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车体刚性强化特辑-Part.1 车体刚性强化概论

2014-11-24 10:39| 发布者: 琦琦| 查看: 29488| 评论: 0|原作者: 车讯网|来自: 车讯网

摘要:   街车改装项目当中相较于动力、刹车与底盘系统的改造,车体刚性的强化似乎没有那么重要,不过如果您是激烈驾驶一族,或准备开着爱车下场比赛的话,车体强化绝对会让您感受到改装前后的差异,让您对爱车的掌控更完 ...


  街车改装项目当中相较于动力、刹车与底盘系统的改造,车体刚性的强化似乎没有那么重要,不过如果您是激烈驾驶一族,或准备开着爱车下场比赛的话,车体强化绝对会让您感受到改装前后的差异,让您对爱车的掌控更完整。至于到底改怎么强化?就让笔者一一为大家说明。

人车一体的基础

  车体结构的刚性补强,所获得的效果不只是操控变得更敏捷、过弯变得更利落,伴随而来的安全保护也是激烈驾驶时不可或缺的保命条件,该如何强化才能事半功倍,看下去就知道。

 

结构强化之重要 如意操控的前提

  首先我们先来探讨一下为何需要强化车体之结构。因为车身结构本体为一单独结构体,而车辆本身之悬挂组件则是搭载在此主结构体上;当悬挂系统作用时,所承受之应力相对也会造成车体的负荷,而真正受力反馈的机件应该是悬挂系统,支撑悬挂系统的车体要愈强壮愈好,而扭曲变型量愈小,则悬挂系统作用愈大,也等于说高刚性车体结构,可以令悬挂系统完美充分的工作,让驾驶对车身动态的掌握更完整,也就是车开起来会比较听话。此时读者或许疑问,为何悬挂要完美工作与车体有关?因为车辆要有完美的操控性,及高速行驶的稳定性,全赖于底盘悬挂的设定;就算有了再完美的悬挂装置,及底盘角度调校,如果是安装在一个极易扭曲变形的车体上,高速激烈过弯时,也会因车体变形太多而无法发挥功效,最终结果也是徒劳无功,先天的优点可避免往后需增加的人力与物力,而一般而言,车厂会公布车辆的发动机性能配备等等数据与数据,但甚少会公开其产品的车身结构刚性数字(即抗扭刚性),因此要比较不同车种之间的结构强度,更是难上加难,在此论述几个重点使读者能清楚的分辨基本。

对于车身刚性的说明,原厂多半是透过图中的车体结构图来说明,但依然很少能给准确的数据,此图为Audi R8的设计图,可以看出驾驶舱为笼型车体结构,车头前后则以骨架建置,是兼顾车重与刚性的好方法。

 

婉拒敞篷车 面子或里子

  一般而言,敞篷车由于失去了车顶结构,车体如同开了盖的四方罐头一样,其所失去的结构刚性可不是只有六分之一那么简单,说不定刚性只有原结构的一半而已。车厂为了使敞篷车有足够的车体刚性,只得增加车体结构设计,来弥补因敞篷而丧失的结构强度;然而再怎么补强,一部敞篷车和非敞蓬车,是难以共同对等的去比较车身强度,且因为敞篷车所补强结构所增加的重量,通常也比非敞篷车来得重许多,因此敞篷车的设计和其操控往往是鱼与熊掌不可兼得。有些人会想,如果将软篷盖起来、或装上硬顶,是否会达到非敞篷车的强度呢?很遗憾,这样作一点帮助也没有,软篷和硬顶就和车门或车窗一样,对刚性结构是完全没有帮助的效果。当然了,笔者这里所说的婉拒敞篷车,是针对同时拥有硬顶及敞篷可供选择的同一车型而言,并非拒绝所有的敞篷车;所谓世事无绝对,像英国莲花的Elise、Honda S2000与BMW Z4等仅有敞篷车型之设计,因这些车款的原始设计便是以敞篷车为出发点,其结构强度便不会有问题产生。

有些超跑例如图中Mclaren MP4-12C的车体结构,驾驶舱采用一体成形碳纤维材质制成,前后在辅以铝合金骨架,如此打造出来的车体刚性与安全性,将比铝合金车台好上许多,更不用说一般的钢材,应付街道使用绝对绰绰有余。

 

对于车体刚性要求最高的房车赛事当以Rally拉力赛莫属,因此车内随处可见密密麻麻的防滚笼,除了提高车体应付飞跃、坑洞与弹跳的能力外,保护车手安全才是最重要的目的。
                    
 

人性化诉求之便利 结构刚性之假想敌

  一些对于消费者窝心设计的意念,其实都有可能造成车体结构减弱,例如:低开口的后行李厢盖,其为了造成行李厢更大的开口,就必需消除主体钣件的面积,当然不利于结构刚性。而所谓六/四、五/五分离后座椅,这类提供行李厢到车厢后座相通管道的设计,取消了原来分隔行李厢与车厢的隔离钣件。其实这块大面积的基本钣件,对于后车厢整体结构强度,仍有不小的贡献。也因为一般市售车有许多不利于车体刚性的先天设计,因此才会有后天补强的需求,补强方式须视爱车先天不足之处,进行结构分析再透过后天改造的方式来强化车体强度,这样的改造才能在不增加太多车重的情况下,获得最有效的车体强化效果。接下来我们正式进入常见的补强方式介绍。

 

由于敞篷车先天少了许多支撑车体的车顶,因此有些参与赛事的厂车为了提高车体强度,都会特别打造防滚笼来补强车体。
                     
 
车身强化拉杆 一体式结构最佳

  这是一般时下最容易,且价位普通的改装方式,为什么要加装这个零件呢?此零件是车身强化中最基本的一项,也是补强车体负担最多之处的重要零件,采交叉方式装置在悬挂固定点的它,乃是直接接受来自地面的震动力量,若是从拉杆往车体方向的力量没有消失,不但悬挂系统的位移量会减少,车体摇晃的情形亦将因此降低,进而提升行驶的操控性能。虽然因为有减震筒、弹簧吸震的关系,使得加装拉杆后并不会感到明显的加强,可是有装跟没装的实际差别很大,尤其跑山路是更加明显感受出差异。

                      
 
  至于最需加装拉杆的位置就在发动机室避震器塔顶上,这是因为车体的发动机室除了承载发动机外,其左右叶子板内侧还负责悬挂系统之前轴、上三角架、避震器等零件之固定。然而发动机室之结构则好比上、下都打开的四方盒,在理论上是「最弱」之结构刚性区域,因此一般车辆会以特别的设计来弥补此先天之缺憾。而加装发动机室上拉杆,就是要在发动机室上左右两边直接受力的避震器上座,用一结构杆连接起来,试图对发动机室上方之开口作一个结构性之补强,而这样的设计某些性能车出厂时就有,用来加强钣件强度,也可以抑制噪音产生。
                    
如果原厂没有标配发动机室或行李厢拉杆的话,也可以透过后天改装的方式加装,厂牌多样记得选择铝合金制品较能兼顾强度与轻量化效果,另外螺丝接点愈少愈好。
                    
 

   而提到发动机室拉杆,它为了达到应有的效果,有些重点还是需要注意,例如铝制杆身其强度略逊于铁制品,如果要达到一样的效果则必需要使用铝合金制品;而杆身属于圆或方型的空心体,较实心材强度高且重量轻。拉杆固定座基本上一定得和避震器上座之钣件吻合,两者装配后紧密的接合,才能有效的抑制上座的变形或钣件破裂。如果有固定式、无调整螺丝的话是最好的选择,如果是杆身可调式的拉杆,则需注意杆身调整螺丝的尺寸,愈接近杆身直径,也就是愈大的直径强度愈佳,这些都是选择发动机室拉杆所需注意的重点。其效果好的话,对车头刚性至少有百分之三至五以上的帮助。其他诸如叶子板侧拉、底盘下结构杆、后上下拉杆及B柱拉杆等同构型改装品,原理皆大同小异,不同的只是补强的部位不同,实际发挥功效大小也不尽相同。

                    
发动机室拉杆要发挥作用,避震器塔顶的固定座设计很重要,一定得和避震器上座之钣件吻合,两者装配后紧密的接合,才能有效的抑制上座的变形或钣件破裂。

 

  值得一提,过去许多车迷对「拉杆」与「连杆」的用途不甚清楚,笔者在此说明,拉杆是安装在车体上的金属杆件,用途在补强车体刚性与强度;至于连杆则是安装在底盘悬挂上,用来限制避震器上下摆动的幅度范围,改装用的连杆多半会采用钢材制成,两端为鱼眼接头设计,其上还设有长度可调整功能,这些特征都是辨别两者差异的方法。而安装在悬挂上的还有所谓的「防倾杆」,此部件的用途在抑制车辆过弯时的侧倾角度,这三者的功能大不相同,不可搞混。
                    
许多拉杆品牌也都会针对车底下较弱的地方,推出改装拉杆供车主进行车体补强,选购时记得选择安装后高度不能太低的产品,容易磨到人孔盖。

 

车体大梁充填剂 A、B双剂发泡

  有一段时期很流行此一方法来做车体强化,但笔者再告诉各位读者,毕竟可充填部份在大梁之四方框体、车门框槽A、B、C柱之空间,如此所费的成本及时间颇大,在本体刚性上的帮助,或许还不如它充填后的隔音效能!充填剂本身区分为A、B两剂调合,一般坊间都以发泡剂充填,如果在底盘大梁部分,会因为发泡剂之空间会贮存水分而导致钣件有锈蚀之虞,因为有此缺点,加上灌入发泡剂不利日后碰撞钣金处理,因此目前已甚少有人如此改装。

                    
 
                    
 
全车加强点焊 费工却效果惊人

 

  读者们应该都知道,汽车车身是用许多钣金件,一块一块以点焊机具组合而成;原厂的点焊数目,也就是焊点的多寡,只足以应付一般的道路行驶况态,对于竞技或高速行驶过弯,所承受的严苛负担更可能不足,因此车身点焊是重新制作一部赛车的主要工作,车身点焊可说是费时费工的工作。其工程时数多,其间也关系到各项作工的协调性,如果单一项目的失误,也会导至此项工程的不完美。
                     
 

 

  车身点焊一开始必需先去漆、然后除胶;除那里的胶呢?车身钣件为了防止摩擦之异音,在焊接处都一定会打上「制震胶」,车底板也有厚厚的隔音胶,反正这些胶一定要和底漆一样去除干净,否则一旦你开始施工点焊时,往往会造成「假焊」现象。CO2虽然出料焊接车体,但是从夹缝吐出的胶,会使焊点呈现「吹泡泡」的现象,也就是焊点被胶质干扰呈中空状态,包含着碳结构的焊点使焊接体并不是真正有效的接合。
                   
除了车底板上方的结构补强外,许多正规比赛车也都不忘记车底下的刚性强化,尤其是前后副梁处的强度更需特别注意,因为这里是负责固定前后悬挂连杆与三角架的地方,同时也须承担悬挂拉扯的受力点。
                     
 

 

  而钣件点焊的距离有很多说法,有每间隔一到两公分一焊点的作法也有连续焊到两至三公分、间隔一至两公分的作法,其实都见仁见智,重点是焊接部分有无确实的熔入接着。而焊接时不能从头一直焊到底结束,到时候单面钣件会因为连续焊接而热变形,到最尾端会呈现余料现象,促使车体变型,同时也因为全车点焊并非一天就能完成的工作,所以当天焊接好的部分,一定要清洁完毕,喷上镀锌或镀铜底料,否则明天就会发现,因为焊接后的氧化现象及日夜温差的湿度变化,会让昨天所焊接的部分全部产生锈斑,届时再来处理善后,才真是亡羊补牢,得不偿失。
                    
车体强化的位置并不只局限于车体结构上,像这部EVO的前三角架虽然采用铝合金材质,改装店家来特别在其上焊接一块小铝板,目的在减少三角架的变形量,让和尚头不会因激烈过弯时的挤压而扭动,使得操控反应变得较不听话。

 

  最后,全车点焊最好事先就把车辆架放在手术台上,或专用治具上,把身体主结构焊好之后再来实施翻转的细部焊接。以上所述这点是非常重要的,因为在一个不良的支撑环境下,受力的空车体是可能变型的,加上焊接时的伸缩、及应力的改变,如果车体并非固定在良好的治具下,例如车体呈现些微扭曲的不正常情况,此时在点焊上去,扭曲的车台就此固定无法调整回来,在车体基础结构与几何角度不正确的情况下,对于往后配重的调整、底盘的设定,都会有决定性的伤害,不可不慎。至于所有车体刚性补强作为中,效果最好的莫过于防滚笼的加装,一套依据车种作过精密计算来设计的防滚笼,是有可能提升车体原结构强度数倍之多,这类型的防滚架,就会如同我们常在书上看见那些工厂赛车一般,采取全焊式,横七八竖、好几十点的防滚笼。关于防滚笼的介绍,笔者在第二部分将会有完整的介绍,在此先卖个关子。
                    
车身点焊的重要部位,有前后避震器塔顶、车门钣金接合处,至于焊点的间隔则不建议太密集,因为焊点会硬化,太密车体会裂开,且点焊后须立即防锈处理,施工时也须确保车体处于应力释放的状态,如此完工后车体才会变形。
                    
 
                      
 
结语

  最后再次的强调,想要有好的操控性,在于有一个好的悬挂系统;要让一个好的悬挂系统充分的发挥功能,则需要有一个结构刚性强的车体,每个系统是层层的相依。一个极端的汽车改装迷,在作任何底盘改装之前,应该先去寻求如何强化车身刚性,以后的改装才有理想空间得以发挥。
                   
防滚笼是车体强化的最终极作法,且打造时还能针对车体强度较不足的地方进行补强,例如行李厢,而保护车手安全更是打造防滚笼的最重要目的。
                    
 

 

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