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車架結構粗解(二)_老鹿的太平洋汽車網博派


(三)一體化式車架
1、傳統式一體化車架
將兩種沒有分支結構的車架形式介紹完後,剩余的兩種形式都有眾多的分支結構.首先是一體化車架設計,英文稱作Monocoque.傳統意義上的一體化車架,就是將主車架、承載梁、外殼等等看作一個整體,各部分通過焊接將之接合.如果從字面上解釋一體化設計會較為復雜,但站在車厂的角度上,一體化設計的出現,可以令車輛的生產速度獲得前所未有的提高,雖然對于生產車架各部分所需要的加工機器的成本巨大,但是生產效率的提高、自動化設備的廣泛應用,令單件部件的制作成本降低,所以某些車厂可以年產百萬輛,如果換了其他機構,是根本不可能實現的.
RX-8的車架設計,屬于較為傳統的一體化布局.
FORD的Mustand也是傳統式一體化布局,可以看到,承載梁、葉子
板等等,都是車架的其中一部分,通過焊接將各個構件接合在一起.
雖然目前几乎所有的量產車型都采用一體化車架設計,但其也有諸多缺點,例如重量和金屬材料的消耗量都是不可避免的,但因為其擁有不錯的抗撞擊能力、有效使用空間大等諸多有點,此設計還是被保留下來,目前更多的汽車厂家在不遺余力地探索基于此次設計下的有效解決辦法,從而也引申出多種一體化形式.
Jaguar的全鋁合金一體化車架,一改過去全部使用鋼板的時代,鋁合金能
有效解決了鏽蝕、重量等問題,但要提高剛性,則需要更高明的力學設計.
2、輕量化高剛性一體化車架(ULSAB Monocoque)
首先需要說明,該車架形式屬于一體化車架的一個分支,而且屬于少數族類,其整個生產過程與傳統的一體化車架一樣,衹是在各部分構件上的制作上有所不同 採光罩,大家都知道輪圈的分類中,有鑄造輪圈和鍛造輪圈,而鍛造也分為低壓鍛造和高壓鍛造兩種,高壓鍛造剛性高,而低壓鍛造則在剛性和韌性之間找平衡點.輕量化高剛性一體化車架其實與普通一體化車架的區別就如同此種區別.輕量化高剛性一體化車架的生產過程中,所有車架內的部件都是依靠高壓成型的,而普通的一體化車架則多為沖壓成型,兩者的區別就在于成品內部的分子排列上,高壓成型的分子結構細密、均勻,而沖壓成型則會出現並不均勻的應力分布,令焊接後整車剛性不足的缺點.
從E46時代開始,BMW的三系便開始使用這種名為輕量化高剛性一體化車架設計,因為材料加
工工藝提高,令原來某些細節上的補強可以被取消,從而達到更佳的整體剛性和輕量化訴求.
ULSAB的概念是有保時捷提出,並使用,而時至今天,這種比相同設計下的一體化車架要輕一半,剛性提高一半的設計,衹有被少數車型的几個車型所使用,成本相對較高是其沒有被廣泛使用的其中一個重要原因.
3、碳纖維一體式車架
看到碳纖維一詞,無敵網的讀者相信都心里有數了,能用上這些車架結構的絕非普通車型.不錯,這種結構絕對上少數民族中的貴族.碳纖維一體化車架最早出現在賽車上,當然也是那項每年燒掉數十億美元的一級方程式賽車,而在街車上,最早的,真正能被稱為碳纖維一體化車架的車型是1993年發售的Mclaren F1,該車的風頭被其寶馬的627匹V12引擎和破紀錄的 鋁窗360公里極速所搶去,從車架設計角度上看,這台車同樣是世界之最,最早使用全碳纖維一體化設計的車架,從下面這張僅能找到的圖片上,就可知道F1是何等的奢華,無論引擎、懸挂還是三名成員都被包裹在那個碳纖維車殼里,無論整體剛性還是重量,普通的汽車均難望其背.麥拿倫F1之後,便是1995年的法拉利F50和ENZO,兩者的設計均來自一級方程式,當然也就名正言順地用上這種碳纖維一體化設計,不過與之前的麥拿倫F1不同,F50和ENZO更貼近一級方程式,碳纖維部分衹有乘客座艙及前方的懸挂支撐梁,後方則由引擎和變速箱完全充當作車架的後部結構.想想這三台車在車壇的地位,不是貴族嗎?
左圖為麥拿倫F1的全碳纖維一體化車架;右圖則是法拉利F50的.
F50的俯視圖,尾部衹有引擎和變速箱充當車架的後部結構一體化概念衹實現在成員艙和車頭.
後懸挂系統及引擎周邊全部安放在引擎和變速箱上.
碳纖維一體化車架的設計在許多介紹中並不止這區區的三台車(民用街車),有的連同959、288GT0甚至F40等也划歸此項,不過筆者不敢苟同,既然作為一個獨立的設計形式,80年代的那些衹是某部分實現了碳纖維化,相比之下沒有上述的三台來得徹底和統一.所以介紹"碳纖維一體化車架"還是衹有三個主角.
1987年的F40,衹是在乘客座艙等部分實現了碳纖維化,而其他機件仍
構築在空間管陣車架上,所以不能將之划入"碳纖維一體化車架"範疇.
4、盆式鋁合金一體化車架
這種車架衹有一個車厂在設計制作,那就是Lotus蓮花車厂,當然也包括了購買其車架成品的OPEL.此款車架最先被應用在Lotus的Elise上,同時也讓Elise成為了經典,一台最具操控性能、最具賽車化特性的街道超級跑車,之所以能被划入超跑序列,最大的原因並不是其衹有百來匹的輸出,而是其優異的車架設計.盆式鋁合金是一個全新的概念,其所有部分均采用鋁合金制作,然後各部分通過膠水(環氧樹脂)粘合在一起,成為一個整體,從而誕生了盆式鋁合金一體化車架的概念.
這就是蓮花車厂委托丹麥鋁窗公司制作的盆式鋁合金一體化車架,整個車
架的重量衹有65公斤,但抗扭性能超人,也是Elise受歡迎的主要原因之一.
數量不多的鉚釘加上特殊的環氧樹脂膠水,成為了整個車架
的連接方式.不過其通過撞擊試驗,證明膠水同樣很安全.
(四)空間管陣式車架
1、傳統空間管陣式車架
空間管陣式車架是目前眾多規模化生產的車架形式里,整體剛性最好的一種.傳統意義上的空間管陣式車架設計,概念同樣來自碳纖維一體化之前的一級方程式賽車, 氣密窗在碳纖維仍未被發現前,大部分的方程式賽車都會使用這種結構.之後隨著房車賽事和一些超級跑車的賽事開始興起,這種衹在高處不勝寒的車架結構慢慢被人們認識.不過,其結構導致了其雖然屬于批量生產的結構,但相比一體化車架可以大批量機械化生產,空間管陣式仍衹能進行勞動密集型加工,例如法拉利已經算是產量最高的超級跑車厂和空間管陣式的忠實擁護者,但是在鋁合金管陣車架被應用前,其年產量也就三千台上下,後來由美國鋁材加工鋁合金空間管陣車架後,產量才得以提高,不過年產量還是不超過5000輛, 隔音窗同樣使用該設計的其他超級跑車厂,其產量則更少.
最為典型的空間管陣式車架結構,其采用的管材多為高拉力鋼管,
也就是鉻鉬鋼管.而結構形式則千變萬化,沒有特定的要求.
車架前部完成承載了懸挂、轉向、電子系統、成員艙等.
空間管陣式車架的後部結構,承載了引擎、變速箱、懸挂等關鍵部件.
應該這樣說,正是因為這種車架的隨意性很大,所以開發者可以很有著重點地考慮車架的承載問題和安全等問題,既可以設計上的不斷優化令整車剛性大幅提升,也可以將整體重量降到最低,所以即使整體體積巨大的超級跑車,比相同尺寸的房車等要輕上許多便是其優勢所在,而且,更重要的是,它可以輕易承受那些講求極致動力性能的引擎,所以其各種特殊便成了超級跑車們的最愛.
2、鋁合金空間管陣結構
傳統式的空間管陣式車架雖然在性能上無所挑剔,但是其管材是通過焊接完成的,而且管陣機構的隨意性很大,對于大量生產根本就是天方夜譚.所以有不少的汽車厂家開始考慮如何將這種如此優秀的車架設計形式進行大量生產,其中,最早獲得成功的是奧迪(AUDI)和本田(HONDA),兩個車厂几乎同時推出了各自的鋁合金空間管陣結構,前者將之應用在其頂級的大型房車A8和小型房車A2上,而後者則令NSX成為全球第一台鋁合金車架的超級跑車.
現實中的AUDI A8車架.
厂房公布的三維圖片,A8的空間管陣其實結合了一體化和管陣式各自的優點.
AUDI A2的鋁合金管陣式車架結構同樣簡單,車架並
沒有如一體化車架般,其車架就是整車的骨干所在.
NSX的設計同樣精妙,對于有多年賽車經驗的HONDA要設計這樣的車架並無太大的困難.
目前,除了AUDI和HONDA外,已經有許多超級跑車或者其他量產車型采用這種鋁合金空間管陣式車架,例如最知名的有法拉利的F360和F430等等,不過需要注意的是,鋁合金雖然重量輕,硬度也得到有效的解決方法,但是其容易氧化和可燃等特性確實是許多車厂值得考量的.
文章至此,目前市場上能被見到的車架設計形式已粗略地進行了介紹.文章沒有出現太多的專業數據和詞匯,畢竟在無敵網上的讀者多是車迷,而非汽車設計工作者,太多的專業或者會打消對這樣復雜的事物的理解熱情,畢竟筆者也衹是一個車迷,並不是什么汽車設計從業人員,或者那些參數上的,設計優化上的理解讓那些人去實現吧,我們衹需要了解自己的車便足夠了.
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