四種車架 從民用車到超級跑車
橫梁
梁式車架的歷史可以追溯到世界上第一輛汽車的出現(xiàn),也就是說,從汽車出現(xiàn)開始就一直使用梁式車架。大梁車架的結(jié)構(gòu)很簡單,就是將兩根粗大的縱梁和橫梁焊接或鉚接成一個(gè)鋼架,然后在大梁車價(jià)上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架、車身等汽車部件。這種廠房結(jié)構(gòu)簡單,對生產(chǎn)工藝要求低,承載力和抗扭強(qiáng)度強(qiáng)。缺點(diǎn)是鋼梁較重,車架重量占整車總重量的相當(dāng)一部分。另外,較粗的大梁貫穿整車,影響整車布局和空間利用。大梁的厚度使得安裝在上面的座椅和貨艙的平臺(tái)升高,使得整車重心偏高。因此,這種結(jié)構(gòu)多用于載重較大的貨車、中大型客車,以及對車架剛度要求較高的車輛,如越野車。很多越野性能特別好的車輛都采用這種結(jié)構(gòu),比如奔馳G,豐田普拉多。
支承架
目前大部分汽車使用的承載式車架也是為了解決梁式車架重量大、體積大、重心高的問題而開發(fā)的,通過整個(gè)車身來承載所有的載荷和沖擊,所以也可以稱為“無車架結(jié)構(gòu)的承載式車身”,即承載式車身(梁式為非承載式)。
承重架由鋼(或鋁)沖壓焊接而成,對設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)要求高,也是對國內(nèi)現(xiàn)狀的挑戰(zhàn)。成型的車架是一個(gè)骨架,骨架上有坐艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底板,我們能看到的汽車車身是嵌在骨架上的覆蓋件,也就是裝飾件。承載式車架結(jié)構(gòu)將車架和車身合二為一,重量輕,可用空間大,重心低,沖壓制造方式非常適合現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)。然而,除了開發(fā)制造困難之外,剛度(尤其是抗扭剛度)不足也是承載式車身的一大缺陷。對于普通車來說,這個(gè)要求基本可以滿足要求,但是對于追求大馬力大扭矩的跑車來說,車身需要有足夠的剛度,而承載式車身明顯缺乏剛度。因此,為了不斷加強(qiáng)車身的剛性,一般的方法是優(yōu)化車架的幾何形狀,采用局部加厚或補(bǔ)焊來加強(qiáng)抗扭能力。由于承載式車架連接了整車的各個(gè)部分,包括懸架、車身和乘客,因此具有良好的操縱響應(yīng),傳遞的振動(dòng)和噪音也較小。因此,一些大型越野車也放棄梁式車架,采用承載式車架,被大眾稱為“城市SUV”。
鋼管框架
上面提到的兩種框架,因?yàn)樵O(shè)計(jì)開發(fā)過程復(fù)雜,只適合量產(chǎn)。雖然有通用的平臺(tái)策略,但對于不同的車身形狀,是不可能共用車架的。于是鋼管架(也叫“架”)就應(yīng)運(yùn)而生了。鋼管框架是由許多鋼管焊接而成的框架,然后將零件安裝在這個(gè)框架上。其生產(chǎn)工藝簡單,適合小規(guī)模作坊。上世紀(jì)五七十年代,英國有很多小規(guī)模的汽車廠,生產(chǎn)各種各樣的汽車,都是用自主研發(fā)的鋼管車架。
時(shí)至今日,鋼管車架仍被一些產(chǎn)量較少的跑車廠使用,如蘭博基尼和TVR,因?yàn)檫@樣可以節(jié)省沖壓設(shè)備的巨額投資。由于局部加強(qiáng)鋼管車架非常容易(只需要焊接鋼管),在同等質(zhì)量的情況下,往往能獲得比
有些人可能對碳纖維有一定的了解,但是很多人認(rèn)為做碳纖維邊框是不可能的或者不夠可靠。碳纖維車架是由特殊材料制成的所謂一體式車架。制造方法是將碳纖維鑄造成底板、座艙和發(fā)動(dòng)機(jī)艙的一體化結(jié)構(gòu),然后安裝機(jī)械零件和車身覆蓋件。碳纖維車架剛性極強(qiáng),比其他任何車架都輕,而且重心可以做得很低。但是制造成本是它的致命傷。目前只有部分超級跑車和少數(shù)量產(chǎn)車在使用。碳纖維的剛度不僅有利于操控,而且對提高安全性也有很大的作用。一個(gè)典型的例子是,1995年,寶馬總裁駕駛一輛載有三人的麥克拉EN F1(街頭版)在德國高速公路上以280公里的時(shí)速失控,然后沖出馬路,翻滾了無數(shù)次才停下來。車上的三個(gè)人只受了輕傷。當(dāng)時(shí)全車外殼全毀,但車架和客艙還保持完好,比如非碳纖維車架,肯定是壓倒性的。這也是一級方程式賽車仍然使用它的原因之一。(部分內(nèi)容來源網(wǎng)絡(luò))
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