汽車造型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介－－車架篇

�敚�就像人的身體由骨架來(lái)支持一樣，汽車也必須有一幅骨架，這就是車架。車架的作用是承受載荷，包括汽車自身零部件的重量和行駛時(shí)所受的沖擊、扭曲、慣性力等。現(xiàn)有的車架種類有大梁式、承載式、鋼管式及特殊材料一體成型式等。 �敚�一、大梁式車架 �敚斣诟叟_(tái)汽車刊物中常稱作“陣式車架”，是最早出現(xiàn)的車架類型（從全世界第一部汽車開(kāi)始一直沿用至今）。大梁車架的原理很簡(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、車身等部件，這個(gè)鋼架就是名附其實(shí)的“車架”。大梁式車架的優(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，車架重量占去全車總重的相當(dāng)部分；此外，粗壯的大梁縱貫全車，影響整車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，使整車重心偏高。綜合這些因素可見(jiàn)，大梁式車架適用于要求有大載重量的貨車、中大型客車，以及對(duì)車架剛度要求很高的車輛，如越野車。傳統(tǒng)越野車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，就是由大梁式車架所致。(圖A：大型客車 圖B：豐田Prado越野車的大梁車架）

�敚�二、承載式車架 �敚斠卜Q作整體式或單體式車架。針對(duì)大梁式車架質(zhì)量重、體積大、重心高的問(wèn)題，承載式車架的意念是用金屬制成堅(jiān)固的車身，再將發(fā)動(dòng)機(jī)、懸架等機(jī)械零件直接安裝在車身上。這個(gè)車身承受所有的載荷，充當(dāng)車架，所以準(zhǔn)確稱呼應(yīng)為“無(wú)車架結(jié)構(gòu)的承載式車身”（采用大梁車架的汽車車身則稱為“非承載式車身”）。承載式車架由鋼（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)目前的車身設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)難以突破的大難點(diǎn)。成型的車架是個(gè)帶有坐艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和底板的骨架（圖C），我們所能看到的光滑的汽車車身則是嵌在骨架上的覆蓋件（圖D）。

�敚� �敚敵休d式車車架是目前轎車的主流，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)將車架和車身二合為一，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）不足也是承載式車身的一大缺陷。這問(wèn)題在日常用車上還不明顯，但對(duì)于大馬力、大扭力的高性能跑車，要求有很高的車架剛度，普通承載式車身就顯得剛度不足。因此近年的高性能汽車，除了馬力不斷提升外，各車廠也不斷致力于提高車身的剛度，目前主要采取的辦法是優(yōu)化車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。 �敚� �敚斢捎诔休d式車架將全車所有部件，包括懸架、車身和乘員連成一體，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，這是大梁式車架不可比擬的。因此不僅是轎車，就連一些針對(duì)良好道路環(huán)境設(shè)計(jì)的越野車也有棄大梁車架而改用承載式車身的趨勢(shì)，這就是所謂的“城市化越野車”。另外針對(duì)大梁式車架地臺(tái)高的弊病，近年還出現(xiàn)了采用承載式車身的大型客車（稱為“無(wú)大梁車身”或“無(wú)陣車身”），由于取消了大梁，旅游大巴可以在車底騰出巨大且左右貫通的行李空間，用于市區(qū)的公共汽車則可以將地臺(tái)降至與人行道等高以便于上下車（要配合特殊的低置車橋）。低地臺(tái)是客車的一個(gè)重要發(fā)展方向（圖E）。 �敚�

�敚�三、鋼管式車架 �敚斍懊嬖�說(shuō)過(guò)承載式車架的設(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，承載式的車架由于必須與車身形狀吻合，對(duì)于不同的車身造型是不能共用車架的。于是鋼管式（又稱“框條式”）車架便應(yīng)運(yùn)而生。 �敚旑櫭�思義，鋼管式車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)模的車廠生產(chǎn)各式各樣的汽車，都是用自行開(kāi)發(fā)制造的鋼管車架，是鋼管車架的全盛時(shí)期。時(shí)至今日仍采用鋼管車架的都是一些產(chǎn)量較少的跑車廠，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)鋼管車車架進(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架更強(qiáng)的剛度，這也是很多跑車廠仍樂(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）

���� �敚�四、鋁合金車架 �敚�奧迪A8的車架是用鋁合金做的，但那是沖壓成型的結(jié)構(gòu)，只是材料不同了，仍屬于承載式車架。這里說(shuō)的鋁合金車架是另一種類型，將鋁合金條梁焊接、鉚接或貼合在一起組成一個(gè)框架，可以理解為鋼管車架的變種，只是鋁合金是方梁狀而非管狀。鋁合金車架最大優(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)車廠運(yùn)用在小型的量產(chǎn)跑車上，如蓮花ELISE和雷諾SPIDER（圖H）。 �敚� �敚�五、碳纖維車架 �敚斠嗉词情_(kāi)頭所提到的“特殊材料一體成型式車架”。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)械零件和車身復(fù)蓋件。碳纖維車架的剛度極高，重量比其它任何車架都要輕，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)成本的賽車和極少數(shù)量產(chǎn)車上。碳纖維車架在80年代首先出現(xiàn)一級(jí)方程式賽車上，然后延伸到C組賽車和90年代的GT賽車，至今僅有的兩部采用碳纖維車架的量產(chǎn)車是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)連坐艙就是它的車架） �敚斕祭w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，車上3人居然只受了輕傷。當(dāng)時(shí)全車外殼盡毀，但車架和坐艙仍保持完好的形狀，如非碳纖維車架肯定是招架不住的。這也是一級(jí)方程式賽車至今沿用它的原因之一。

���� �敚� �敚�六、“副車架” �敚斪詈笠�補(bǔ)充“副車架”的概念，這是常常在車書(shū)中出現(xiàn)的新名詞。副車架并非完整的車架，只是支承前后車橋、懸架的支架，使車橋、懸架通過(guò)它再與“正車架”相連，習(xí)慣上稱為“副架”。副架的作用是阻隔振動(dòng)和噪聲，減少其直接進(jìn)入車廂，所以大多出現(xiàn)在豪華的轎車和越野車上，有些汽車還為引擎裝上副架。 �敚� �敚�七、展望未來(lái) �敚敶罅菏胶统休d式車架是占絕大多數(shù)的主流車架形式，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)和車架設(shè)計(jì)方案，圖中所示是三菱PAJERO IO的獨(dú)創(chuàng)車架，在承載式結(jié)構(gòu)的車廂底部增加了獨(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，而敞篷車身的剛度不足，于是在承載式車架的底部加焊了類似大型橫梁的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了剛度。今后這種“雜交”車架的形式肯定會(huì)更層出不窮。

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