【車叔講堂】車架結構與安全有何聯繫?

汽車點評ac 發佈 2020-05-06T16:26:11+00:00

「硬」是車架的硬指標,但是這不意味著這是衡量車架好壞的唯一指標,通過不同強度材料的搭配布局使車身在發生碰撞時部分區域能夠及時潰縮吸能,從而保證關鍵部位的完整,為乘員提供足夠的安全性能。同時抗扭轉剛度也要保證車體對懸掛有足夠的支撐,能夠應付來自路面的衝擊,使行駛具有較高的穩定性。2

去年,由中國保險汽車安全指數管理中心公布的上汽大眾帕薩特的25%偏置碰撞測試成績著實成為引爆話題,雖然後來被新冠疫情所沖淡,但是在行業內,此事件所產生的影響還是非常深遠的,它改變了許多消費者對車輛安全性能的認知。而中保研的出現,也讓汽車安全性能測試更加全面和客觀,能夠讓消費者更為清晰地了解不同產品的性能差距。

我們先來看看此次碰撞測試的實際情況,2019款帕薩特280TSI車型25%偏置碰撞中,該車型A柱完全斷裂、變形,導致駕駛員正前方安全氣囊發生偏移,沒有很好地起到保護駕駛員的效果。

單就此次碰撞測試來看,該車型在車體結構與潰縮吸能區域的布置上存在設計缺陷,而不僅僅是材料問題。在美國IIHS的相同情況碰撞測試中,美版passat同樣出現了A柱形變的情況,這足以說明該車在乘員座艙部位的車體剛性不足。

那麼,是什麼影響著汽車的車體強度,在發生碰撞時,又是哪些結構能夠保證乘員人身安全的呢?這就需要從汽車的車架結構說起。

一、汽車結構的主心骨

正如人體是靠骨骼架構支撐起來的一樣,汽車作為一個多結構、多部件的現代工業集合體,也有它的「骨架」,那就是車架。一輛車,無論有多少部件,無論車身外板結構還是底盤懸掛,抑或是引擎變速箱,甚至連內飾部件與座椅,都直接或間接地連接在車架上。打個比方,車架好比人體的骨骼,而其他部件如同人體的各個器官,被骨骼保護著。所以,一輛車的被動安全性首先和車架結構強度以及車架的碰撞能量潰縮方式密切相關。在車輛受到外部衝擊時,車身受到的衝擊需要由車架來承擔,那麼它必須要有足夠的強度和剛性來確保受到衝擊的時候不會輕易變形,並且在長時間受到震動時又要有足夠的抗金屬疲勞強度,以保證車架在長時間的使用中不會因路面震動和輕微衝擊而變形。

汽車在行駛在的時候,車身受到的衝擊力是各個方向的,舉個簡單的例子,當車輛右前輪壓到凸起物時,由於右前輪被墊起,而左後輪處於低位,車架就會受到一個扭轉力矩,當然在此之前,懸掛避震會率先處理路面衝擊,但是扭轉力矩是要靠車架承擔的。因此在許多廠商的廣告中,就會出現XX車型的新款產品比老款產品的車身扭轉剛性提高了百分之多少,就是在說車架的抗扭轉剛度。

近兩年各家廠商為節約開發成本、提高研發效率,模塊化平台的概念被運用在車架生產上,使車架結構更為靈活,在不改變整體設計的情況下,生產平台可以根據實際需求對車架進行加長或縮短,有些架構還支持空間布局以及高度、寬度的變化,使一台車架不用重新設計就能運用在多款車型上。這方面比較有名的有大眾的MQB平台,豐田的TNGA架構等。

二、非承載式與承載式車身

早在1886年1月29日,已成為德國機械工程師的卡爾.本茨將其研製的單缸汽油發動機安裝在三輪車架上,造出一輛不用馬拉的三輪車,世界第一輛汽車就此誕生。

而這台脫胎於馬車的汽車在之後的60年中,給汽車車架與車身之間的關係定了型。這種結構也就是非承載式車身結構,即車身搭載在一副單獨的車架上。在工業流水線成規模之前,汽車大多都是工匠手工打造,而車身造型也在不同工匠手下變得多種多樣,因此當車主對自己的座駕審美疲勞時,可以讓工匠單獨打造一個新的車身然後裝在原來的車架上。如同樂高玩具般有趣。

除了可以更換車身的特點以外,非承載式結構還有許多實用的優點。早期由於工業水平有限,材料以及結構設計還不是很完善,汽車車身無法單獨擁有足夠的結構強度,因此必須使用大量鋼材打造的車架來使汽車達到強度標準。這一方法無疑降低了材料力學的標準,讓起步時期的汽車工業得以蓬勃發展。就算是在今天,在一些大型客車、載重貨車以及硬派越野車型上,依然能夠看到非承載式車身結構,其高扭轉剛度、高車體強度的特點非常適合車輛高負載或是在非鋪裝路面上穩定行駛。

但是隨著工業科技的進步以及道路交通改善,車輛的製造及使用環境都與之前大不相同,傳統承載式車身的缺點也就暴露出來了。由於車身與懸掛之間隔著車架,這就導致車輛重心偏高,在貨車或其他大型車輛上這個缺點尚不明顯,但是在小型車輛上,這個缺點就是比較致命的了,過高的重心會讓車輛在快速轉向時極其不穩定。另外,厚重的車架也會過多侵占乘員空間,使本來就非常緊張的車內空間更加捉襟見肘。因此,將車架與車身結合為一體的設計浮出了水面。

那就是承載式車身。

承載式車身與非承載式最大的不同就是沒有了單獨的車架,而是將懸掛機構以及副車架直接連接在車身之上,讓車身充當整個架構的骨骼。現代的小型轎車,城市SUV甚至部分輕型越野車都採用了這一結構。它不僅增加了車輛空間的利用率,減輕車體重量,更重要的是它降低了車身的重心,能夠在鋪裝路面上給駕駛者提供更為可控的操縱體驗。

三、優秀車架的必備素質

1. 高剛性,高抗扭轉剛度,高結構強度以及科學合理的潰縮區間。

「硬」是車架的硬指標,但是這不意味著這是衡量車架好壞的唯一指標,通過不同強度材料的搭配布局使車身在發生碰撞時部分區域能夠及時潰縮吸能,從而保證關鍵部位的完整,為乘員提供足夠的安全性能。同時抗扭轉剛度也要保證車體對懸掛有足夠的支撐,能夠應付來自路面的衝擊,使行駛具有較高的穩定性。

2. 輕量化。

輕量化有助於減小整車轉動慣量,有助於車輛的加速和剎車、轉向性能,同時也能夠降低能源損耗,達到節能減排的目標。

在運動型汽車、性能車、跑車的研發中,輕量化是一個非常重要的技術指標,因此有實力的廠商會使用多種新型材料和設計來製造車身架構,如碳纖維單體座艙等。

3. 多延展性

同平台多延展性是現在眾多車企所追求的目前,也是能夠擴大企業利潤的有效途徑。而模塊化平台的運用將會使同一車架結構有更多的可變性與延展性。

車叔點評

消費者在選擇產品的時候不僅要看表面,還應更關注產品的內核,對於汽車而言,所有的配置、裝置都是銜接在車架之上的,而車架對於汽車的主、被動安全的影響也尤為重要。因此消費者在購買心儀車型的時候應當多從技術角度去考量,通過碰撞測試等途徑了解車架結構的強度,從而確保自己購買的產品能夠有一副足夠安全的「鐵骨」。

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