积分:(精华帖)帖子: 帖 |  回等级:爱车:

什么是车身框架结构?厢式货车底盘解析

点击0|回复0

发表于 2020-02-20 14:09

对汽车比较了解的朋友应该都听过德系比较容易烧机油的说法,而且德系车主在后备箱经常备一桶机油的做法也成为大家调侃德国车的一个梗。

那么为什么烧机油的情况在德系车上比较多见而日系车相对比较少?其实这种现象在早些年的德系车上确实比较常见,现在的德系车烧机油现象已经得到缓解,和日系车的表现基本一样。

要明确烧机油问题,我们首先得分清楚烧机油和正常的机油损耗。在发动机正常运转过程中是会产生机油损耗的,而且国家出台了有关有机油损耗的标准。2003年国家出台《汽车发动机性能试验方法GB/19055-2003》中明确规定:额定转速、全负荷时机油/燃油的消耗比不得超过0.3%。也就是说只要机油损耗在这个范围内就属于正常消耗,超出这个范围就需要注意了。

为了弄清楚为什么产生烧机油现象,我们还得知道,发动机机油都是通过哪些方式消耗掉的?机油损耗的方式主要有两种:

一、通过活塞和气缸壁的缝隙消耗。因为活塞需要在气缸内做往复运动,如果活塞和气缸壁缝隙过小,当温度升高之后活塞和气缸壁形变量不一致,轻则造成拉缸,重则造成爆缸,所以这个缝隙必须留。而活塞的润滑是通过曲轴搅动油底壳的机油飞溅润滑(此种润滑方式为市面上绝大多数车型所采用的湿式油底壳润滑方式),机油被飞溅在气缸壁之后随着活塞的运动有少量被带入到燃烧室,当火花塞点燃混合气体发生爆炸燃烧时自然会将一部分机油燃烧掉。

二、曲轴箱通风过程中,分离设备将油气混合物分离不彻底。发动机燃烧室内的混合气体不光来自喷油嘴和进气歧管,还有一部分来自曲轴箱混合气和废气再循环的气体。因曲轴箱内气体带有一部分机油蒸汽,如果分离设备不能将机油分离出来就会导致这部分混合气进入气缸参与燃烧,从而发生烧机油现象。

底盘又称为车架(Chassis),它如同人类骨骼的作用一样,承受着车辆在静态或者动态条件下所有的重量,包括发动机、变速箱、乘员,以及在恶劣路况与制动加速时对车辆产生的压力,这些都是由底盘一力承担,所以说,车架是一辆汽车的最重要支撑结构。无论是单车、汽车还是卡车,每台车都有一个底盘,但是底盘的形式就因车型而有所不同。环顾全球各大汽车厂,能称之为车厂的,你可以没有发动机技术、但是你不能没有自己的车架;你可以不会设计样子外观,但你不能连这套骨骼都造不出来,也就是说,汽车工业最核心的大型部件是:底盘!

今天要说的不是我们常见的轿车车架,而是厢式货车。货车由于需要承受较大的负载,所以底盘结构与普通的汽车完全不一样,这种结构就是非承载式车身,也称为车身框架结构(Body on frame)。

其实车身框架结构的历史比汽车诞生的历史还要久,这个结构实际上可以追溯到早期的马车时代,当时是使用木材来建造,在古装片中的马车与搬货的手推车都是使用这一种底盘结构。直到20世纪30年代,才开始使用钢铁来取代木材,但是使用木材来固定这种做法仍然持续了几十年。早期的车身框架已经是使用梯形结构,由两条横梁来固定两条平行的主梁上,车壳与动力系统都放在车架上方,而车架则放在悬架与车轮上。来到今天这种结构已经被硬壳式、半硬壳式与单体式设计所取代,但由于车身框架结构能承受大负载,所以依然是货车与重型卡车的首选。

图:福特T型车的底盘结构就是从以前的马车进化而来。

除了大负载这个优点以外,还有的就是车身框架结构都是使用模块化的设计,也就是能把不同的车身放在相同的底盘上。就例如RV房车,由一个制造厂先制造出基本的底盘与传动系统,再交给不同品牌的汽车制造商,然后汽车制造商把自己设计的车身安装上去,这就有了各种不同配置与外观的房车,但其实它们都是共用同一个底盘,或者也可以说是一个平台。

图:后面你想加上什么形状的外壳都可以,只要是在车架的承受范围之内。

图:非承载式车架基础上构建的自行式旅居车(RV)车型,在国外已经非常普遍,而国内也只是看到了曙光而已。

图:除了货车以外,绝大部分的皮卡也是使用车身框架结构。

车身框架结构的优缺点也非常明显,车架结构设计容易;车架与车身分成两个整体,即使车架受到应力与张力都不导致车身出现异响;发生事故后更容易修复;能在恶劣路况中承受更大的扭转弯曲强度。但整车会比硬壳式车身重,整车的机动性会变差,燃油消耗量也会增多。而且车身放在车架之上,导致整车重心变高,在越野路况中性能虽然更好,但在一般平路上会有不稳定的状况出现。还有最重要的一点,就是没有溃缩区,因为整体车架刚性都非常高,溃缩区使用的是较软的金属,所以框架结构的车架在事故时受伤的几率更高。

那究竟是什么设计能让这一个看起来简单的框架结构,拥有如此大的负载能力呢?现在就逐一介绍每一个部分。

图:车身框架结构的基本设计(也称为梯子框架)。

图:整个结构最主要的正是这两条主梁(通俗的叫大阵),这两条主梁需要承受整台车辆绝大部分的压力。但这两条主梁只是一个基础,真正能使这个结构承受大负载的是其他位置的补强。

横梁才是整个车架刚性的保证,车辆在行驶中需要承受加速减速与载货重量的压力,车架会向X轴与Y轴方向产生形变,而横梁就要阻止这个现象发生。钢板通过螺栓或者铆钉连接到主梁,除了螺栓的固定以外,其实在两边还会有补强的钢板,只是这张图并没有显示出来,在后面会有介绍到。

图:横梁数量越多框架的刚性越好,同时也可以增加车辆稳定性。但钢板越多同时也会增加底盘的重量,对于框架结构来说重量已经是缺点之一,所以这方面保持平衡就好了。

图:车架受到外力时有可能会出现这个方向的变形,这个单靠横梁的强度不足以抵抗这种外力,这时候就需要其他方面的补强了。

图:补强的方法就是在横梁中央加上一个X形状的补强件(当然补强件的形状不限于X形状),这样整个车架无论是需要前后还是左右的外力都有足够的刚性。

图:上面讲解的只是最简单的形状,在实车上需要计算车辆最大需要承受多大的压力与压力的方向,再决定补强件的位置与形状。为了减少车架的重量,一般都会在补强的钢板上打孔轻量化,当然这个孔的形状与大小并不是随便打的,同样需要计算。

非承载式车架结构的优缺点在上文里已经提到了,缺点是重量大,对于动力系统的要求比较高,如果用这个来造台轿车,例如133老皇冠这种的话,那么动力系统还得要三公升V6或以上才会觉得有劲,还想用1.4T来达到省油效果,基本可以放弃幻想了。而到了一定尺寸后,但底盘的重量就不是一般人能接受了;其次就是舒适性相对较差,不过对于我们这种整天开着绞牙避震代步的来说,这里所谓的悬挂舒适性并无太大的投诉。但这类底盘造出来的优点也有很多,例如安全性就是最突出的,你可以想象一辆F150与一辆迈腾甚至辉腾对撼的画面吧,后者估计跟撞墙的感觉差不多;这类车的车身刚性非常高,只要装上4WD系统,便能获得相当不俗的越野性能,这也是为什么对岸的老美这么喜欢买基于这种车架造出来的F系列皮卡了,皮实耐用多功能,只要你认为汽车是工具属性的话,这种车架结构应该就是最佳的选择了。

图:从俯视图可以看到车架并不是一个正长方形,在车头的位置会变成向内凹的形状。因为如果是一个正长方形就没有足够的空间留给车轮转向,车头框架越窄,车轮的转向角度越大。货车应该都没有后轮转向的技术,所以后轮不需要腾出这一个空间给车轮。

最后,需要跟很多普通车主普及一下基础的汽车分类知识,由这种框架式非承载式车架造出来的无论外观样子是皮卡、厢式货车还是越野车,他们都属于硬派车型,即便是他们有貌似SUV的样子,但他们不叫SUV,而应该称为越野车、越野车、越野车,不要动不动就是就来个什么“越野SUV”,SUV的车架底盘来自轿车,属于承载式车架结构,承载式和非承载式有本质的区别,造出来的车也完全不同。另外虽然某些SUV拥有AWD四驱系统,但AWD的普遍定义是恒时四驱系统,而此类框架式结构的非承载式车架的车型一般均装备的四驱系统多为分时四驱系统,默认写作4WD或者4×4系统,两者同样有本质上的区别。严格的汽车领域里,只有SUV、越野车之分,请勿不要混为一谈。

清楚了机油的消耗方式,理解烧机油现象就容易多了。

有很多说法说德系车使用珩磨技术加工的气缸壁内有网纹结构,导致机油存储量大,燃烧时会将更多机油燃烧,从而造成烧机油现象。其实这不是烧机油的根本原因,因为这种珩磨技术不光德系车在用,咱们自主品牌和日系也都在用这种技术,金属之间有摩擦必然需要润滑才能正常运行,而这种网纹结构很好地解决了这个问题,所以这并不是主要原因。

烧机油现象多出现在比较早的德系车,由于德系车较早使用涡轮增压技术,采用涡轮增压技术后缸内温度和压力都比较高,对活塞环的磨损以及其它密封件的压力都比较大,这就导致密封件较早出现问题,不能将气缸壁上用来润滑的机油刮干净,从而使得机油消耗量增大,这是以前德系车容易烧机油的最根本原因,在不严重的情况下使用较高粘稠度的机油能减轻烧机油症状。

这个原因也是造成多数人认为德系烧机油最直接原因,其实不光是德系,日系采用涡轮增压技术的车型也会出现烧机油现象。但随着技术发展发动机材料不断更新,烧机油现象较之前已经大幅降低。

到现在有部分车型会出现烧机油现象,这其中有一部分是因为曲轴箱通风油气分离不彻底造成。经过改良之后现在机油的消耗量已经恢复正常,不会出现传统的“烧机油”现象。

通过以上解释相信大家都明白了,出现烧机油现象的方式有两种:一种因为发动机自身磨损,另一种因为油气分离不彻底。如果因为发动机自身磨损产生烧机油现象,通过维修基本可以恢复到初始状态。但是如果是因为油气分离问题导致的烧机油则比较麻烦,这种情况除非有专业的技术更改,否则比较难解决。

[本帖最后由 好奇宝宝i 于 2021-01-29 16:26 编辑]