汽车的安全主要由两个方面组成:主动安全和被动安全。主动安全可以概括为“车辆躲避碰撞发生的能力”,这与车辆本身的操控性、行驶稳定性等相关;而车辆的被动安全性则主要取决于车身结构以及车内束缚装置(如安全带、气囊)的效能,而其中车身结构在其中又占了主导地位。
汽车的车身主要框架结构在很多时候被称作车架,加上了诸如发动机盖、行李厢盖等等覆盖部件之后,就组成了我们通常意义的车身。很多时候,由于车身的这些覆盖件并不承受支撑力,对车身整体的刚性贡献不大,因此,在很多时候,车身和车架都是同一个意思,也就是指决定整车刚性的主要框架结构。
车架的种类
总的来说,汽车的车身可以分为非承载式车身与承载式车身两类。
非承载式车身主要是指具有梯形车架(LadderChassis)的车身,梯形车架也叫阵式车架,是最早出现的车架形式。顾名思义,梯形车架的样子就好像一条平躺着的梯子由两条纵向的主梁,结合许多大小粗细不同的副横梁所构成,有些情况还会加上斜梁作巩固。非承载式车身最大的特点便是结实耐用,具有很高的刚性,因此对抗正面碰撞的能力也很强。而且由于车架和车壳作非固定连接,因此,在大幅上下落差的崎岖路面环境下,车辆的扭曲都由坚固的梯形车架吸收,阻止了车壳的扭动,对于越野车来说是非常必要的设计,而且直到上世纪60年代,它仍然被大部分汽车所采用。
不过,梯形车架也有缺点,这便是车身重,重心高。因此从50年代开始,轿车逐渐使用承载式车身来代替非承载式车身。40年代末50年代初出现的钢制一体式车架(Monocoque)便是承载式车身。所谓的一体式车架,即车体结构由折叠的槽化钢梁和压制的板金件焊接结合为一个整体刚性的车壳,板金件也共同承载车体结构负荷。目前的轿车和城市SUV都是采用这种车身结构,只有少数硬派越野车还在使用梯形车架。
轻量化与高强度钢材的应用
谈到车体结构设计,汽车工程师们最高指导原则便是轻量化与高刚性。虽然一体式车架较原来的梯形车架已经在重量方面大大下降,但打从自从1970年代石油危机开始,几十年来,汽车一直持续在进行减重计划,再加上汽车相关的环保标准越来越严格,汽车工程师一直在寻找方法将汽车减重,以求得更佳的省油性并减少废气排放。经过过去这三十年减重的努力,一部典型轿车车重减少了大约250公斤,而耗油也减少了大约一半。