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汽车深度知识——车身刚度

劳斯莱斯Phantom是刚度最高的四门房车。(Rolls-Royce提供)

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【大纪元2018年04月04日讯】在不少厂家的新车宣传中,类似于“车身刚度比上一代提升了百分之多少。” 这类宣传文字十分常见。“车身刚度”多数情况会被误解为车辆的安全性,耐受撞击的车身强度。虽然车身强度和车身刚度有着密不可分的关系。 但其实二者是两个截然不同的概念。同时车身刚度也是最容易被人忽略的一项非常重要的性能数据。

车身静态刚度

其实车身刚度和车辆的安全性能无关,它分为动态和静态两种。静态车身刚度是指车身在外力的作用下,抵抗变形的能力。通俗的说,可以把汽车的钢板想像为纸板或很薄的塑料板,他们是具有韧性的,当每个车轮作用在不同的力的情况下,车身会发生一定角度的扭曲。其数据通常用Nm/deg来表示,意思是令车身产生1度的扭转所需要的扭力。

当然汽车发生几度的变形我们通常用肉眼是无法观察到的。 但是却可以通过其他方面来感知到。例如,一些车身刚度较低的车,在不平的路面三轮着地,或者两个对角的两轮着地时,车身会发生变形扭曲,当我们打开车门,或者掀背尾门的时候,车门会由于车身错位导致无法打开或关闭的情况。

在高速转弯时,离心力会让车辆重心偏移,使更大的力作用于外侧的车轮,悬挂和与之连接的车身。悬挂的与地面倾角会随着车身的扭曲而发生变化,脱离了预先调整好的角度。这对车的操控是不利的。通常赛车会通过增加焊点,加固结构,例如防滚架在提升安全同时,也被用作提升车身的刚性。

通常豪华车和跑车的车身刚度会远远大过普通家用车。敞篷车车顶的结构刚性会比普通硬顶的车低许多。专业的越野车强调行驶在崎岖不平的道路,对于车身刚度的要求也很高。通常硬派越野车会选择刚度更高的非承载式整体钢梁结构,俗称大梁。

不同刚度的车身,在交叉轴路面,会产生不同程度的变形。(Leonard提供)

车身动态刚度

车身动态刚度的概念则较为复杂,它是用来衡量结构抵抗动态干扰的能力。通俗的说,是车身抵御车辆在受外界震动下产生共振的能力。其数据通常用Hz来表示。

当车身动态刚度不足时,响应频率值较低,容易产生共振,影响车辆NVH的性能。所以车身的动态刚度关系到车辆的舒适性。不光发动机在特定转速下容易产生共振。在凸凹不平的路面上行驶,也会引起车身轻微的震动,车身的变形,震动和声音会令乘客感觉到不舒适。

而更高的动态刚度,可以令车身的共振点提高,让震动的幅度和频率衰减。让车辆具有更佳的乘坐质感,也是平时大家俗称,车身通过颠簸路面时候的整体感。所以通常高级豪华车都有较高的车身刚性。所以,当我们乘坐豪华车感受到的车身的整体感,和较高的行驶质感,以及豪华车扎实的底盘感受,和震动的隔绝,也是高刚度车身带来的福利。

车身材料结构示意图。(Audi提供)

欧系车好于日系车

欧系车在车身刚度方面做的较为突出,例如2002年的德国大众A0级小车polo的车身抗扭刚度为20,000Nm/deg。而同时代的日系小车大多在10,000Nm/deg以下。甚至10多年后,同级别的马自达2和福特嘉年华也只有10,100Nm/deg。

通常这类数据较好的欧系车,会比较自信的公布车身刚度的具体数值。在2005年推出的VW Passat B6和BMW 3 E90的车身刚度已达到25,000Nm/deg左右。而车身刚度较弱的日系品牌一般不会公布具体数值,只说比上一代提高了百分之多少。

本田第八代雅阁2008年上市时声称,车身刚度比上一代提升了20%,但是并没有公布上一代的车身刚度的具体数值,经过一些媒体测试,它的车身刚度在电脑模拟下为21,667Nm/deg,实测仅有16,440Nm/deg左右。 直到2013年上市的第九代本田雅阁声称,较上一代提升了25%,达到了23,500Nm/deg。这才勉强接近德系同级别对手10年前的水平。

2018全新第八代凯美瑞声称,车身刚度比之前提升了65% ,但也未公布上一代的具体数值。由于此前三代的凯美瑞都来自2001年开始使用的丰田K平台。一些媒体估计其实际水平是从15,000Nm/deg左右提升至25,000Nm/deg左右。而德系对手在2010款 VW Passat B7 就已经达到了30,000Nm/deg。

所以当看到这类“车身刚度比上一代提高了百分之多少”,却又不公布具体数值的这类宣传,在不同的产品之间,并不具有可比性,也不能说明其在同级别中的优劣程度。只有具体的数值才具有参考价值。目前全世界刚度最强的车是瑞典超跑Koenigsegg Agera R,车身刚度高达65,000Nm/deg。而四门房车中刚度最强的车型是劳斯莱斯Phantom和奔驰S W222其车身刚度为40,500Nm/deg。

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责任编辑:李熔石

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