车身形式漫谈

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非承载式车身，说白了就是悬挂不是直接联在车身上，而是联在车架上，车架上面再扣上一个车身。比如巡洋舰，牧马人，悍马H2等等。这样的车身，如果你有兴趣弯下腰看看车底的话，你都会看见贯穿前后的两个大梁（而承载式车身便看不到）。
非承载式车身主要指具有梯形车架（Ladder Chassis）的车身，梯形车架也叫阵式车架，是最早出现的车架形式，梯形车架的样子就像一条平躺着的梯子，由两条纵向主梁结合许多大小粗细不同的副横梁组成，有时还会加上斜梁作为巩固。非承载式车身最大的特点就是结实耐用，具有很高的刚性，因此对抗正面碰撞的能力也很强。而且由于车架与车壳是非固定连接，因此，在上下落差大的崎岖路面上，车辆的扭曲都由坚固的梯形车架所吸收，阻止了车壳的扭动，这对于越野车来说是非常必要的设计。而且直到上世纪60年代，它仍然被大部分汽车所使用。
非承载式车身的优点就是有独立的大梁，底盘强度较高，抗颠簸性能好，此外四个车轮受力再不均匀，也是由车架承担，而不会传递到车身上去。所以SUV和越野车用的比较多。
不过非承载式车身也有其缺点，就是车身重，重心高，另外遇到危险（如翻车）的时候，厚重的底盘，也会对相对薄弱的车身产生致命威胁（承载式车身便不会遇到这个问题，它的车身都是一体的）。
因此从上世纪50年代开始轿车逐渐使用承载式车身来代替非承载式车身。现在国产低端SUV也大多使用非承载式车身，这倒不是它们定位为纯越野车的问题（更多还是城市型），而是技术和成本使然


承载式车身（一体式车架）在上世纪40年代末50年代初开始出现，所谓的一体式车架，就是车体结构由折叠的槽化钢梁和压制的板金件焊接结合为一个整体刚性的车壳，钣金件也一同承载车体结构负荷。目前的轿车和城市SUV都是采用这种车身结构，只有商用车和少数硬派越野车还在使用梯形车架。
   
说白了，承载式车身就是整个车身为一体，悬挂直接联在车身上。汽车没有刚性车架，只是加强了车头、侧围、车尾、底板等部位，发动机、前后悬架、传动系统的一部分等总成部件装配在车身上设计要求的位置，车身负载通过悬架装置传给车轮。承载式车身除了其固有的乘载功能外，还要直接承受各种负荷力的作用。比如轿车几乎都采用承载式车身，你打开发动机盖，就会发现前悬挂联在了前翼子板内侧的车身上。这样的车身优势是：公路行驶非常平稳，整个车身为一体，固有频率震动低，噪音小，整体式车身比较安全。缺点就是底盘强度远不如大梁结构的车身，当四个车轮受力不均匀时，车身会发生变形另外，另外制造成本较非承载式车身高。
一体式车架本来就比梯形车架在重量方面大大下降，并由于越来越厉害的能源危机和越来越严格的排放定，汽车的重量一直是设计师最关心的问题之一，所以一体式车架也越做越轻，而在车架重量越来越低的同时，其刚性却在不断提高。这一方面得益于车架结构的设计越来越合理，另一方面也是因为高强度钢材的应用。同为钢材，强度却有高低之分，同样是钢材，但含碳的成分，合金的成分或者制造、热处理的方式不一样，其承载负荷强度就会有很大的差异。比如中强度低合金钢（Medium-strength low-alloy steel  MSLA）在熔化过程中加入了磷和锰合金成分，常被用作车体的外壳；而高强度低合金钢（High-strength low-alloy steel  HSLA）则掺入了稀有金属钛和铌，强度可以达到中强度低合金钢的两倍，另外，加工的方式不同也会导致钢材在成型过程中出现强度的变化，比如以高水压压制的钢材在强度上就要优于高重量压模机压制的钢材。
不过不管是什么钢材，其主要成分还是铁，强度可以增加几倍，但密度却是基本相同，只要体积相同，重量也基本相同，所以采用高强度的钢料，即使更细、更薄的结构也能达到相同的强度，这样也可以减低一些重量。还有的方法就是使用铝制的一体式车架，可以大大减低车架的重量，如奥迪的ASF等，但铝的焊接难度相对比较大，制作成本较高



碳纤维一体式车架（Carbon-fiber monocoque）可算是一种特殊的一体式车架。其与一体式车架最大的区别当然就是在于材料。
想解释清楚这种车架，就必须首先解释一下碳纤维的构造和特性。
关于碳纤维这个词，大多是从赛车报道中首先遇到的。现在的F1赛车身上90%为合成物料，而这些合成物料中90%就是碳纤维！不过非常有趣的是，虽然F1赛车上的这些碳纤维部件超级的昂贵，不过其实它和我们身上所穿的化纤衬衫（Rayon shirt）有着相同的渊源。
现在这个世界上有两种物质可以制造碳纤维，其中一种就是人造丝（Rayon）。Rayon是一种丝质的人造纤维，由纤维素（cellulose）所构成，而cellulose是构成植物主要组成部分的有机化合物。另外一种能制造碳纤维的物质是丙烯酸纤维（Acrylic fiber），学名应该是Polyacronitrile（PAN）。
制作碳纤维的方式会因生产商的不同而稍有不同。以McLaren F1赛车为例，车上的碳纤维板件的制作过程大致是先将人造丝或者丙烯纤维放在热框架上加热到摄氏250度，然后再以摄氏2600度在铁炉内加热，使之炭化为碳（Carbon）以及石墨（graphite）。炭化后的纤维会以每三千条微丝卷成一条0.1mm粗的细丝，并以之编织成网状图案，成为碳纤维布（碳纤维板的高强度就得意于这种单纤维整齐排列、紧密成束的内部构造）但是如果碳纤维布不再进行进一步加工，在室温环境下只有约三天的寿命，故此这种碳纤维布一般存放在零下18度的冷柜里，这样寿命可以延长到18个月。
碳纤维布之所以不马上加工成为碳纤维板，是因为车身的不同部件对碳纤维板的性质要求略有不同，有些碳纤维板用于车身结构上直接受力，而有些则用在阻流器上，有些则要经过特别的耐高温处理。（其实碳纤维板已经比普通的钢材耐高温，而且在一定的温度范围了，随着温度的上升，它的强度会逐渐的增大。一般钢在摄氏635度就会软化，当温度进一步上升到摄氏1400度，钢材就会开始融化，而碳纤维材料却在摄20~2000度之间都保持持续的强度上升。）一般加工碳纤维板，都要将板件在模具中成型时加入合成树脂（resin）。而不同的板件性质就是由与加入不同的合成树脂所造成的。
加工碳纤维板的工作方法虽然有多种，但是基本工序都一样，都是将碳纤维布放置在加工模型的铝制模具中，将适合的合成树脂涂满碳纤维布，然后放到熔炉中以不同的温度、时间和压力溶制，令碳纤维融合，成为坚韧的碳纤维板件。
世界上有大小不同的碳纤维制造商，而专为汽车制造的碳纤维普遍只有几种，当中以高韧度和重量比例见长的一种叫作凯夫拉尔（Kelvar）。Kelvar由著名的杜邦化工开发的，用途主要是汽车、赛车乃至飞行员的头盔、防弹衣等。
总的来说，碳纤维和传统钢材比较，其性能具有压倒性的优势，密度要比钢材低4倍左右，而强度和硬度都是钢材的两倍。但是其实碳纤维也非完美的材料，虽然它很坚韧，但是却有受力向度的问题，也即是说，整体中的某些部位不太能受力。
碳纤维应用于汽车是80年代初的事，当时的FIA允许Group B赛车使用任何汽车技术于赛车之上，唯一的限制是有关的赛车必须生产200辆民用版本公开发售，以次作为推动汽车发展的动力，同时也限制了过于离奇的技术所造成的不公平竞争。于是在那时，陆续出现了许多使用碳纤维部件的跑车，例如Ferrari 288 GTO、PORSCHE 959，不过当时碳纤维的使用仅仅用于车身的板件，而目的也仅仅限于减轻赛车的重量，碳纤维板本身根本没有提供任何的车身刚性。更别说一体式碳纤维车架了，当时的959使用的是一体金属车架，而288GTO、F40、DIABLO使用的都是钢管式车架。
最早出现的一体式碳纤维车架不难猜出是出自于F1赛场，1981年McLaren MP4/1的设计师John Barnard设计了全世界第一个一体式碳纤维车架，而在超级跑车的行列中现在有一些使用的就是一体式碳纤维车架或者碳纤维与钢管复合车架的形式。如：McLaren F1、 Ferrari F50、 Ferrari Enzo 、Carrera GT、SLR、Koenigsegg CCR、Maserati MC12、Pagani Zonda F、Bugatti EB 110SS（EB 110 GT不是使用一体式碳纤维车架的）。而其他声称使用碳纤维的跑车最多不过在车架补强方面或者某些要减轻重量的地方使用碳纤维（如M3 CSL 、360CS、M6等），更多的是使用在装饰部分上。
在结构上，一体式碳纤维车架没有即定的格局，几乎每辆车都根据自己整体的情况特别设计车架，其中值得一提的F50，F50的车架有一个很大的特色，就是后悬挂直接连接在引擎及变速箱上，然后才将整个引擎悬挂结构嵌入车体内。籍此F50的车架只重102kg，而抗扭度高达没有人性的3550kgm/degree。这种设计可以营造极轻量的悬挂重量，但是 无可避免的回有较大的引擎震荡传入车厢。
碳纤维的制作成本已经从数年前的100美元/公斤下降到了约5美元/公斤，可见只要解决批量生产的问题(碳纤维的铸造主要依赖手工，属于劳动密集型生产)碳纤维很快就会被使用于民用汽车。


铝制空间架构（Aluminum Space-frame）
铝制空间架构可以看成是铝做的的一体式车架，最大的优点就是比钢材轻很多（铝密度2.7吨每立方米，铁为7.8）。89年面市的NSX十分明显的是一体式的结构，只是车架的材料由铝取代了传统的钢材。虽然HONDA和AUDI为了谁是最早采用全铝制车架的车厂至今纠缠不清，但这并不重要，重要的是它已经成为了量产车的车架材料，随着铝制车架的不断发展，现在有越来越多的车开始使用，如：A8、XJ、XK、Ferrari 612、599GTB等，其中XJ和XK还采用了铆接和树脂接合技术，强度更高，质量更轻。
在这些车当中，奥迪的ASF（AUDI  SPACE  FRAME）产量最大，技术最为成熟，我们就以ASF为例讲一下。
上一代A8在94年推出，重点技术便是和美国制铝商Alcoa合作开发的铝管式车架。铝制空间架构并没有像钢管车架般用交错的钢管支撑车身的结构，而是和一体式车架极其相似，以A8和A2为例，它们的ASF车架结构在外型上基本是一体式的构造，车架本身已经勾勒了车身的线条，与一体式车架稍有不同的是少了一些一体压制的车身板件，取而代之的是增加大量的管状结构分布，如果足够仔细的观察A8的车架图，不难发现这一点。
ASF的制造成本不低，主要是模件压制的机器和水压模制技术的投资，焊接技术所投放的资金也是原因之一。但是铝制车架一方面更轻量化，一方面防锈；同时铝材几乎可以全部回收再利用，这无疑具有重大的环保意义，就这三点ASF已经具备足够的存在意义。根据AUDI公布的数据，使用ASF的A8比使用传统一体式钢制车架的车辆能减轻高达40%的车架重量，与此同时整体车架的刚度也有40%的增加。
ASF已经进入了第二代的技术，车架的部件全部由高刚韧度铝合金以高压吸塑、真空整裁或片状构成制造，并以小钢钉以非单一的焊接方式焊接而成。比起上一代的A8车架，新技术尽量使用大一点的框架，减少框架内使用铝管的数量，相对也可以节省焊接的焊接点与时间。在焊接技术上也增加了激光的使用范围，虽然成本已较第一代有所下降，可是工序与技术始终同样复杂，所以成本始终较普通的一体式车架高出很多。但是毫无疑问，只要能够大量的生产，尽量降低成本，ASF铝管车架是很好的车架设计。
另一方面，有一个广为人知的事实就是，铝金属在受热到一定的程度后就会开始燃烧。如果引擎有漏油情况的话，点起轻微的火舌，而一旦发现的稍迟后肢车上没有灭火器的话，加上纤维车身助燃，火势随时一触即发，烧到连渣都不剩。所以用铝制车架的车内最好常备一只灭火器。至于AUDI ASF的身上有没有这样的隐患，或者在车架设计时已经克服了这样的问题


管式车架就像是一个由管子焊接起来的笼子，以此笼子作为支撑整辆车的骨架，按照材料来分，可以分为钢制和铝制（碳纤维一体式车架里也有些部分是运用了碳纤维管的架构，但不是整台车）
钢管式车架
顾名思义，钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上。它的生产工艺简单，很适合小规模的工作坊作业，50-70年代英国有很多小规模的车厂生产各式各样的汽车，都是用自行开发制造的钢管车架，是钢管车架的全盛时期。
时至今日仍采用钢管车架的都是一些产量较少的跑车厂，如LAMBORGHINI和TVR，原因是可以省去冲压设备的巨大投资。由于对钢管车车架进行局部加强十分容易（只须加焊钢管），在质量相等的情况下，往往可以得到比承载式车架更强的刚度，这也是很多跑车厂仍乐于用它的原因。 但缺点在于空间利用率不高等。
铝管式车架
使用铝管式车架的一般都是一些产量不高但对轻量化又有要求的汽车，其中莲花车厂就是一个代表
以前我们讲过，使用铝制车架的有奥迪ASF的A8等车，但对于产量偏低的莲花车厂来说，搞铝车架搞到像AUDI ASF这样的层面是不现实的，因为在成本上这完全超越了车厂的承受范围。但是轻量化始终是LOTUS的灵魂，所以车厂求助于丹麦铝窗制造商Hydro Aluminum，希望凭借该厂对铝材性能的了解，能降低成本制造 轻量化同时坚固无比的跑车车架。
ELISE身上革命性的铝制车架，利用挤压方式(Extrusion)将车架模件挤压成型，不过它最正点的地方在于Hydro aluminum发现，只要在铝件接合面上做化学处理，便可以用环氧树脂(Epoxy)将铝件刚硬的结合起来，而且使用在这个车架上的环氧树脂也是特别发展出来的，坚固度高的出奇。配合钢钉固定，使整个车架的抗扭曲度高达没有人性的 1122kgm/degree也就是说，要使车架扭曲1度，用一根一米长的杠杆以1122kg的力量扭动下去。并且据原厂修理ELISE的技师称，即使经过撞击而车架扭曲的ELISE也没有一处结合环氧树脂的地方崩断。不过使用环氧树脂的意义还不止于此，另一个重点在于，能够避免以焊接方式接合铝件，好处是可以用上薄一点的铝材，这样可以进一步的减低车架的重量，因为焊接的接点往往是车架最薄弱的地方，要解决这个问题，就不得不使用厚一点的铝材作弥补。所以，同样使用铝管车架设计的Renault Sport Spider，以焊接方式接合车架，但在重量、抗扭曲度和挤压厚度的表现上都及不上ELISE。
从赛车的角度看，ELISE的铝管车架是优质而有创见的。然而，一个以碳纤维制造的(撞击盒)已经预设在车头部分，作用是用以减轻前方撞击时的损毁程度，原因是这个车架设计却不善于吸收撞击能量，车架一旦撞击扭曲，维修费用都会高的惊人，同时修复工作也非常的复杂，因而往往令它不被修理就直接报销

CAEzhuanjia

顶  学习了

fangchao

学习了，不过这个内容跟这个版块没什么关系啊