第4代丰田普锐斯的拆解调研(下)

新平台TNGA的车身结构与隔音吸音材料、防震材料的技术

2016/03/30

概 要

プリウス車体構造 プリウス車体構造
普锐斯车身结构

  继第1篇《第4代丰田普锐斯的拆解调研(上)对高效小型轻量化动力总成系统升级,实现40km/L的燃效》、第2篇《第4代丰田普锐斯的拆解调研(中)改变普锐斯行驶的新平台TNGA/底盘及气动性能技术的升级》之后,本报告将继续介绍2016年1月日本广岛县产业振兴机构作为标杆活动实施的新款普锐斯的车辆拆解调研。



  本报告将介绍可说是TNGA(Toyota New Global Architecture)平台核心的车身结构相关技术。新款普锐斯的车身结构采用的技术实现以下3方面的目标:①碰撞安全性能;②为了确保车辆运动性能所需的高刚度车身,制作牢固的车身;③同时通过轻量化实现燃效性能。其中②车辆运动性能所需的高刚度车身采用了新的技术。第4代普锐斯扩大了超高张力钢板的应用、采用基于TNGA理念的环状结构骨架以及激光点焊工艺等,使车身的抗扭刚度提高约60%。此外,在提高该车身结构静谧性的技术方面,还将介绍车身本体采用的密封材料和防震材料的特点、以及该新款普锐斯重点加强的隔音吸音材料。


  下篇报告将是这一系列报告的资料补充,包括前3篇报告未刊登的部分在内,将介绍车辆拆解调研中各组件、各零部件的图片和主要零部件供应商一览。

历史拆解调研报告:
第4代丰田普锐斯
(上)对高效小型轻量化动力总成系统升级,实现40km/L的燃效(2016年2月)
(中)TNGA/底盘及气动性能技术的升级 (2016年3月)

大发 Move (2015年3月刊登)
  (上):可匹敌紧凑车的配置与零部件规格
  (中):利用独创技术实现高水平的燃效与性能
 
 (下) 车身结构采用精简的直线性骨架

大众 Polo (2014年12月刊登) 
  (上):供应商名单、发动机舱与驾驶座周边的拆解
  (下):1.2TDI涡轮柴油发动机及悬架的结构
日产 Note (2014年9月刊登)
  (上):主要安全技术与高级驾驶辅助系统
  (下):采用机械增压器的驱动单元

本田 Accord 混合动力车 (2014年2月刊登)
  (上):PCU与底盘相关零部件
  (中):电池相关零部件与电动伺服制动系统
  (下):传动系统

本田 Fit 混合动力车 (2013年12月刊登)
  (1) 电池相关零部件及电动伺服制动系统
  (2) 发动机与内置电机的7速双离合变速器

丰田 Aqua (2012年11月刊登)
  (1) 主要零部件供应商及电池相关零部件
  (2) 燃效实现35.4km/L的混合动力系统

日产 Leaf
  (1) 拆解调研(2012年2月刊登)
  (2) 主要零部件的拆解调研 (2012年9月刊登)
  (3) 解剖车的拆解调研 (2012年11月刊登)



前端/发动机舱的吸收碰撞结构

車両前部の衝撃吸収構造
车辆前部的吸收碰撞结构  资料:丰田汽车

  从车辆前端依次观察车身结构,将首先介绍发生前方碰撞时的吸收碰撞结构。通过从保险杠前端到前围板的发动机舱部分吸收碰撞时的外力,尽可能减少乘客乘坐的车厢受到的冲击力,这一基本思路与原来相同。新款普锐斯的骨架结构可承受来自斜角的碰撞,除了加固保险杠加强件以外,还采用第2横梁和承受来自第2横梁外力的加强支柱,与悬架横梁相连接。由此,可分散、吸收碰撞力。这一结构的目的在于,与不同车重和车高车辆发生碰撞时,能实现共存。

 

フロントバンパーリーンフォースと第2クロスメンバー フロントバンパーリーンフォースと第2クロスメンバー
前保险杠加强件与第2横梁

  与前格栅形成一体的前保险杠外壳卸下后,内侧可见前保险杠加强件以及第2横梁。

 

フロントバンパーリーンフォース フロントバンパーリーンフォース
前保险杠加强件

  前保险杠加强件采用铝合金挤出成型材料,通过钢材料封闭截面结构(注)的保险杠托架来承受来自前后方向的外力。保险杠加强件的前侧有聚氨酯泡沫,当发生低速行驶的轻微碰撞时,车身本体不会发生变形,仅保险杠外壳和聚氨酯泡沫变形,减小损伤部位。 注)封闭截面结构:相对于“コ”字形截面和“H”形截面,采用“口”字形截面,是像钢管那样中空的截面结构。相对于“コ”字形截面以及“H”字形截面的开口截面结构,同样面积的截面具有更高的强度和刚度。

 

エンジンルーム下側から見た車体構造
从发动机舱下方观察的车身结构
  为了承受来自第2横梁的外力,设置连接第2横梁与前悬架横梁的加强支柱。该加强支柱除了提高碰撞安全性能以外,还能提高前悬架的支撑刚度,因此还有望提高操作稳定性。

 

エンジンコンパートメントの骨格構造
发动机舱的骨架结构

  来自保险杠加强件的碰撞力通过保险杠托架,由正上方的前纵梁承受。另外,该车身的一大特点是,配置在前挡泥板上端的前挡泥板加强件为了分散碰撞力,其前端部分采用封闭截面骨架,并延伸至前纵梁与保险杠托架的连接部位。

 

フードリッジリーンフォース構造 フードリッジリーンフォース構造
前挡泥板加强件结构

  前挡泥板加强件分为两路,一路连接至上述纵梁和保险杠托架连接部位的骨架,另一路连接至散热器芯面板上部的骨架,除了承受碰撞力以外,还提高了车身前部的抗扭刚度。

 

右側ストラットハウジング周辺構造 左側ストラットハウジング周辺構造
右侧支撑杆罩周边结构 左侧支撑杆罩周边结构

  支撑杆罩的结构与一般的前置前驱车的车身结构相同,但普锐斯的特点是与前围板的距离较近,通过前围板和加强件连接。此外,前围上盖板采用分割结构,连接了前围板上部和左右的支撑杆罩。由此,提高了车身的抗扭刚度及抗弯刚度。其效果相当于安装了高性能车以及跑车中设置的滑柱上支撑杆,减小悬架遭到外力时车身的移位,从而提高操作稳定性。

 

左右ストラットハウジングとダッシュパネルを結合するダッシュアッパーパネル 左右ストラットハウジングとダッシュパネルを結合するダッシュアッパーパネル
连接左右支撑杆罩和前围板的前围上盖板

 

 



牢固的前围板结构

ダッシュパネル室内側
前围板车厢内侧

  产生碰撞力时,发动机舱部分利用车身变形吸收碰撞力,而车厢部分则凭借牢固的车身抑制变形,确保乘客所需空间。前围板起到了界线的作用。前围板内侧下方设置的踢脚板采用1.5GPa级的热冲压材料。

  前围板下方连接的纵梁受到较大的碰撞力传递,是抑制车厢变形的重要部位。传统的普通前围板都只在薄板上采用简单的加强件,普锐斯前围板下方的踢脚板部分采用封闭截面结构的骨架,连接前围侧板和通道。在前围板垂直方向的中央和上端2处也设置采用封闭截面结构的左右前围侧板骨架,形成高刚度的牢固结构。中央骨架的左右两端、以及与中央通道的连接部位设置用螺栓连接的加强支柱,进一步提高了中央骨架的刚度。

 

  此外,上述前围板的构成件—各骨架面板的连接端部充分涂布了填充连接部位空隙的车身密封剂。车身密封剂的涂布量比原先有所增加,从而防止发动机舱噪音的传入,提高静谧性。车身密封剂还大量用于前围板以外的地板部分,防止车厢外噪音的传入。该技术是近期丰田车共同采用的提高静谧性技术之一。 ボディシーラー塗布部位
车身密封剂涂布位置 资料:丰田汽车

 

 



地板面板结构

  前地板的后侧前座椅横梁采用1.5GPa级热冲压材料。一般的车辆只在前座的前侧连接部位采用封闭截面结构的座椅横梁,普锐斯的座椅后侧也采用该结构的横梁。该横梁正好位于连接B柱的位置,在于发生侧面碰撞时也能支撑来自侧面的外力。此外,通过连接左右B柱,还能提高车身的抗扭刚度,将来自悬架的外力对车身的移位影响抑制在最小范围,从而为提高操作稳定性等运动性能作出贡献。该后侧座椅横梁位于前排座后端下侧,位于前排座座垫与地板地毯之间的间隙,也就是后排乘客鞋尖伸入的地方。因此,无法像前侧座椅横梁一样确保较大的截面面积,在鞋尖伸入的部分缩小了横截面积的高度。但同时,为了提高强度和刚度,所以采用1.5GPa级的热冲压材料。 フロントフロア及びリヤフロア
从车辆后方观察前地板
フロントフロア
从车辆斜前方观察前地板与后地板

  前侧座椅横梁和后侧座椅横梁、以及前地板和前围板连接部位的踢脚板面板是连接侧梁和地板通道部位的重要骨架,但由于通道的存在,左右骨架被隔开,因此在地板下面分别设置了加强支柱。3根加强支柱采用相同截面的铝合金挤出成型材料,在设计时考虑到了轻量化和成本。

 

トンネル部の剛性向上のためのアルミ押し出し材補強ステイ トンネル部の剛性向上のためのアルミ押し出し材補強ステイ
为提高前地板下方的通道部位刚度,采用铝合金挤出成型材料的加强支柱

  为了减轻地板的震动,地板面板上采用防震材料,近期丰田车的防震材料采用涂布型防震材料。不仅平面,还适用于曲面和垂直面等复杂的位置,且密封性良好。此外,还提高了防震性能,少量使用也能确保与原先等同的防震性能,从而实现轻量化30%。

 

塗布型制振材は密着性が高い
涂布型防震材料密封性好
自動塗布装置で塗布
利用自动涂布装置来涂布
涂布型防震材料的特点  资料:爱信化工

 

 



车身侧边的环状结构

ボディサイドアウターパネルは一体品 ボディサイド環状構造
车身侧边外侧板为一体化成型件 车身侧边环状结构 资料:丰田汽车

 

  普锐斯车身侧边的外侧板从A柱、B柱、C柱到后翼子板采取一体化成型。车身侧边的开口部位是车门的开口部位,在车门关闭的状态下,车门的密封橡胶与各立柱的接触面并非完全吻合,需要进一步的密封手段来防止雨水和风声的进入。为了保证该车门密封橡胶的密封性能,通过车身侧边的一体化成型,各立柱就不会产生零部件的衔接,且无需焊接,从而确保较高的尺寸精度。而在强度和刚度方面,内侧板采用热冲压材料和超高张力钢板,形成牢固的环状结构。B柱的内侧板采用980MPa级冷冲压超高张力钢板,并结合了1.5GPa级的热冲压加强件。此外,车顶纵梁采用1.5GPa级的热冲压材料,侧梁采用980MPa级冷冲压材料。 ボディサイドインナーパネル
车身侧边内侧板

 

レーザースクリューウェルディング レーザースクリューウェルディング
车门开口部位采用激光螺旋焊接

  近期的丰田车除了点焊以外,还采用激光螺旋焊接。原先采用的点焊工艺打点间隔(pitch)需要在30~25mm左右,激光螺旋焊接可缩短至10mm左右,因此可加强面板之间的连接度,从而提高车身刚度。为了提高车身刚度,近期在欧洲车上扩大应用的激光焊接可实现无缝焊接,但与点焊相比,耗费工时更长。激光螺旋焊接则是以高速打点焊接的方式进行“圆形”焊接,该技术效率高,且能提高车身刚度。

 

 



行李舱周边结构

  车辆后部车身结构的特点是采用环状结构,C柱与轮罩的位置上,封闭截面结构的骨架从地板到车顶后端绕一圈。该环状结构将绕后车门开口部位一圈的封闭截面结构骨架与车顶后端连接在一起,使车身后部形成牢固且高刚度的结构体。左右方向有上述车身侧边的环状结构、前后方向有超高张力钢板骨架加强的前围板,使车厢的前后左右方向都被牢固的框架结构加固。这样一来,无论从前后左右哪个方向施加外力,环状结构的骨架都能确实地保证乘客的空间。此外,该牢固的骨架还同时提高了车身的抗弯刚度和抗扭刚度。由此,即使前后悬架受到较大外力,也能减少车身的扭转和弯曲程度,为提高操作稳定性和乘坐舒适度作出贡献。

 

環状構造骨格
绕车顶、C柱、地板一圈的环状结构骨架
リヤホイールハウス周り環状構造の骨格
后轮罩周边环状结构骨架
車体後部の環状構造
车身后部的环状结构  资料:丰田汽车

 

 



用于实现静谧性的隔音吸音材料以及防震材料

前围板部隔音材料

  前围板上部采用高频隔音效果较好的“新雪丽 (Thinsulate)”材料。新款普锐斯多个部位大量采用新雪丽,以应对混合动力系统的逆变器产生的噪音等高频音,丰田的一般汽油发动机配套车不会采用这么多新雪丽。

  前围板的主要部分采用新型隔音材料。在原有的吸音材料—毛毡的前侧采用开孔的隔音材料。隔音材料内形成可抵消一定频率声波的结构,从而有效地降低发动机主要噪音的频率。

 

ダッシュパネルの遮音材が取り付いた状態 ダッシュパネル遮音材単品
前围板的隔音材料安装在车辆上的状态 取下后的前围板隔音材料

 

ダッシュパネル遮音材構造 ダッシュパネル遮音材内部の穴の開いた遮音材
前围板隔音材料的结构   资料:丰田汽车 前围板隔音材料内部开孔的材质

 

地板隔音材料

  原有车型中,隔音材料与地板地毯呈一体,而新款普锐斯将隔音材料与地板地毯分开,使原先使用面积受到局限的地板隔音材料可根据地板的形状全面铺装。原先无法覆盖到的座椅横梁也得以覆盖,实现无间隙的全面覆盖,提高了静谧性。

 

フロアカーペット下のフロアサイレンサー フロア遮音材の面積拡大 資料:トヨタ自動車
地毯下的地板隔音材料 扩大了地板隔音材料的面积 资料:丰田汽车

 

フロアカーペット フロアカーペット
地板地毯(只在前排座下方采用薄型毛毡)

 

应对高频噪音的新雪丽

  车顶内衬基本全面采用新雪丽材料。车顶内衬之所以大面积采用新雪丽,是因为逆变器噪音会反射至顶盖,且车顶距离乘客耳朵较近,哪怕一丁点儿回声也会让人产生不适。   除了上述前围板上部,新雪丽还用于门饰板以及行李舱侧壁衬里(两侧)。新款普锐斯提高了地板和前围板等部位的隔音性能,从而提高了车辆整体的静谧性,因此其他部位如不采用新雪丽,高频噪音也许会显得更明显。 ルーフトリム裏面
车顶内衬反面

 

ドアトリム裏面 ラゲージサイドトリム裏面
车门饰板反面 行李舱侧壁衬里反面

 

发动机舱隔音材料

エンジンルーム遮音材 エンジンアンダーカバー上面
发动机舱隔音材料 资料:丰田汽车 发动机下盖板上面

 

ダッシュパネルエンジンルーム側遮音材 エンジンルーム外観
前围板发动机舱一侧的隔音材料 发动机舱外观

  新款普锐斯的发动机舱采用不亚于高级车的隔音吸音材料。发动机下盖板完全盖住了发动机舱的下侧,还采用隔音吸音材料。如关上发动机罩,就从发动机舱上方形成了密闭结构,使发动机动力总成的噪音不会进入至车厢内。密封橡胶应用于发动机舱后端、两侧和前端。发动机舱后端的密封橡胶的再后面有前围上盖板的空洞部分,但通过聚丙烯材料的盖罩连接车身与采用了密封橡胶的前围上盖板,填补了空隙。前围板的发动机舱一侧纵面采用隔音吸音材料,几乎相同的隔音吸音材料还应用于发动机罩反面。

 

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