早期的車架設(shè)計(jì)
“車架”這個(gè)名稱原本是從法文的“Chassis”衍生而來的，早期汽車所使用的車架，大多都是由籠狀的鋼骨梁柱所構(gòu)成的，也就是在兩支平行的主梁上，以類似階梯的方式加上許多左右相連的副梁制造而成。車體建構(gòu)在車架之上，至于車門、沙板、引擎蓋、行李廂蓋等鈑件，則是另外再包覆于車體之外，因此車體與車架其實(shí)是屬于兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)的最大好處，在于輕量化與剛性得以同時(shí)兼顧，因此受到了不少跑車制造商的青睞，早期的法拉利與蘭博基尼都是采用的這種設(shè)計(jì)。
一部車的性能除了取決于引擎動(dòng)力的大小，操控也是不容忽視的另一因素，但是要造出優(yōu)異的操控，懸掛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就顯得相當(dāng)重要。除此之外，車架的剛性也是必不可少的先決條件。
由于鋼骨設(shè)計(jì)的車架必須通過許多接點(diǎn)來連結(jié)主梁和副梁，加之籠狀構(gòu)造也無法騰出較大的空間，因此除了制造上比較復(fù)雜、不利于大量生產(chǎn)之外，也不適合用在強(qiáng)調(diào)空間的四門房車上。隨后單體結(jié)構(gòu)的車架在車壇上成為主流，籠狀的鋼骨車架也逐漸改由這種將車體與車架合二為一的單體車架所取代，這種單體車架一般以“底盤”稱之，也就是衍生自英文的“Platform”。
單體式車架
關(guān)于單體車架(Monocoque)：簡(jiǎn)單的說就是將引擎室、車廂以及行李廂三個(gè)空間合而為一，這樣的好處除了便于大量生產(chǎn)，模組化的運(yùn)用也是其中主要的考慮。通過采取模組化生產(chǎn)的共用策略，車廠可以將同一具車架分別使用在數(shù)種不同的車款上，這樣也可節(jié)省不少研發(fā)經(jīng)費(fèi)。例如大眾VAG旗下就有多種車款使用相同的車架，通用(GM)的紳寶、富士也有不少車款如法炮制。
除了有利于共用，車體車架也可以通過材料的不同來發(fā)揮輕量化的特性，例如本田NSX所使用的鋁合金以及法拉利F50、Enzo所使用的碳纖維材料等。鋁合金是80年代末期相當(dāng)熱門的一種工業(yè)材料，雖然重量比鐵輕，但是強(qiáng)度卻較差，因此如果要用鋁合金制成單體車架，雖然在重量上比起鐵制車架更占優(yōu)勢(shì)，但是強(qiáng)度卻無法達(dá)到和鐵制車架同樣的水準(zhǔn)。除非增加更多的鋁合金材料，利用更多的用量來彌補(bǔ)強(qiáng)度上的不足。不過這樣一來，重量必然會(huì)相對(duì)增加，而原本出于輕量化考量而采用鋁合金材料的動(dòng)機(jī)，當(dāng)然也就失去了意義。也正因?yàn)檫@個(gè)原因，鋁合金車架在車壇上并未成為主流，少數(shù)高性能跑車或是使用了強(qiáng)度更高的碳纖維，或是用碳纖維結(jié)合蜂巢狀?yuàn)A層鋁合金的復(fù)合材料取代了鋁合金。但是要用碳纖維制成單體車架，在制作上相當(dāng)復(fù)雜且費(fèi)時(shí)，成本也相對(duì)更高，所以至今仍無法普及到一般市售車上，而僅有少數(shù)售價(jià)高昂的跑車使用。
盡管鋁合金車架鮮有車廠使用，不過用鋼鐵車架搭配鋁合金鈑件的方式，近年來卻受到不少車廠的重視，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以保留車架本身的強(qiáng)度，同時(shí)也可以通過鈑件的鋁合金化來取得輕量化效果，在研發(fā)成本上自然也不像碳纖維制的單體車架那樣昂貴。
關(guān)于車架剛性
很多人都知道剛性的良好與否會(huì)直接影響到一部車的操控，但是所謂的車架剛性究竟指的是什么？而剛性不足又會(huì)帶來哪些后果呢？簡(jiǎn)單的說，車架所要求的剛性其實(shí)就建構(gòu)在車架的抗變形能力上，也就是指車架對(duì)于受外力影響而彎曲或扭轉(zhuǎn)的抗力。一旦車架剛性不足，操控性便會(huì)受到影響。試想前輪因車架變形而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向時(shí)出現(xiàn)時(shí)間差，或是輪胎與路面的接地性不良而影響到循跡性與抓地力等，肯定都會(huì)使操縱性無法發(fā)揮出原有的水準(zhǔn)。
影響車架剛性的外力，通常是來自于路面磨擦力以及加減速或過彎時(shí)產(chǎn)生的G值。早期的汽車由于引擎及底盤設(shè)計(jì)不像現(xiàn)在發(fā)達(dá)，輪胎的抓地力也不如今日優(yōu)異，因此車架剛性的重要性并不容易被關(guān)注。但是近年來市售車所搭載的引擎已有不錯(cuò)的動(dòng)力，許多車都擁有200km/h以上的極速，而且除了輪胎進(jìn)化成抓地力更好的輻射層構(gòu)造，低扁平比薄胎與大直徑化的設(shè)定也成為了市場(chǎng)的主流，因此在動(dòng)力有所提升、輪胎與懸掛所承受的負(fù)荷增大并且轉(zhuǎn)移至車架的情況下，車架本身承受的負(fù)荷肯定也會(huì)大幅提高，而車架剛性的良好與否也就顯得更為重要。
車輛重量增加源于安全需要
除此之外，歐美從90年代開始逐漸提高了撞擊事故的安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這也是凸現(xiàn)出車架剛性重要的另一原因。許多車廠為了在撞擊事故發(fā)生時(shí)能夠確保車內(nèi)乘員的安全，惟有針對(duì)車架以及車體進(jìn)行全面強(qiáng)化，這也使得除了車架以外的強(qiáng)度有所改善，包括鈑件厚度的改變以及各種輔助梁的增設(shè)也成為各廠慣用的手法。不過在這樣的情況下，伴隨而來的是車重相對(duì)增加，這也正是歐美日許多市售車的重量比起10年前、20年前增加不少的主要原因。
關(guān)于剛性的確保，大多數(shù)車廠在新車的設(shè)計(jì)階段，都是利用電腦計(jì)算出車架的剛性需求，并以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)。有些車廠在用電腦完成設(shè)計(jì)雛形后，還會(huì)再由專業(yè)的試車人員進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。不過在前面提到的模組化策略運(yùn)用下，由于同一車架可能會(huì)使用在不同需求的車款上，例如寶馬3系列中就有動(dòng)力最小的1.8升318i和最大的3.2升M3，三菱Lancer車系也有入門級(jí)的1.3升Cedia和2.0Turbo的Lancer EVO，由于不同的車種在動(dòng)力輸出上相差甚遠(yuǎn)，車架所承受的負(fù)荷也截然不同，因此要以相同的車架來對(duì)應(yīng)不同車種，可是有不少學(xué)問。
如果要以剛性為首要考慮，最理想的對(duì)策當(dāng)然是以能夠承受最大負(fù)荷的車架來對(duì)應(yīng)所有引擎，寶馬即是采取這樣的方式。盡管318i的最大馬力不及M3的一半，但是車架卻是使用和M3如出一轍的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在車架剛性遠(yuǎn)勝過引擎動(dòng)力的條件下，操控品質(zhì)和整體穩(wěn)定性具有極高的水準(zhǔn)。不過多數(shù)日系車廠卻并非采取這樣的方式，例如三菱即是以入門型的Cedia車架來對(duì)應(yīng)性能版的Lancer EVO引擎，至于剛性不足的部分，則是再另外通過補(bǔ)強(qiáng)的手法來解決。這也就是近來包括Lancer EVO或Civic Type R等強(qiáng)調(diào)高性能的日系車，在出廠時(shí)都已經(jīng)將引擎室撐桿列為標(biāo)準(zhǔn)配備的主要原因。
關(guān)于日本車的安全性
但是無論上述何種方式，其實(shí)都很難定論出絕對(duì)的優(yōu)劣性，畢竟德國車和日本車先天就有太多不同的設(shè)計(jì)理念與使用需求。德國擁有無限速的Autobahn，在動(dòng)力允許的情況下，要以超過200km/h的速度巡航對(duì)于很多人來說司空見慣，車廠在研發(fā)新車之際，當(dāng)然也會(huì)考慮到這種行車速度下的操控與安全性。但是日本高速道路的速限只有100km/h，而且市售車的極速也必須遵守不得超過180km/h的自主限制，車廠自然不會(huì)也沒有必要考慮到180km/h之后的操控與安全性。很多人認(rèn)為日本車的安全性不如德國車，車體剛性及底盤穩(wěn)定性也是如此，其實(shí)就是由于上述先天不足的設(shè)計(jì)理念與使用需求所致。
關(guān)于車體的安全防護(hù)，在過去要確保車內(nèi)乘員的安全，最有效的辦法就是從汽車承受撞擊力道的能力來著手，也就是在遭遇撞擊時(shí)將變形的程度控制到最低。因此許多車廠在強(qiáng)化車架之余，同時(shí)也為車體換上更厚實(shí)的鈑件，沃爾沃即是其中最具代表性的車廠之一。不過近年來，這樣的安全防護(hù)邏輯已經(jīng)有所轉(zhuǎn)變，因?yàn)槌烁咚贍顟B(tài)下的“車對(duì)車”撞擊事故外，發(fā)生在市區(qū)街道的“車對(duì)人”撞擊事故，也是目前許多車廠關(guān)注的焦點(diǎn)，道路狀況比歐美國家更為擁擠的日本尤為明顯。
安全防護(hù)觀念的擴(kuò)大
為了將安全防護(hù)的范圍從車內(nèi)乘員擴(kuò)大到車外的行人及騎車者，本田旗下市售車在2000年開始引入了G-CON理念，開始完全打破了過去沃爾沃所強(qiáng)調(diào)的安全概念。本田的G-CON理念，并非利用更厚、更硬的鈑件來抑制車體變形的程度，反倒是通過適度的變形或潰縮來將撞擊力道予以吸收，這樣更有助于減輕行人或騎車者在被直接撞擊時(shí)所受到的傷害。
但是要如何在車對(duì)車的撞擊事故發(fā)生時(shí)，利用最低限度的車廂變形來確保車內(nèi)乘員的安全，同時(shí)又能夠在車對(duì)人的狀況下，通過車體鈑件的適度變形來減輕車外行人或騎車者所受到的傷害呢？
諸如此類的兩極對(duì)立問題，其實(shí)在汽車的空氣力學(xué)上也同樣可以見到，例如以往高性能跑車基于操控性的考慮，多半會(huì)以犧牲風(fēng)阻系數(shù)來換取更大的下壓力。但是近年來法拉利火爆時(shí)都已不再利用車外裝設(shè)的空力套件來增加下壓力。甚至連尾翼都簡(jiǎn)化許多，因?yàn)榧友b在車外的擾流裝置雖然可以造就更大下壓力，但是卻會(huì)使風(fēng)阻系數(shù)相對(duì)增大，對(duì)于極速和油耗全然沒有幫助。不過目前包括Enzo、F360或Carrera GT這一類跑車，都已經(jīng)發(fā)展出通過底盤的先進(jìn)造型來產(chǎn)生地面吸附效應(yīng)的技術(shù)，這樣的效果不僅等同于從車外獲得下壓力，同時(shí)也不會(huì)因外形上的改變而破壞風(fēng)阻系數(shù)。
今后的課題
要想在車廂空間的確保與車體撞擊吸收能力之間取得平衡，或是同時(shí)兼顧兩者，根本之道就是以高強(qiáng)度的車架來搭配具有潰縮設(shè)計(jì)的車體。不過說起來好像很簡(jiǎn)單，實(shí)際上卻存在著不少必須克服的困難，例如引擎的體積就直接影響到車頭的潰縮范圍，引擎越小，當(dāng)然越有利于吸收撞擊力道，但是動(dòng)力輸出勢(shì)必也會(huì)更受限制，而使用在保險(xiǎn)杠或其他部位具有緩沖特性的材料，又會(huì)與資源再利用的環(huán)保理念相違背。上述因素，甚至包括研發(fā)成本的考慮等，都是攸關(guān)整體成效的主要因素之一。當(dāng)然，這些也正是今后各廠所必須努力的重要課題。
（轉(zhuǎn)載）
