thiết kế quay trở lại ý tưởng ban đầu áp dụng cho máy bay phản lực hiện đại và nó thường được so sánh với hình dạng vỏ trứng.
Vỏ trứng 8 có thể chịu được một lực tương đối lớn khi dùng các ngón tay để bóp. Lý do là áp lực ngón tay được phân tán trên toàn bộ vỏ trứng chứ không tập trung ở bất kỳ vùng nào. Trong động lực học, người ta gọi đây là “kết cấu vỏ mỏng chịu lực”. Mặc dù thân xe không thể áp dụng kết cấu vỏ mỏng chịu lực hoàn hảo như thế, nhưng theo cách nói thông thường, khi thân xe có kết cấu tương tự như vậy để chịu các lực bên ngoài, thì nó được gọi là thân xe tổ hợp.
Thân xe tổ hợp có các đặc điểm sau: Thân xe tổ hợp nhẹ tuy nhiên có đủ độ bền để chịu uốn và chịu xoắn do kết cấu liền khối của nó. Nó được cấu tạo bằng cách tổ hợp các tấm thép mỏng được dập với những hình dạng khác nhau và được hàn điểm gắn vào nhau. Tiếng ồn và rung động từ hệ thống truyền lực và hệ thống treo có thể dễ dàng thâm nhập qua thân xe tổ hợp, lúc này nó có tác dụng như một hộp tích âm và khuếch đại chúng. Do đó cần phải có biện pháp chống ồn và rung động khi sửa chữa thân xe bị hỏng do tai nạn.
Vì sử dụng nhiều các tấm thép mỏng, cần phải có biện pháp chống gỉ, đặc biệt là vùng bên dưới thân xe. 9 Do có sự kết hợp của nhiều tấm thép khác nhau được dập thành các hình dạng phức tạp, cứ mỗi lần bị hư hỏng thì thân xe tổ hợp cần nhiều công sức hơn để sửa chữa. Thân xe dạng “FF” là loại xe động cơ đặt trước, cầu trước chủ động. Có nghĩa là động cơ được lắp ở phía trước của xe và dẫn động bánh trước.
Do không có bộ phận dẫn động cầu sau nên xe loại FF có thể giảm được diện tích phần sống trên sàn xe đến mức nhỏ nhất và do đó tạo nên khoang hành khách rộng hơn. Ngoài ra, hệ thống treo của xe FF còn có thể đơn giản hoá về kết cấu và làm giảm trọng lượng của xe. Tuy nhiên, do động cơ, hộp số, hệ thống treo trước và hệ thống lái đều đặt ở phía trước, nhiều biện pháp phải được áp dụng trong kết cấu thân xe có thể chịu được các tải trọng thêm này. Một số biện pháp để tăng độ bền và độ cứng là tăng diện tích vùng ghép nối hoặc trang bị các dầm có độ bền cao.
Trọng lượng toàn bộ xe giảm do không có các bộ phận dẫn động cầu sau. Hộp số và bộ vi sai được kết hợp làm một trong hộp số. Trọng lượng phân bố lên cầu trước của loại xe FF cao hơn loại xe FR và tải trọng đặt lên hệ thống treo trước và lốp cũng cao hơn do bánh xe trước điều khiển cả dẫn động và lái. Do không có bộ phận dẫn động cầu sau nên sàn xe có thể rộng hơn.
Vì bình xăng có thể đặt bên dưới phần giữa của xe, khoang hành lý có thể rộng và phẳng. 10 Trong trường hợp có tai nạn từ phía trước, do khối lượng quán tính của động cơ có kèm hộp số lớn hơn so với loại xe FR dẫn đến dễ bị hư hỏng hơn. Có một số phương pháp đỡ động cơ tuỳ theo kích cỡ của xe. Loại xe nhỏ gọn cho phép đặt toàn bộ tải trọng động cơ lên các dầm bên của chúng.
Các xe cỡ trung bình cho phép tải trọng động cơ đặt lên dầm bên và dầm giữa. Xe loại lớn cho phép đặt toàn bộ tải trọng động cơ lên khung phụ và các tai xe phía trong. Phương pháp dùng khung phụ: Trong phương pháp này động cơ, hệ thống treo, hộp số và hệ thống lái được lắp trên khung phụ độc lập với thân xe. Khung phụ này được lắp trên thân xe.
Do các nguồn chính gây rung động được lắp trên khung phụ, phương pháp này tạo tính năng êm hơn so với các phương pháp khác. Hiện nay được áp dụng trên các xe cỡ lớn như Lexus ES300(VCV10). Phương pháp dầm đỡ giữa: Dầm giữa được lắp bên dưới chính giữa động cơ và vuông góc với động cơ để tạo ra một giá đỡ dọc. Giá đỡ ngang động cơ là các dầm dọc phía trước được đặt ở cả hai bên động cơ.
Hiện nay, phương pháp dầm giữa được áp dụng trên một số kiểu xe từ Corolla (AE100) đến loại Camry (SV30). Phương pháp đỡ trực tiếp: Thay cho việc dùng khung phụ hay dầm giữa, động cơ được đỡ trực tiếp vào dầm gia cố, như dầm ngang phía trước, dầm dọc phía trước và dầm đỡ hộp cơ cấu lái. Phương pháp này hiện nay được dùng trên các kiểu xe gọn nhẹ như Stariet (EP80) đến Tercel (EL40). Kết cấu thân vỏ thân xe trước Phương pháp dùng khung phụ: Thân xe trước bao gồm nắp capô và các tai xe trước, chúng được lắp bằng bulông và giá đỡ két nước phía trên (A), giá đỡ két nước bên (B), dầm ngang trước (C), các dầm dọc phía trước (D), tai trong xe (E), vách ngăn trước (F) và vách ngăn trên (G).
Chúng được hàn điểm với nhau. Các dầm dọc phía trước được tăng bền bằng cách sử dụng dạng dầm có mặt cắt ngang lớn và các tấm gia cố. Loại hệ thống treo trước thường sử dụng rộng rãi là hệ thống treo độc lập loại trụ đứng và các bộ phận này được gắn trực tiếp vào thân xe. Kết quả là độ chính xác về kích thước của thân xe ảnh hưởng lớn đến góc đặt bánh xe trước.
Khung phụ được bắt bằng bulông và các dầm dọc phía trước. Ngoài việc đỡ động cơ, hộp số và hộp cơ cấu lái, khung phụ còn tăng bền cho phần thân xe phía trước thông qua cấu tạo dạng chéo của nó. Phương pháp dầm giữa và đỡ trực tiếp: Đối với các loại xe áp dụng phương pháp dầm giữa và đỡ trực tiếp, một dầm tăng bền (dầm đỡ cơ cấu lái A) được dùng để đỡ động cơ và hộp cơ cấu lái. Nó không có trên xe FR hay FF dùng phương pháp khung phụ.
Tuy nhiên có một số kiểu xe không có dầm đỡ hộp cơ cấu lái. Hộp cơ cấu lái được bắt vào dầm ngang hệ thống treo (B). Cũng có một số kiểu xe có một lỗ lớn ở phía sau của các dầm dọc phía trước để luồn thanh dẫn động lái. Không có sự khác biệt về kết cấu thân xe giữa phương pháp dầm giữa và phương pháp đỡ trực tiếp nhưng các phương pháp dùng để đỡ hệ thống treo thì khác nhau.
Các xe cùng phương pháp dầm giữa được bố trí một dầm ngang hệ thống treo làm tăng độ cứng của toàn bộ thân xe đồng thời giảm tiếng ồn và rung động. Mặt khác phương pháp đỡ trực tiếp được thiết kế để chịu tải trọng từ hệ thống treo trực tiếp tác dụng lên khung xe. 12 Phần thân xe bên dưới phía trước: được cấu tạo từ các dầm tăng bền như các dầm dọc phía trước, dầm ngang phía trước và dầm đỡ hộp cơ cấu lái (không có trong một số loại xe) để đảm bảo độ bền và độ cứng. Các dầm dọc phía trước được nối với các dầm gia cố dưới sàn xe và dầm dọc sàn xe để phân tán chấn động của va đập đến toàn thân xe.
Phần thân giữa bên dưới: Thân bên dưới giữa bao gồm dầm dọc chính của sàn xe (A), thanh gia cố bên dưới phía trước sàn xe (B), dầm ngang sàn xe (C) và sàn xe phía trước (D). Các dầm dọc chính của sàn xe nằm bên phải và trái phía dưới cầu cabin làm bằng thép tấm có độ bền cao. Thanh gia cố bên dưới sàn xe và dầm ngang sàn xe dùng các dầm bền để gia cố sàn xe và tăng cứng vững của phần thân xe giữa bên dưới. 13 Sự khác biệt lớn nhất về phần giữa bên dưới thân xe giữa loại FF và loại FR là kích thước sống sàn xe của chúng, do không có bộ phận truyền lực phía sau nên các loại xe FF không cần có sống sàn xe lớn như xe FR.
Kết quả là, khoảng không gian phía dưới có thể rộng hơn.