「 強化車身 」真的很重要,不僅讓車更快,更讓車手更安全
改車應該先強化操控方面的性能,輪胎、避震、防傾杆等部件是很多車友的首選改裝項目。所有的這些部件,都是安裝在車身上的,有些時候,車身會對轉彎特性和安全性等方面產生決定性的影響。
然而,車身可能是我們最容易忽視的部件了,即使已經做完賽道化的車輛,也有些可以改進的地方。
車身工程師大飛哥,將講述車身方面的知識。希望能讓各位車手、玩家和車隊更全面的認識車身的重要性。
Author / 大飛
車身,是你入眼的第一道門檻,一臺車的三格(性格,品格,風格),讓你清楚的知道,它是否爲你所想;除了車身的造型,它還是一個平臺,承載着衆多零部件安裝、匹配、調教等工作的基礎平臺,這個平臺可以配合完成你任何折騰的慾望,滿足你對車身 NVH、舒適性、安全性以及操控性等相關的各種需求。
首先讓我們來看看車身的焊接邏輯。
只有瞭解了這個邏輯之後,才能更清楚車身在各個板塊之間的連接關係,瞭解整車力的傳導和收縮,你才能再看到前槓的泡沫填充和機蓋折彎翹起以及潰縮的前端時,能用設計邏輯去理解和評價它的優勢和弊端。
在看完焊接邏輯後,下面我們聊一聊車身到底是用什麼方式將3500多個零件(根據車型會有不同)組合在一起的,組合完整的白車身到底又是怎麼達成車身各項性能指標的。
目前市場上絕大多數的白車身還是以鋼材爲主體材料,通過沖壓制作成具有一定強度、搭接、密封和裝配等功能的小零件,然後經過4500多個焊點(國產車焊點總數在3800左右)將零件按照邏輯焊接在一起。
其中還會有激光焊、激光釺焊、Robscan(另一種激光焊)、MIG焊(燒焊或保護焊)、壓鉚、自衝鉚、流鑽鉚(不同形式的鉚接)。
根據性能和材料的特性應用在不同的模塊中,穿插在焊接中的還有整車將近180米的塗膠(整車塗膠總長度)來保證車身的NVH(密封性)減少共振,提高車身強度和剛度。
說到這裡還是想和大家說一說這兩個詞,在目前的汽車行業中,強度和剛度始終貫穿於車身結構設計的整個過程,是評價一臺車可靠性、耐久性、車身性能,以及靜態和動態車身特性的重要參數。
強度是車身抵抗塑性變形的能力,剛度是車身在抵抗彈性變形的難易程度。
簡單來說就像駕駛一臺賽車在急剎轉彎時,車身應該給你什麼反饋,是給你足夠的支撐穩定急剎,還是泄彎柔剎彈出*。
我想這絕對可以讓你的車子先於對手若干個0.001秒吧。
柔剎彈出*:進彎時車身的變形會吸收一部分能量,弱化推頭趨勢。
請給你賽車的車身多一些的關注,它值得。
車身的剛度絕對是一個值得深究的領域,但目前國內對此領域還是處於薄弱的水平,各個車型還是在對標車型和試驗下獲取數值進行各自的目標值設定。
通常的方法還是利用CAE輔助分析和臺架試驗進行對比。
在分析軟件中建立有限元模型,設定工況,施加扭轉載荷,確定扭轉角度,最終算得一臺車身在某種工況下的扭轉剛度。
公式如下,如果感興趣可以試試:K(N.m/rad)=T(扭矩)/θ(扭轉角度)。
對於理論知識,網上會有更專業的講解,但下面的數值,不一定是你在網上可以找到的。
A 級車型:白車身扭轉剛度目標值約爲≥10000N.m/rad
B 級車型:白車身扭轉剛度目標值約爲 10000~13000N.m/rad
C 級車型含 SUV:白車身扭轉剛度目標值約爲≥13000N.m/rad
D 級或更高:白車身扭轉剛度目標值約爲>13000~無上限N.m/rad (上限值根據車型目標)
如果說車身剛度太過沉悶的話,那麼車身強度更像是個直男,選用的材料會更直接影響到性能,設計師還會通過材料特性對零件結構進行設計,使其更具經濟性和實用性;我們看幾張圖片來了解一下車身材料是如何分佈的 ——
通過這些圖片我們可以看出,哪些位置是所謂的重要位置,也是我們在改裝一臺賽車時,需要更多關注的位置。
但對於賽車的車身來說,可能更需要付出多的時間去思考合適的方法,去滿足每個級別的賽事對車身的各項要求,更要考慮賽事場地的不同,來調整車身對應的強化和減重方案,具體的減重方案後期詳述。
在賽場上最常見的事故多是撞車、翻滾、多圈翻滾。
然而見過這麼多的場景, 我們的賽車手始終都可能優雅的走出破爛的賽車,這就要歸功於車身對車手的保護。
賽車的車身是經過特殊方案處理的。
我們先來看看普通量產車身對碰撞這件事是怎麼說的呢?
這要分爲三個級別,逐步發生。
首先,車身結構按照既定路徑以可控的方式變形,吸收衝擊能量,使得乘坐和駕駛空間不被侵入。
然後,車身通過犧牲駕駛室以外的結構部件,使其潰縮,彈起等來減小力和衝擊速度對乘員和駕駛員的傳遞。
最後,內部部件通過變形和破碎來吸收乘員對其的衝擊,來減輕碰撞甚至二次碰撞。
我們來看一下力是如何通過車身進行傳遞的 ——
如果對力學有一些瞭解的朋友會明白,力是具有可傳性原理的。
作用於剛性體上某點的力,可以沿着它的作用線移到剛體內任意一點,並不改變該力對剛體的作用。也就是可以簡單的理解當碰撞發生時,無論是正碰、側碰還是追尾,首先力源有了。
圖片來源:www.c-ncap.org
北京現代菲斯塔(參數丨圖片)——可變形移動壁障側面碰撞試驗(2019-4-10)
當力作用在車身上,這時車身的剛度和強度開始起作用,不僅對外力進行抵抗和吸收,還會將剩下的力傳遞。
傳遞的主要方向會平行發生,這也就是說力會沿着既定的車身骨架發生傳遞,這就是車身框架(上下邊樑、前後橫、縱加強梁、A、B、C 柱)所起到的作用。
在這個過程中,又不得不提到另一個原理,力線平移原理*。
力線平移原理*:作用在剛體的力可以平移到該剛體的任一點,讓作用力在傳遞過駕駛艙的過程中進行釋放和衰減,這個傳遞的過程也是對車身內乘員的保護。
這是典型的力學原理,在配合車身各個部位複雜的結構設計和材料的應用,才使得車身在發生危險時更具保護性,也是汽車法規所存在的意義。
其目的都是保護駕駛員和乘員的安全,當然控制合理的車身剛度和強度,也是對其他車輛和行人的保護,所以對車身的研究是一個需要長期堅持要做的事情。
圖片來源:www.c-ncap.org
上汽通用新君威(20T精英型)——正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗(2019-4-04)
通過以上對材料分佈和受力軌跡的示例,可以讓大家更直觀的感受到完整車身的狀態,並且更清楚的瞭解骨架是如何在危險情況下進行作用力的保護。
作者大飛,從小就是個汽車迷,喜歡收藏各式各樣的車模,沒事兒的時候還會約幾個好友去山裡跑一跑。就算在心情低落的時候,聽到陣陣的轟鳴和引擎的嘶吼,心中頓時充滿了力量。
大學畢業後在OEM從事車身方面的工作,參與過多款車型的正向設計與研發工作,車型涵蓋 Sedan、Hatchback、MPV、SUV、Limousine、Heavyduty truck,品牌涉及國產自主到一線豪華,一晃十餘載。
對於汽車或多或少有一些自己的想法,現在就我自身的一點點經驗,結合OEM的原始設計,和大家分享一些車身方面的那些事兒,不做泛泛的設計原則講解,只說一些和改裝有關的事情,說一些能讓你提高0.001秒的事兒。
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