究竟什么是车架
车架是跨接在汽车前后车桥上的框架式结构俗称大梁是汽车的基体。
它一般由两根纵梁和几根横梁组成通过悬挂装置、前桥、后桥支承在车轮上。
汽车的很多部件及总成都靠车架来固定比如发动机、传动系、悬架、转向系统、驾驶室、货箱和相关操作机构等。
车架不仅要支撑和连接汽车各总成让它们保持正确位置还要承受汽车内外的各种载荷。
车架的结构形式得满足汽车总布置要求保证固定在车架上的各总成和部件在行驶中不相互干涉。
在汽车行驶中车架可能产生扭转变形、纵向平面内的弯曲变形一边车轮遇障碍时还可能整个扭曲成菱形所以车架要有足够强度和适当刚度。
为让汽车整车更轻量化车架质量要尽可能小且布置得离地面近点能降低汽车重心利于提高行驶稳定性这对客车和轿车尤其重要。
早期车架多是笼状钢骨梁柱构成在两支平行主梁上加很多左右相连副梁这种设计能兼顾轻量化和刚性受跑车制造商喜欢。
但因接点多、制造复杂、不利大量生产且空间小不适合四门房车后被单体结构车架取代叫“底盘”。
现有车架种类有边梁式、中梁式、综合式、无梁式等。
边梁式由两根纵梁和若干横梁组成通过铆接或焊接连接利于汽车改装变形多用于载货汽车等。
中梁式中部有大断面纵梁和副梁托架等质量轻、重心低、刚度强度大、行驶稳定车轮运动空间大便于采用独立悬架但制造工艺复杂、精度要求高、维护不便。
根据车身和车架联系车架分非承载式、承载式和半承载式。
非承载式车身有刚性车架与车身通过弹簧或橡胶垫连接承载式车身无刚性车架加强了车头等部位半承载式通过螺钉等方法将车身与车架刚性连接。
不同车架要承受负载弯曲、非水平扭动、横向弯曲和水平菱形扭动等力所以必须有足够刚度和承载力。
“车架”这个名称原本是从法文的“Chassis”衍生而来的,早期汽车所使用的车架,大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的,也就是在两支平行的主梁上,以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上,至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等钣件,则是另外再包覆于车体之外,因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。这种设计的最大好处,在于轻量化与刚性得以同时兼顾,因此受到了不少跑车制造商的青睐,早期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。
由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁,加之笼状构造也无法腾出较大的空间,因此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外,也不适合用在强调空间的四门房车上。随后单体结构的车架在车坛上成为主流,笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代,这种单体车架一般以“底盘”称之,也就是衍生自英文的“Platform”。
车架设计
要评价车架设计和结构的好坏,首先应该清楚了解的是车辆在行驶时车架所要承受的各种不同的力。如果车架在某方面的韧性(stiffness)不佳,就算有再好的悬挂系统,也无法达到良好的操控表现。而车架在实际环境下要面对4种压力。
1.负载弯曲
从字面上就可以十分容易的理解这个压力,部分汽车的非悬挂重量(unsprungmass),是由车架承受的,通过轮轴传到地面。而这个压力,主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁(member),一般都要求较强的刚度。
2.非水平扭动
当前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动,车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力(longltudinaltorsion),情况就好像要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。
3.横向弯曲
所谓横向弯曲,就是汽车在入弯时重量的惯性(即离心力)会使车身产生向弯外甩的倾向,而轮胎的抓着力会和路面形成反作用力,两股相对的压力将车架横向扭曲。
4.水平菱形扭动
因为车辆在行驶时,每个车轮因为路面和行驶情况的不同,(路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及进出弯角等等)每个车轮会承受不同的阻力和牵引力,这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形,这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。
实车架的好坏并非物理指标就可以涵盖,所以即使有超强的新车架出现,最传统的车架形式依然存在,正因为此,以下的内容才有了发布的意义。
关于车架刚性
很多人都知道刚性的良好与否会直接影响到一部车的操控,但是所谓的车架刚性究竟指的是什么?而刚性不足又会带来哪些后果呢?简单的说,车架所要求的刚性其实就建构在车架的抗变形能力上,也就是指车架对于受外力影响而弯曲或扭转的抗力。一旦车架刚性不足,操控性便会受到影响。试想前轮因车架变形而导致转向时出现时间差,或是轮胎与路面的接地性不良而影响到循迹性与抓地力等,肯定都会使操纵性无法发挥出原有的水准。
影响车架刚性的外力,通常是来自于路面摩擦力以及加减速或过弯时产生的G值。早期的汽车由于引擎及底盘设计不像现在发达,轮胎的抓地力也不如今日优异,因此车架刚性的重要性并不容易被关注。但是近年来市售车所搭载的引擎已有不错的动力,许多车都拥有200km/h以上的极速,而且除了轮胎进化成抓地力更好的辐射层构造,低扁平比薄胎与大直径化的设定也成为了市场的主流,因此在动力有所提升、轮胎与悬挂所承受的负荷增大并且转移至车架的情况下,车架本身承受的负荷肯定也会大幅提高,而车架刚性的良好与否也就显得更为重要。

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