就像人的身體由骨架來(lái)支持一樣,汽車(chē)也必須有一幅骨架,這就是車(chē)架。車(chē)架的作用是承受載荷,包括汽車(chē)自身零部件的重量和行駛時(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等,F(xiàn)有的車(chē)架種類(lèi)有大梁式、承載式、鋼管式及特殊材料一體成型式等。
大梁式車(chē)架
在港臺(tái)汽車(chē)刊物中常稱(chēng)作“陣式車(chē)架”,是最早出現(xiàn)的車(chē)架類(lèi)型(從全世界第一部汽車(chē)開(kāi)始一直沿用至
今)。大梁車(chē)架的原理很簡(jiǎn)單:將粗壯的鋼梁焊接或鉚合起來(lái)成為一個(gè)鋼架,然后在這個(gè)鋼架上安裝引擎、懸架、車(chē)身等部件,這個(gè)鋼架就是名附其實(shí)的“車(chē)架”。
大梁式車(chē)架的優(yōu)點(diǎn)是鋼梁提供很強(qiáng)的承載能力和抗扭剛度,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,開(kāi)發(fā)容易,生產(chǎn)工藝的要求也較低。致命的缺點(diǎn)是鋼制大梁質(zhì)量沉重,車(chē)架重量占去全車(chē)總重的相當(dāng)部分;此外,粗壯的大梁縱貫全車(chē),影響整車(chē)的布局和空間利用率,大梁的厚度使安裝在其上的坐廂和貨廂的地臺(tái)升高,使整
車(chē)重心偏高。
綜合這些因素可見(jiàn),大梁式車(chē)架適用于要求有大載重量的貨車(chē)、中大型客車(chē),以及對(duì)車(chē)架剛度要求很高的車(chē)輛,如越野車(chē)。傳統(tǒng)越野車(chē)在良好道路上行駛時(shí)表現(xiàn)出重心過(guò)高的不良操控性,就是由大梁式車(chē)架所致。(圖A:大型客車(chē) 圖B:
豐田Prado越野車(chē)的大梁車(chē)架)
承載式車(chē)架
也稱(chēng)作整體式或單體式車(chē)架。針對(duì)大梁式車(chē)架質(zhì)量重、體積大、重心高的問(wèn)題,承載式車(chē)架的意念是用金屬制成堅(jiān)固的車(chē)身,再將
發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等機(jī)械零件直接安裝在車(chē)身上。這個(gè)車(chē)身承受所有的載荷,充當(dāng)車(chē)架,所以準(zhǔn)確稱(chēng)呼應(yīng)為“無(wú)車(chē)架結(jié)構(gòu)的
承載式車(chē)身”(采用大梁車(chē)架的汽車(chē)車(chē)身則稱(chēng)為“
非承載式車(chē)身”)。
承載式車(chē)架由鋼(較先進(jìn)的是鋁)經(jīng)沖壓、焊接而成,對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝的要求都很高,這也是中國(guó)目前的車(chē)身設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)難以突破的大難點(diǎn)。成型的車(chē)架是個(gè)帶有坐艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底板的骨架,我們所能看到的光滑的汽車(chē)車(chē)身則是嵌在骨架上的覆蓋件。
承載式車(chē)車(chē)架是目前轎車(chē)的主流,因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將車(chē)架和車(chē)身二合為一,重量輕,可利用空間大,重心低,而且沖壓成型的制造方式十分適合
現(xiàn)代化的大批量生產(chǎn)。但是除了開(kāi)發(fā)制造難度高外,剛度(尤其是抗扭剛度)不足也是承載式車(chē)身的一大缺陷。
這問(wèn)題在日常用車(chē)上還不明顯,但對(duì)于大馬力、大扭力的高性能
跑車(chē),要求有很高的車(chē)架剛度,普通承載式車(chē)身就顯得剛度不足。因此近年的高性能汽車(chē),除了馬力不斷提升外,各車(chē)廠也不斷致力于提高車(chē)身的剛度,目前主要采取的辦法是優(yōu)化車(chē)架的幾何形狀和采用局部增粗或補(bǔ)焊以加強(qiáng)抗扭能力。
由于承載式車(chē)架將全車(chē)所有部件,包括懸架、車(chē)身和乘員連成一體,具有很好的操控反應(yīng)(正式學(xué)名是“操作響應(yīng)性”),而且傳遞的震動(dòng)、噪音都較少,這是大梁式車(chē)架不可比擬的。因此不僅是轎車(chē),就連一些針對(duì)良好道路環(huán)境設(shè)計(jì)的越野車(chē)也有棄大梁車(chē)架而改用承載式車(chē)身的趨勢(shì),這就是所謂的“城市化越野車(chē)”。另外針對(duì)大梁式車(chē)架地臺(tái)高的弊病。
近年還出現(xiàn)了采用承載式車(chē)身的大型客車(chē)(稱(chēng)為“無(wú)大梁車(chē)身”或“無(wú)陣車(chē)身”),由于取消了大梁,旅游大巴可以在車(chē)底騰出巨大且左右貫通的行李空間,用于市區(qū)的公共汽車(chē)則可以將地臺(tái)降至與人行道等高以便于上下車(chē)(要配合特殊的低置車(chē)橋)。低地臺(tái)是客車(chē)的一個(gè)重要發(fā)展方向(圖E)。
鋼管式車(chē)架
前面曾說(shuō)過(guò)承載式車(chē)架的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)工藝都復(fù)雜,只適宜大批量生產(chǎn)。但是對(duì)于少量生產(chǎn)的轎車(chē)又如何呢?雖然可以采用共用平臺(tái)策略,但所謂的“共用平臺(tái)”能共用的只是懸架、傳動(dòng)系統(tǒng)等底盤(pán)部件,承載式的車(chē)架由于必須與車(chē)身形狀吻合,對(duì)于不同的車(chē)身造型是不能共用車(chē)架的。于是鋼管式(又稱(chēng)“框條式”)車(chē)架便應(yīng)運(yùn)而生。
顧名思義,鋼管式車(chē)架就是用很多鋼管焊接成一個(gè)框架,再將零部件裝在這個(gè)框架上。它的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,很適合小規(guī)模的工作坊作業(yè),50-70年代英國(guó)有很多小規(guī)模的車(chē)廠生產(chǎn)各式各樣的汽車(chē),都是用自行開(kāi)發(fā)制造的鋼管車(chē)架,是鋼管車(chē)架的全盛時(shí)期。
時(shí)至今日仍采用鋼管車(chē)架的都是一些產(chǎn)量較少的
跑車(chē)廠,如LAMBORGHINI和TVR,原因是可以省去沖壓設(shè)備的巨大投資。由于對(duì)鋼管車(chē)車(chē)架進(jìn)行局部加強(qiáng)十分容易(只須加焊鋼管),在質(zhì)量相等的情況下,往往可以得到比承載式車(chē)架更強(qiáng)的剛度,這也是很多跑車(chē)廠仍樂(lè)于用它的原因。(圖F是LAMBORGHINI DIABLO的鋼管骨架,裝上覆蓋件后成為圖G)
鋁合金車(chē)架
奧迪A8的車(chē)架是用鋁合金做的,但那是沖壓成型的結(jié)構(gòu),只是材料不同了,仍屬于承載式車(chē)架。這里說(shuō)的鋁合金車(chē)架是另一種類(lèi)型,將鋁合金條梁焊接、鉚接或貼合在一起組成一個(gè)框架,可以理解為鋼管車(chē)架的變種,只是鋁合金是方梁狀而非管狀。鋁合金車(chē)架最大優(yōu)點(diǎn)是輕(相同剛度的情況下)。但是成本高,不宜大量生產(chǎn),而且鋁合金本身的特性決定了其承載能力受限制,暫時(shí)只有少數(shù)車(chē)廠運(yùn)用在小型的量產(chǎn)跑車(chē)上,如
蓮花ELISE和
雷諾SPIDER(圖H)。
碳纖維車(chē)架
亦即是開(kāi)頭所提到的“特殊材料一體成型式車(chē)架”。制造方法是用碳纖維澆鑄成一體化的底板、坐艙和引擎艙結(jié)構(gòu),再裝上機(jī)械零件和車(chē)身復(fù)蓋件。碳纖維車(chē)架的剛度極高,重量比其它任何車(chē)架都要輕,重心也可以造得很低。
但是制造成本是它的致命傷,因此目前都只用于不計(jì)成本的賽車(chē)和極少數(shù)量產(chǎn)車(chē)上。碳纖維車(chē)架在80年代首先出現(xiàn)一級(jí)方程式賽車(chē)上,然后延伸到C組賽車(chē)和90年代的GT賽車(chē),至今僅有的兩部采用碳纖維車(chē)架的量產(chǎn)車(chē)是94年的MCLAREN F1和95年的FERRARI F50。(圖I:
法拉利F50一體成型的碳纖維地臺(tái)連坐艙就是它的車(chē)架)
碳纖維的剛度不僅有利于操控,對(duì)提高安全性也有很大的作用。典型例子是在95年,
寶馬的
總裁駕駛一部MCLAREN F1(街道版)滿載3人在德國(guó)的公路上以280公里時(shí)速失控,沖出公路后再翻滾無(wú)數(shù)圈后才停車(chē),車(chē)上3人居然只受了輕傷。當(dāng)時(shí)全車(chē)外殼盡毀,但車(chē)架和坐艙仍保持完好的形狀,如非碳纖維車(chē)架肯定是招架不住的。這也是一級(jí)方程式賽車(chē)至今沿用它的原因之一。
“副車(chē)架”
最后要補(bǔ)充“副車(chē)架”的概念,這是常常在車(chē)書(shū)中出現(xiàn)的新名詞。副車(chē)架并非完整的車(chē)架,只是支承前后車(chē)橋、懸架的支架,使車(chē)橋、懸架通過(guò)它再與“正車(chē)架”相連,習(xí)慣上稱(chēng)為“副架”。副架的作用是阻隔振動(dòng)和噪聲,減少其直接進(jìn)入車(chē)廂,所以大多出現(xiàn)在豪華的轎車(chē)和越野車(chē)上,有些汽車(chē)還為引擎裝上副架。
未來(lái)發(fā)展
大梁式和承載式車(chē)架是占絕大多數(shù)的主流車(chē)架形式,但它們都分別有著顯著的缺點(diǎn),即笨重和剛度不足。于是近年出現(xiàn)了融合這兩者優(yōu)點(diǎn)和車(chē)架設(shè)計(jì)方案,圖中所示是
三菱PAJERO IO的獨(dú)創(chuàng)車(chē)架,在承載式結(jié)構(gòu)的車(chē)廂底部增加了獨(dú)立的鋼框架(圖J中的藍(lán)色部分),可以認(rèn)為是簡(jiǎn)化的大梁結(jié)構(gòu),從而在保證剛度的同時(shí),重量和重心又比大梁式結(jié)構(gòu)大為下降。另一個(gè)例子是
本田S2000,由于對(duì)性能要求很高,而敞篷車(chē)身的剛度不足,于是在承載式車(chē)架的底部加焊了類(lèi)似大型橫梁的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu),從而增強(qiáng)了剛度。今后這種“雜交”車(chē)架的形式肯定會(huì)更層出不窮。