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  • 01
  • Oct
  • 2015

【防滾籠特輯】PART.1 車體剛性強化概論!│車訊網

作者 T超跑

2015/10/01 12:45

文、圖/童國輔

街車改裝項目當中相較於動力、煞車與底盤系統的改造,車體剛性的強化似乎沒有那麼重要,不過如果您是激烈操駕一族,或準備開著愛車下場比賽的話,車體強化絕對會讓您感受到改裝前後的差異,讓您對愛車的掌控更完整。至於到底改怎麼強化?就讓筆者一一為大家說明。

人車一體的基礎

車體結構的剛性補強,所獲得的效果不只是操控變得更敏捷、過彎變得更俐落,伴隨而來的安全保護也是激烈操駕時不可或缺的保命條件,該如何強化才能事半功倍,看下去就知道。

結構強化之重要 如意操控的前提

首先我們先來探討一下為何需要強化車體之結構。因為車身結構本體為一單獨結構體,而車輛本身之懸吊組件則是搭載在此主結構體上;當懸吊系統作用時,所承受之應力相對也會造成車體的負荷,而真正受力反饋的機件應該是懸吊系統,支撐懸吊系統的車體要愈強壯愈好,而扭曲變型量愈小,則懸吊系統作用愈大,也等於說高剛性車體結構,可以令懸吊系統完美充分的工作,讓駕駛對車身動態的掌握更完整,也就是車開起來會比較聽話。此時讀者或許疑問,為何懸吊要完美工作與車體有關?因為車輛要有完美的操控性,及高速行駛的穩定性,全賴於底盤懸吊的設定;就算有了再完美的懸吊裝置,及底盤角度調校,如果是安裝在一個極易扭曲變形的車體上,高速激烈過彎時,也會因車體變形太多而無法發揮功效,最終結果也是徒勞無功,先天的優點可避免往後需增加的人力與物力,而一般而言,車廠會公佈車輛的引擎性能配備等等資料與數據,但甚少會公開其產品的車身結構剛性數字(即抗扭剛性),因此要比較不同車種之間的結構強度,更是難上加難,在此論述幾個重點使讀者能清楚的分辨基本。
對於車身剛性的說明,原廠多半是透過圖中的車體結構圖來說明,但依然很少能給準確的數據,此圖為Audi R8的設計圖,可以看出駕駛艙為籠型車體結構,車頭前後則以骨架建置,是兼顧車重與剛性的好方法。
婉拒敞篷車 面子或裡子

一般而言,敞篷車由於失去了車頂結構,車體如同開了蓋的四方罐頭一樣,其所失去的結構剛性可不是只有六分之一那麼簡單,說不定剛性只有原結構的一半而已。車廠為了使敞篷車有足夠的車體剛性,只得增加車體結構設計,來彌補因敞篷而喪失的結構強度;然而再怎麼補強,一部敞篷車和非敞蓬車,是難以共同對等的去比較車身強度,且因為敞篷車所補強結構所增加的重量,通常也比非敞篷車來得重許多,因此敞篷車的設計和其操控往往是魚與熊掌不可兼得。有些人會想,如果將軟篷蓋起來、或裝上硬頂,是否會達到非敞篷車的強度呢?很遺憾,這樣作一點幫助也沒有,軟篷和硬頂就和車門或車窗一樣,對剛性結構是完全沒有助益的效果。當然了,筆者這裡所說的婉拒敞篷車,是針對同時擁有硬頂及敞篷可供選擇的同一車型而言,並非拒絕所有的敞篷車;所謂世事無絕對,像英國蓮花的Elise、Honda S2000與BMW Z4等僅有敞篷車型之設計,因這些車款的原始設計便是以敞篷車為出發點,其結構強度便不會有問題產生。

有些超跑例如圖中Mclaren MP4-12C的車體結構,駕駛艙採用一體成形碳纖維材質製成,前後在輔以鋁合金骨架,如此打造出來的車體剛性與安全性,將比鋁合金車台好上許多,更不用說一般的鋼材,應付街道使用絕對綽綽有餘。
對於車體剛性要求最高的房車賽事當以Rally拉力賽莫屬,因此車內隨處可見密密麻麻的防滾籠,除了提高車體應付飛躍、坑洞與彈跳的能力外,保護車手安全才是最重要的目的。
 

人性化訴求之便利 結構剛性之假想敵

一些對於消費者窩心設計的意念,其實都有可能造成車體結構減弱,例如:低開口的後行李廂蓋,其為了造成行李廂更大的開口,就必需消除主體鈑件的面積,當然不利於結構剛性。而所謂六/四、五/五分離後座椅,這類提供行李廂到車廂後座相通管道的設計,取消了原來分隔行李廂與車廂的隔離鈑件。其實這塊大面積的基本鈑件,對於後車廂整體結構強度,仍有不小的貢獻。也因為一般市售車有許多不利於車體剛性的先天設計,因此才會有後天補強的需求,補強方式須視愛車先天不足之處,進行結構分析再透過後天改造的方式來強化車體強度,這樣的改造才能在不增加太多車重的情況下,獲得最有效的車體強化效果。接下來我們正式進入常見的補強方式介紹。
由於敞篷車先天少了許多支撐車體的車頂,因此有些參與賽事的廠車為了提高車體強度,都會特別打造防滾籠來補強車體。
 
車身強化拉桿 一體式結構最佳

這是一般時下最容易,且價位普通的改裝方式,為什麼要加裝這個零件呢?此零件是車身強化中最基本的一項,也是補強車體負擔最多之處的重要零件,採交叉方式裝置在懸掛固定點的它,乃是直接接受來自地面的震動力量,若是從拉桿往車體方向的力量沒有消失,不但懸掛系統的位移量會減少,車體搖晃的情形亦將因此降低,進而提昇行駛的操控性能。雖然因為有減震筒、彈簧吸震的關係,使得加裝拉桿後並不會感到明顯的加強,可是有裝跟沒裝的實際差別很大,尤其跑山路是更加明顯感受出差異。

 
至於最需加裝拉桿的位置就在引擎室避震器塔頂上,這是因為車體的引擎室除了承載引擎外,其左右葉子板內側還負責懸吊系統之前軸、上三角架、避震器等零件之固定。然而引擎室之結構則好比上、下都打開的四方盒,在理論上是「最弱」之結構剛性區域,因此一般車輛會以特別的設計來彌補此先天之缺憾。而加裝引擎室上拉桿,就是要在引擎室上左右兩邊直接受力的避震器上座,用一結構桿連接起來,試圖對引擎室上方之開口作一個結構性之補強,而這樣的設計某些性能車出廠時就有,用來加強鈑件強度,也可以抑制噪音產生。
如果原廠沒有標配引擎室或行李廂拉桿的話,也可以透過後天改裝的方式加裝,廠牌多樣記得選擇鋁合金製品較能兼顧強度與輕量化效果,另外螺絲接點愈少愈好。
 
而提到引擎室拉桿,它為了達到應有的效果,有些重點還是需要注意,例如鋁製桿身其強度略遜於鐵製品,如果要達到一樣的效果則必需要使用鋁合金製品;而桿身屬於圓或方型的空心體,較實心材強度高且重量輕。拉桿固定座基本上一定得和避震器上座之鈑件吻合,兩者裝配後緊密的接合,才能有效的抑制上座的變形或鈑件破裂。如果有固定式、無調整螺絲的話是最好的選擇,如果是桿身可調式的拉桿,則需注意桿身調整螺絲的尺寸,愈接近桿身直徑,也就是愈大的直徑強度愈佳,這些都是選擇引擎室拉桿所需注意的重點。其效果好的話,對車頭剛性至少有百分之三至五以上的助益。其他諸如葉子板側拉、底盤下結構桿、後上下拉桿及B柱拉桿等同質性改裝品,原理皆大同小異,不同的只是補強的部位不同,實際發揮功效大小也不盡相同。
引擎室拉桿要發揮作用,避震器塔頂的固定座設計很重要,一定得和避震器上座之鈑件吻合,兩者裝配後緊密的接合,才能有效的抑制上座的變形或鈑件破裂。
值得一提,過去許多車迷對「拉桿」與「連桿」的用途不甚清楚,筆者在此說明,拉桿是安裝在車體上的金屬桿件,用途在補強車體剛性與強度;至於連桿則是安裝在底盤懸吊上,用來限制避震器上下擺動的幅度範圍,改裝用的連桿多半會採用鋼材製成,兩端為魚眼接頭設計,其上還設有長度可調整功能,這些特徵都是辨別兩者差異的方法。而安裝在懸吊上的還有所謂的「防傾桿」,此部件的用途在抑制車輛過彎時的側傾角度,這三者的功能大不相同,不可搞混。
許多拉桿品牌也都會針對車底下較弱的地方,推出改裝拉桿供車主進行車體補強,選購時記得選擇安裝後高度不能太低的產品,容易磨到人孔蓋。
車體大樑充填劑 A、B雙劑發泡

有一段時期很流行此一方法來做車體強化,但筆者再告訴各位讀者,畢竟可充填部份在大樑之四方框體、車門框槽A、B、C柱之空間,如此所費的成本及時間頗大,在本體剛性上的幫助,或許還不如它充填後的隔音效能!充填劑本身區分為A、B兩劑調合,一般坊間都以發泡劑充填,如果在底盤大樑部分,會因為發泡劑之空間會貯存水分而導致鈑件有鏽蝕之虞,因為有此缺點,加上灌入發泡劑不利日後碰撞鈑金處理,因此目前已甚少有人如此改裝。

 
 
全車加強點焊 費工卻效果驚人
讀者們應該都知道,汽車車身是用許多鈑金件,一塊一塊以點焊機具組合而成;原廠的點焊數目,也就是焊點的多寡,只足以應付一般的道路行駛況態,對於競技或高速行駛過彎,所承受的嚴苛負擔更可能不足,因此車身點焊是重新製作一部賽車的主要工作,車身點焊可說是費時費工的工作。其工程時數多,其間也關係到各項作工的協調性,如果單一項目的失誤,也會導至此項工程的不完美。
 
車身點焊一開始必需先去漆、然後除膠;除那裏的膠呢?車身鈑件為了防止摩擦之異音,在焊接處都一定會打上「制震膠」,車底板也有厚厚的隔音膠,反正這些膠一定要和底漆一樣去除乾淨,否則一旦你開始施工點焊時,往往會造成「假焊」現象。CO2雖然出料焊接車體,但是從夾縫吐出的膠,會使焊點呈現「吹泡泡」的現象,也就是焊點被膠質干擾呈中空狀態,包含著碳結構的焊點使焊接體並不是真正有效的接合。
除了車底板上方的結構補強外,許多正規比賽車也都不忘記車底下的剛性強化,尤其是前後副樑處的強度更需特別注意,因為這裡是負責固定前後懸吊連桿與三角架的地方,同時也須承擔懸吊拉扯的受力點。
 
而鈑件點焊的距離有很多說法,有每間隔一到兩公分一焊點的作法,也有連續焊到兩至三公分、間隔一至兩公分的作法,其實都見仁見智,重點是焊接部分有無確實的熔入接著。而焊接時不能從頭一直焊到底結束,到時候單面鈑件會因為連續焊接而熱變形,到最尾端會呈現餘料現象,促使車體變型,同時也因為全車點焊並非一天就能完成的工作,所以當天焊接好的部分,一定要清潔完畢,噴上鍍鋅或鍍銅底料,否則明天就會發現,因為焊接後的氧化現象及日夜溫差的濕度變化,會讓昨天所焊接的部分全部產生銹斑,屆時再來處理善後,才真是亡羊補牢,得不償失。
車體強化的位置並不只局限於車體結構上,像這部EVO的前三角架雖然採用鋁合金材質,Tuner來特別在其上焊接一塊小鋁板,目的在減少三角架的變形量,讓和尚頭不會因激烈過彎時的擠壓而扭動,使得操控反應變得較不聽話。
最後,全車點焊最好事先就把車輛架放在手術檯上,或專用治具上,把身體主結構焊好之後再來實施翻轉的細部焊接。以上所述這點是非常重要的,因為在一個不良的支撐環境下,受力的空車體是可能變型的,加上焊接時的伸縮、及應力的改變,如果車體並非固定在良好的治具下,例如車體呈現些微扭曲的不正常情況,此時在點焊上去,扭曲的車台就此固定無法調整回來,在車體基礎結構與幾何角度不正確的情況下,對於往後配重的調整、底盤的設定,都會有決定性的傷害,不可不慎。至於所有車體剛性補強作為中,效果最好的莫過於防滾籠的加裝,一套依據車種作過精密計算來設計的防滾籠,是有可能提升車體原結構強度數倍之多,這類型的防滾架,就會如同我們常在書上看見那些工廠賽車一般,採取全銲式,橫七八豎、好幾十點的防滾籠。關於防滾籠的介紹,筆者在第二部分將會有完整的介紹,在此先賣個關子。
車身點焊的重要部位,有前後避震器塔頂、車門鈑金接合處,至於焊點的間隔則不建議太密集,因為焊點會硬化,太密車體會裂開,且點焊後須立即防鏽處理,施工時也須確保車體處於應力釋放的狀態,如此完工後車體才會變形。
 
 
結語
最後再次的強調,想要有好的操控性,在於有一個好的懸掛系統;要讓一個好的懸掛系統充分的發揮功能,則需要有一個結構剛性強的車體,每個系統是層層的相依。一個極端的汽車改裝迷,在作任何底盤改裝之前,應該先去尋求如何強化車身剛性,以後的改裝才有理想空間可以發揮。
防滾籠是車體強化的最終極作法,且打造時還能針對車體強度較不足的地方進行補強,例如行李廂,而保護車手安全更是打造防滾籠的最重要目的。
 
 


更新時間:2016/06/21 17:01
本文為作者評論意見並授權刊登,不代表TVBS立場。
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