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車體補強改裝輕量化與剛性強化迷思,追求極高速,車重不宜太輕!

資料來源:Goo 車訊網     2017/04/20
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(文、圖/童國輔)


車體補強是許多比賽車或經常山道激烈操駕車款的必改項目,而改造的方向大致上分成兩個部分,分別為剛性強化與輕量化改造,這兩點對於比賽車來說,改造起來的難度或許還比街車來得簡單,因為街車還須顧及日常使用的實用性,為了讓大家能一次了解其中奧秘與做法,這一次筆者就整理出11種的概念與大家分享,希望能充實各位讀者的改裝知識。


第1種
車體剛性補強首要位置

大多數的房車都是採用一體成型式車體的結構,而非像貨車般的分離式大樑設計,其最大弱點就在於車門、引擎室及行李箱等開口地方,只要在此部份重點進行熔接點補強,車身剛性就可以有一定程度的提升。除此之外,車體週邊類的工字樑開口部分等等,如果加以補強對於剛性的提升也很有幫助,補強方式可以透過車體拉桿、車身點焊或加裝防滾籠的方式來達成。




許多性能車出廠時就會針對車體開口處,進行加裝拉桿的補強動作。


第2種
拉桿的補強效果有多大

相信許多車主都會加裝車身拉桿,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,採橫式或交叉方式裝置在懸掛固定點與車體開口兩側的拉桿,乃是直接承受來自地面的震動力量,透過拉桿的衝擊力量傳遞與分散效果,不但懸掛系統的位移量會減少,車體變形與扭曲的情形亦將降低,進而提昇激烈操駕時地操控反應。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,另外結構桿中又以與三點式連接的型式的剛性補強效果,會比兩點式拉桿的設計更優異。



引擎室、行李廂與車底空間等處,都是可以透過加裝車體拉桿,來提升車體抗扭曲的能力。


值得一提,許多房車位於引擎室的兩支主樑,並非是從車頭延伸到車尾,而是僅僅伸展到座椅下方,如果這兩隻前方的主樑與後方延伸過來的側邊骨架連接狀況不好的話,車身中央與駕駛艙底板的剛性便會降低,高速過彎時車體就會扭曲,大大影響轉向反應。針對此問題有些比賽車都會在車底處加裝車底拉桿,甚至是包覆一大片鋁合金底板,透過補強車體中央與側邊的連接結構性,來提高車體整體強度,所以若能依照車種找出車體的弱點,便能進行最佳的補救措施。



第3種
快速有效的防滾籠配置

車台下方雖然設有很粗的大樑,但其上方支撐的A、B、C柱大多都相當細,也就是說如果施往車體的力量剛好是朝向車柱無法支撐的方向,那麼整個車體便會扭曲變形,而此時防滾籠即派上用場了。不過,市售防滾籠的式樣都是以螺栓固定在車底板上,發揮的效果自然有限,因此如果能多在支柱、彎角等地方焊接輔助鋼片,力量無法移往別處則會有更好的補強效果。此外,支撐板的面積也是越大越好,當然透過焊接將防滾籠與車台一體化,還是最理想的安裝方式。



防滾籠是提升車體強度工法中,效果最明顯的方式,只是對街車來說,會遭遇到驗車與臨檢等困擾。



第4種
車身點焊補強觀念

車體結構通常是由2片以上的鈑金焊接而成,例如車門框架周圍,就強度來說焊接的焊點愈多,車體的剛性就愈強,然而市售車顧及到成本與舒適性的問題,在車台鈑件間接合的焊點也會點的較少,如果能適度補強焊點,也能提升車體結構的抗扭曲強度。不過可不是一昧地增加焊點就能達成此目的,錯誤的施工反而容易造成反效果。一般點焊時因焊點周圍的鐵板在燒鑄之後,會產生硬化的現象,因此若是焊點的間隔過小、過於密集,就會產生沒有力量的緩衝區,於是應力集中在何處,該處便有可能出現裂縫甚至金屬斷裂的情況。



車體點焊補強的效果也相當明顯,不過焊點可不是愈密愈好,還是需保有車體一定的彈性與變形能力。


基於此原因,建議大家最好是設定一定的間隔,如此一來兩邊的力量都有緩衝的餘地;當然,打鉚釘同樣具有相同的補強效果,雖然鉚釘遇到強大力量會有移動的現象,但如果善能用此移動量,即可以消除加諸於車體的多餘壓力,加上鉚釘不會因熱發生材質變化(如硬化或氧化),假使以道路為主要的行駛場合時,將能讓愛車車體保有更長的使用壽命。最後,不管是採點焊或鉚接的方法,經過思考再行施工效果會更好。



第5種
簧下負重減輕效果大

談完車體剛性補強後,接下來筆者要介紹所謂的車體輕量化工程,首先要帶入的是效果最明顯也是最容易達成的「簧下荷重」的減輕。該處指的是從懸吊到輪胎的可動部分,包含車輪、煞車、避震器與懸吊結構等零件都包含在內,如果我們將注意力放在懸吊系統這個部分,就不難想像簧下重量越輕效果越佳的說法。首先,較輕的懸吊負擔路面循跡性也較好,因為它可將零件本身的重量慣性影響降至最低限度,自然輪胎能夠更敏銳追蹤路面的凹凸狀況,減震筒與彈簧可以正確吸收因凹凸帶來的震動,減少不平路面對車體造成的影響。相反的,如果彈簧下負重較重,懸吊系統就會承受來自於懸吊零件的多於重量,而無法柔順的作動,路面的狀況就將對車體形成晃動,這樣的結果不用說乘坐感當然不好,所以對車輪週邊進行輕量化,以追求簧下重量的減輕,有十分重要的整體改善效果。



許多超跑的底盤結構桿都是採用鍛造鋁合金材質,目的在追求極致輕量化與強度要求,而街車則可透過更 換改裝品來獲得。



第6種
輕量化絕招-鍛造單片輪圈

此為彈簧下荷重減輕的終極絕招,具有最高等的效果,輪圈與輪胎在懸掛週邊的最下方作動,因此它們的輕量化可說是在減低懸吊負荷項目中,能夠展現最明顯效果之處。儘管輪胎重量的選擇性不多,不過因為現在有很多款輪圈都是以輕量化為製作概念,所以在此建議大家多多選用這種型式的製品,而儘量避免使用直徑過大的款式也是方法之一。



鍛造單片輪圈的超輕重量,是鑄造輪圈或多片式輪圈所無法達成的境界,想要輕,挑這種的準沒錯。


輕量化輪圈可說是為彈簧下負重減輕的動作加分,並具有減低因慣性造成不利迴轉的重要意義,此原理與更換輕量化飛輪後,就能使引擎的反應更好相同,由於輕量化輪圈不管在加、減速的反應上,都比偏重的輪圈來的好,相對煞車效果亦可隨之提昇;煞車系統一樣是這個道理,在比賽的領域中我們常可以看到採用碳纖維碟盤與鍛造輕量化卡鉗,搭配鎂合金製超輕量輪圈的例子。



第7種
改變重心的輕量化術

如果將處在高位置的零件輕量化,車體的重心必然能隨之降低,操控反應與過彎能力也將產生極大的差異。降低重心最簡易的方法,就是利用壓低座椅的腳架,來降低駕駛人的位置。或是將車頂鈑金更換成碳纖維材質,但前提是A、B、C柱需補強過或車內加裝防滾籠,才能確保車輛翻覆時的乘員安全。



不論是將原廠電動座椅更換成賽車椅,或使用碳纖維材質的車頂,都可達到減低車體重心的目的。


此外,將頗具重量的車窗玻璃改為壓克力素材,如此車輛的運動性能將會有令人驚訝的提昇,不過從安全性的考量來看,擋風玻璃儘量是避免採用聚乙烯等塑膠材質,因為它還有強度、耐久性與防爆等問題,因此若是日常代步用的車種,最好不要進行這類的改裝。



第8種
拆空內裝的輕量化

對於許多人來說,想要減輕車重,最簡單的省錢的做法就是將內裝拆空,包含車門飾板、音響、冷氣系統、座椅、地毯、備胎與車內隔音膠等零件全數拆除,大約可省下20-30公斤的重量,如果副駕駛座採用多向電動可調座椅的話,能減輕的重量會更多,雖然只要自己動手做就能搞定這部分的輕量化工程,不過如果是每天通勤開的車,筆者實在不建議這樣做,因為車內噪音會增加許多,包含路面震動、輪胎滾動聲、引擎聲浪等,都會傳遞到車內,多數人都無法忍受這樣的噪音,因此施工前請三思而行。



將內裝拆空是賽車常見的輕量化手法,一般買菜車不建議比照辦理,因為車內噪音很容易讓人受不了,而 桶型賽車椅則擁有重量極輕的優勢,尤其是採用碳纖維椅背材質的部品更佳。


值得一提,如果您的愛車配備的駕駛座椅是多向電動可調設計的話,其實只要將原廠座椅更換成輕量化的桶型賽車椅,就能為您省下20公斤以上的車體重量,這是因為原廠電動椅的重量大約都20公斤以上,而桶型賽車椅含腳架滑槽,大約是在5-6公斤左右,這些省下重量對一般車款來說,可是相當有感覺的。



第9種
碳纖維空力套件的運用

市售車要有快速的性能,在引擎馬力下功夫還不如在「減肥」上有用,因此除了不要裝載不必要的東西以外,你也可以將車體鈑件更換為碳纖維材質的部品,來減輕車體重量,例如引擎蓋、行李箱蓋,前葉子板、前後保桿與左右側裙等,只要是熱門改裝車,原則上都會有碳纖維的空力套件可選擇,有些車款甚至還有碳纖維車門可用。



碳纖維空力套件或車體鈑件確實能減少車重,而全段鈦合金排氣管不只能減少重量,更能獲得性能化的駕 駛氣勢與氛圍。


此外,將原廠排氣管更換為不鏽鋼,甚至是鈦合金材質的排氣管,其所能降低的重量也是相當驚人,而且又富有很高的運動氣息,大家不妨從這些基本處做起,體驗它們所帶來的靈敏操駕感!



第10種
賽車級輕量化手法

以徹底輕量化來追求卓越加速、過彎性能的賽車,其外在手法通常是鈑件使用碳纖維、玻璃纖維、功夫龍等材質,車窗玻璃以聚乙烯、丙烯基化等壓克力類素材替換,較細微的內在部分就是將螺絲或螺帽更換為鋁合金或鈦合金的零件。至於車台減重的方面,它們則會在熔接點增加的鈑件接角處,切除掉上方的金屬塊,而其他剛性沒有下降的地方,則減少厚度與拿掉不必要的支撐樑,如此總重量至少可減輕200公斤以上。總而言之,競技用車是靠每個小環節的減重,來達到整體輕量化的表現。



愈來愈多超跑採用碳纖維或陶瓷材質的碟盤,目的除了提高煞車系統的耐溫性能外,更能有效減少簧下重 量,對操控反應更有幫助。



第11種
車體輕量化的缺點

雖然車輛會因車體的輕量化而提昇運動性能,但多少也會有缺點產生,事實上輪胎接觸地面的壓力會因為車體輕量化而降低,抓地力亦會因此不足;垃圾車或大型卡車儘管是使用溝槽較少的輪胎,但它們一樣能在下雨天疾駛而不打滑,這就是因其車重能夠確保輪胎緊抓住地面,而車重一旦減輕輪胎就無法緊貼住地面。另一方面,輕量化的賽車是運用由空力產生的下壓力,一邊將車子緊壓往地面上,一邊取得前後的平衡,因此過度輕量的車輛常在雨天或高速行駛時發生異常打滑現象,而只在後輪週邊採取輕量化同樣會使車頭過重,因而無法有良好的平衡性,故追求輕量化的同時,注意前後軸的配重,也是相當重要的事情。



許多追求極致輕量化的賽車,高速行駛時之所以不會打滑失控,關鍵原因在於空力設計,因此一般街車還 是需保有一定重量,才能確保雨天行車安全。



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