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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。