汽車設(shè)計(jì)知識(shí)講座二.pdf

機(jī)械 CAD 收集整:機(jī)械 CAD 收集整: 汽技朮盟：johns_01 汽技朮盟：johns_01 E-mail:johns_01163.com E-mail:johns_01163.com 本資自網(wǎng)絡(luò)僅供考使用，有涉及版權(quán)請(qǐng)信告知?jiǎng)h除處! 本資自網(wǎng)絡(luò)僅供考使用，有涉及版權(quán)請(qǐng)信告知?jiǎng)h除處! 汽車造型設(shè)計(jì)知識(shí)講座（二） 汽車的車架 就像人的身體由骨架來支持一樣，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。 1、大梁式車架 在港臺(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，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） 2、承載式車架 也稱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） 。 承載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。 由于承載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“無大 梁車身”或“無陣車身” ） ，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） 。 3、鋼管式車架 前面曾說過承載式車架的設(shè)計(jì)開發(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。 顧名思義， 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） 4、鋁合金車架 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） 。 5、碳纖維車架 亦即是開頭所提到的“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） 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。 6、 “副車架” 最后要補(bǔ)充“副車架”的概念，這是常常在車書中出現(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。 IN THE FUTURE 大梁式和承載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