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汽車深度知識——車身剛度

勞斯萊斯Phantom是剛度最高的四門房車。(Rolls-Royce提供)

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【大紀元2018年04月04日訊】在不少廠家的新車宣傳中,類似於「車身剛度比上一代提升了百分之多少。」 這類宣傳文字十分常見。「車身剛度」多數情況會被誤解為車輛的安全性,耐受撞擊的車身強度。雖然車身強度和車身剛度有著密不可分的關係。 但其實二者是兩個截然不同的概念。同時車身剛度也是最容易被人忽略的一項非常重要的性能數據。

車身靜態剛度

其實車身剛度和車輛的安全性能無關,它分為動態和靜態兩種。靜態車身剛度是指車身在外力的作用下,抵抗變形的能力。通俗的說,可以把汽車的鋼板想像為紙板或很薄的塑料板,他們是具有韌性的,當每個車輪作用在不同的力的情況下,車身會發生一定角度的扭曲。其數據通常用Nm/deg來表示,意思是令車身產生1度的扭轉所需要的扭力。

當然汽車發生幾度的變形我們通常用肉眼是無法觀察到的。 但是卻可以通過其他方面來感知到。例如,一些車身剛度較低的車,在不平的路面三輪著地,或者兩個對角的兩輪著地時,車身會發生變形扭曲,當我們打開車門,或者掀背尾門的時候,車門會由於車身錯位導致無法打開或關閉的情況。

在高速轉彎時,離心力會讓車輛重心偏移,使更大的力作用於外側的車輪,懸掛和與之連接的車身。懸掛的與地面傾角會隨著車身的扭曲而發生變化,脫離了預先調整好的角度。這對車的操控是不利的。通常賽車會通過增加焊點,加固結構,例如防滾架在提升安全同時,也被用作提升車身的剛性。

通常豪華車和跑車的車身剛度會遠遠大過普通家用車。敞篷車車頂的結構剛性會比普通硬頂的車低許多。專業的越野車強調行駛在崎嶇不平的道路,對於車身剛度的要求也很高。通常硬派越野車會選擇剛度更高的非承載式整體鋼樑結構,俗稱大梁。

不同剛度的車身,在交叉軸路面,會產生不同程度的變形。(Leonard提供)

車身動態剛度

車身動態剛度的概念則較為複雜,它是用來衡量結構抵抗動態干擾的能力。通俗的說,是車身抵禦車輛在受外界震動下產生共振的能力。其數據通常用Hz來表示。

當車身動態剛度不足時,響應頻率值較低,容易產生共振,影響車輛NVH的性能。所以車身的動態剛度關係到車輛的舒適性。不光發動機在特定轉速下容易產生共振。在凸凹不平的路面上行駛,也會引起車身輕微的震動,車身的變形,震動和聲音會令乘客感覺到不舒適。

而更高的動態剛度,可以令車身的共振點提高,讓震動的幅度和頻率衰減。讓車輛具有更佳的乘坐質感,也是平時大家俗稱,車身通過顛簸路面時候的整體感。所以通常高級豪華車都有較高的車身剛性。所以,當我們乘坐豪華車感受到的車身的整體感,和較高的行駛質感,以及豪華車紮實的底盤感受,和震動的隔絕,也是高剛度車身帶來的福利。

車身材料結構示意圖。(Audi提供)

歐系車好於日系車

歐系車在車身剛度方面做的較為突出,例如2002年的德國大眾A0級小車polo的車身抗扭剛度為20,000Nm/deg。而同時代的日系小車大多在10,000Nm/deg以下。甚至10多年後,同級別的馬自達2和福特嘉年華也只有10,100Nm/deg。

通常這類數據較好的歐系車,會比較自信的公佈車身剛度的具體數值。在2005年推出的VW Passat B6和BMW 3 E90的車身剛度已達到25,000Nm/deg左右。而車身剛度較弱的日系品牌一般不會公佈具體數值,只說比上一代提高了百分之多少。

本田第八代雅閣2008年上市時聲稱,車身剛度比上一代提升了20%,但是並沒有公佈上一代的車身剛度的具體數值,經過一些媒體測試,它的車身剛度在電腦模擬下為21,667Nm/deg,實測僅有16,440Nm/deg左右。 直到2013年上市的第九代本田雅閣聲稱,較上一代提升了25%,達到了23,500Nm/deg。這才勉強接近德系同級別對手10年前的水平。

2018全新第八代凱美瑞聲稱,車身剛度比之前提升了65% ,但也未公佈上一代的具體數值。由於此前三代的凱美瑞都來自2001年開始使用的豐田K平台。一些媒體估計其實際水平是從15,000Nm/deg左右提升至25,000Nm/deg左右。而德系對手在2010款 VW Passat B7 就已經達到了30,000Nm/deg。

所以當看到這類「車身剛度比上一代提高了百分之多少」,卻又不公佈具體數值的這類宣傳,在不同的產品之間,並不具有可比性,也不能說明其在同級別中的優劣程度。只有具體的數值才具有參考價值。目前全世界剛度最強的車是瑞典超跑Koenigsegg Agera R,車身剛度高達65,000Nm/deg。而四門房車中剛度最強的車型是勞斯萊斯Phantom和奔馳S W222其車身剛度為40,500Nm/deg。

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責任編輯:李熔石

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