《汽車工業》搞什麼？談賽車與量產車開發之差異：底盤架構

圖片來源：Mclaren

繼上一篇針對 動力系統及電子零件在賽車與量產車開發上的差異點進行說明以後，這一篇就要來說明賽車與量產車在底盤架構上的分別。

圖片來源：Honda

底盤架構

量產車由於需要進行大量生產，並且考慮到引擎擺放、車艙空間以及安全性等因素，在設計時會有諸多限制。因為用途較廣泛，汽車製造商需要盡可能的在各個面向進行妥協來達到平衡。

賽車的底盤結構有著相對單純的用途，最高設計原則就是在擁有足夠抗扭剛性(Torsional Rigidity)的情況下進行極致輕量化。假使一輛賽車底盤的抗扭剛性不足，在懸吊作動時底盤會因衝擊產生形變，造成車輛動態難以預測而降低操控性能。下方影片可以看到抗扭剛性不足時底盤產生的形變，這是屬於較極端的情況，但是能夠更明顯的看出差異。

影片來源：YOUCAR

接下來大致介紹底盤結構的演進與應用。

圖片來源：Toyota

梯狀底盤(Ladder Chassis)

汽車工業歷史上最原始的底盤設計，在60年代以前幾乎所有的汽車都是使用此種底盤架構。在一個平面框架加上數支橫梁，看起來就像是一把梯子因而得名。由於梯狀底盤在結構上像是一個2D平面，因此雖然應付當時汽車加速減速的應力不是問題，但是抗扭剛性卻非常差。梯狀底盤的其他優點包括結構簡單利於大量生產、與引擎變速箱等機件媒合容易並且可以安裝幾乎任何形式的車殼。

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脊柱車架(Backbone Chassis)

相當簡易的結構，一支高強度的鋼架或者鋼管連接前後輪軸，負責提供整輛車所需的機械強度。汽車製造商可以在鋼管支柱內放置傳動軸，對於一些特殊用途的卡車來說可以增加底盤離地高度且維持整車所需的剛性，過去也有些小型跑車如Lotus Elan採用此種底盤架構。

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籠型車架(Space Frame)

現今多數量產車所使用的結構。由數個鋼板或鋁合金鈑金組成籠型結構，不僅容易進行大量生產，3D立體結構在車身抗扭剛性上也有良好的表現，加上在設計上相當有彈性而成為目前量產車底盤的主流形式。採用籠型車架的市售車抗扭剛性普遍落在10,000 Nm/degree至20,000 Nm/degree之間，較高級的豪華轎車以及跑車在使用較高強度鋼材之下能夠達到30,000 Nm/degree至40,000 Nm/degree之間。

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鋼管車架(Tubular Chassis)

鋼管車架其實為籠型車架的一個分支，乃是因應賽車運動而生。為了打造擁有足夠強度又輕盈的底盤，鋼管車架以管狀鋼材取代鋼板，結構上則使用大量的三角幾何結構來達成高抗扭剛性。由於鋼管車架需要以手工焊接製作，不利於大量生產，加上三角幾何結構使得車架內幾乎沒有多餘的空間，因此只有少量的市售車採用鋼管結構設計，《Mercedes Benz》著名的鷗翼跑車《300SL》即是首輛使用鋼管車架的道路用車，鷗翼車門也是當初為了妥協鋼管車架有限空間而做出的設計。

圖片來源：Mclaren

單體座艙(Monocoque)

延伸籠型車架的概念，單體座艙直接採用四個完整的平面架構來達成高度抗扭剛性與車架強度。在材料科技的進步之下單體座艙概念才得以實現，目前單體座艙常用的材質為碳纖維與鋁合金面板，通常會使用三明治設計，在夾層當中置入蜂巢結構板來大幅提升結構強度。

由於能夠製作的極輕同時擁有超高的強度，單體座艙被應用在許多超級跑車以及高階賽車上。現行F1賽車所使用的單體碳纖維座艙大約只有35公斤上下，但是抗扭剛性即可達到35,000 Nm/degree左右。應用了接近F1的碳纖維技術來打造單體座艙，《Koenigsegg Agera》超級跑車擁有目前市售車最高的抗扭剛性，重量僅72公斤即達到65,000 Nm/degree的強度。

圖片來源：Koenigsegg

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