众所周知,在各类汽车赛事中,防滚架都会是标准配置,汽联或是赛事主办方都会对赛车的防滚架有着严格的使用标准。无论是场地赛、拉力赛还是越野赛、飘移赛,其车速都要远高于我们日常的行车车速,再加上比赛的激烈程度,碰撞、飞坡甚至是翻车的可能性都会更高,这也就使得赛车必须具有比原厂车更高的车身强度来应对这些意外情况,以求更好地保护车手的生命安全。
图:越野赛车的防滚架结构较为复杂,由于水箱等发动机辅助系统都会后移,所以通常驾驶室还会有隔板。
图:飘移赛车由于几乎不会出现翻车的情况,所以其防滚架也较为简单。
从防滚架的名字以及形态上我们就能看出,其实就是一个由金属管做成的笼子被安置在了车身内部,在车辆发生事故时除了原本的车身承受冲击力,防滚架也能够承受一部分冲击力,并且其强度以及承受的冲击力都要比车身高出许多倍。
相比改装车上使用的防滚架,考虑到便于装卸以及日常使用的便利性,大多使用螺丝固定,相比赛车使用的焊接工艺的防滚架,它更多地只是起到了保护车内人员的作用,而在赛车的防滚架设计、制作当中,防滚架的意义远不止这么简单。
图:这是改装飞度GK5,该车就采用了CUSCO的可拆卸式防滚架。
在使用效果上赛车防滚架还能更有效地提高车身强度、提高车辆的稳定性、耐久性,在制作以及安装过程中,防滚架的形状设计、与车身的连接处等都需要进行更专业地计算以及加强,要知道在汽车赛事中高速翻车的威力可不比一辆渣土车侧翻小。
对国内赛事比较关注的朋友想必没有没听说过德安汽车运动的,尤其是在近年来的CRC赛事中,德安运动与来自英国的全球最大的独立赛车和汽车技术服务厂商Prodrive合作研发的高尔夫7赛车,已成为CRC赛事中的常胜将军。而德安运动的前身为北京庆洋拉力车队,成立于2000年,是国内汽车拉力圈的元老级车队。
图:德安运动巨资引进的Prodrive高尔夫7赛车单辆造价约为700万人民币,性能比WRC Car还略高。
图:性能强悍的高7赛车早已成为了CRC赛场中的常胜将军。
图:毕竟是国内首批参加拉力赛的车队,德安运动在这十几年的参赛过程中,所获得的经验远比这些奖杯更值得珍惜。
北京德安汽车运动发展有限公司现已成为国内最大的汽车运动公司之一,运营多支场地和拉力车队,同时每年也会定期举办车手训练营,并为合格毕业学员颁发中汽联拉力车手执照。
图:除了参加CRC赛事,德安运动还致力于发展国内赛车文化事业,通过驾驶培训、俱乐部车队参加CRC等方式,让赛车运动变得更加亲民。
对于任何汽车技术而言,说得再多也不如真刀实枪的做出来试试,理论知识与技术分析自然是防滚架设计的基础,但是实际使用效果与制作过程中的各种门道却只有真正尝试了才最有发言权,这也是我们为何选择德安汽车运动来为大家讲解本期大讲堂的原因。请大家耐心阅读下文,看看国内冠军车队、与英国Prodrive深度合作的德安运动是如何为我们来讲解防滚架的设计与制作的。
毕竟是讲到专业的技术问题,我们有幸请到了德安运动的车身改装技师——夏学明,德安运动所有赛车(除Prodrive高7)的防滚架都是由他带队设计并制作的,当然,包括Prodrive高7赛车的车身养护也是其工作内容之一。要说到这个岗位的压力与难度有多大,可以通过两个事情让大家来简单理解一下:一辆高尔夫赛车的防滚架焊接工期为两周;比赛过程中车辆遭遇翻车等严重事故,将空车架变成一部赛车的时间为一通宵。
图:我们有幸邀请到了北京德安汽车运动的车身改装技师——夏学明,为我们讲解拉力赛车防滚架的设计与制作。
图:我们看到的这些横七竖八的钢管组成的车身,它们究竟有什么讲究呢?
一套专业的防滚架设计就像一部车的车身设计一样,它也需要经过缜密的计算来得出不同位置需要承受的压力,从而设计防滚架各部位的连接点以及管径、材质等。不过在十几年前,德安运动还被称为庆洋的年代,由于技术水平、资金能力等原因,当时国内的赛车防滚架还都是靠各车队的经验一点一点摸索出来的,都是由最初的从国外赛车的防滚架外形临摹,到后来的电脑计算、制图,甚至还设计出了通用型的防滚架。
图:不得不说科技的发展促进了人类的进化,现如今的赛车防滚架都是通过这样的电脑效果图来进行模拟试验,并最终得出各部位合适的连接点以及材料等。
图:经过电脑计算后,仍然需要实车安装来检验防滚架设计的合理性,图中这些照片上的防滚架就是进行试验用的。
图:其实赛用防滚架在设计之初并不会考虑美观性与实用性,考虑最多的还是安全性。不过受制于车身结构,很多部位的设计并不会有太多方案,这也就使得材料的选择成了一大问题,如何在不改变防滚架结构设计的情况下,选用一种强度足够的材料与管径便成为了体现各家车队技师水平的地方。
在防滚架材料的选择上,常见的有冷拔无缝钢管、1018、4310、1020钢材,它们的主要区别也就在于强度和重量上,比如一般拉力赛要求使用的冷拔无缝钢管就具有强度高、重量低的特点,当然价格也较高,常见于较高级别的拉力赛事。而在焊接工艺上,主要分为二氧保护焊和氩弧焊,它们的区别则主要是强度与美观性,根据不同位置的要求,一套防滚架上一般都会同时存在这两种焊接工艺。
图:我们可以明显的看出这根钢管连接处的缝,由于其强度一般,所以仅用于低级别赛事以及防滚架的非主要受力部分。
图:这个显然就是我们刚才提到的冷拔无缝钢管,虽然其强度更高,但是较高的售价也使它成为了关键部位的制作材料。
图:这个就是用于给钢管做造型的半自动弯管机,用于防滚架主要轮廓部位的管材造型。
实际上,虽然不同类型的比赛对于防滚架的要求也不一样,但是在结构设计上却都大同小异,基本的龙门结构是大家普遍采用的。由于三角形是最稳定的结构,所以在防滚架的主要受力点部位大家也会一样选择用三角形的设计。只是根据赛事类型的不同会增加或减少钢管的数量,比如场地赛中防滚架主要的受力来自于车辆的碰撞,所以防滚架的安全级别也相对较低;拉力赛与越野赛就不太一样了,除了车身碰撞外,飞坡、翻滚等情况都极有可能发生,此时就需要防滚架具有更高级别的防护能力,来保证车辆遭遇翻车等事故时保护车手。
在国外,其实还流行一种叫做“快爬臭虫”的钢管赛车,它们没有类似量产车的外形,整个车身就是一个由各种钢管焊接而成的钢管车身,赛车所有零件都被安装在了这些钢管上,这些钢管车即使是从山坡上翻滚而下也能确保车手的生命安全。
图:每一个需要焊接防滚架的赛车都会经历现在这个形态,一个真正的白车身,没有任何零件、没有隔音、降噪涂抹的胶,只有在这种形态下焊接的防滚架才能做到更高地精度。
图:在车身侧裙部位,为了便于赛车维修,都会进行这种补丁形式的增强并开孔。
图:这些架子看着不像是防滚架,那它出现在防滚架焊接车间是做什么用的呢?
在车身进行焊接时,我们不仅仅是在车身上焊了几根钢管,还需要对很多部位进行改动,比如发动机机爪的固定位置、避震器塔顶的位置以及便于维修的赛车马凳支撑点,这些工作都属于防滚架焊接车间的工作。而为了更准确的找到这些点,我们就需要自己制作一套固定用的模具,也就是上图以及下图中的这些架子。
图:在进行焊接之前,我们还需要将焊接点部位进行抛光打磨,这样才能便于焊接工作的进行。
除了防滚架的强度问题,不同的赛事还会有着很多细节上的不同规定。比如防滚架的设计会不会影响车手的进出,哪些部位是必须采用某种结构的,这些都会在赛事规则里面清楚的写明。对于车队而言,如何在保证强度的情况下降低车重、节省成本,这些才是真正考验技师水平的地方。在同样比赛规则的情况下,防滚架强度一样、车重一样,结构与材料的选择能实现更加合理的防滚架设计,便于车手的进出,同时也能为车队节省本。
当然,如果你觉得赛事标准并不够安全,你也可以使用更多地钢管或是更加昂贵的材料,这种情况不是没有,特别是在国内的赛车圈,有不少车手是事业有成的老板们,奋斗了半辈子终于有钱有时间来玩赛车了,但又害怕自己的生命受到威胁,所以使用了结构非常复杂的防滚架,就为了能够获得更好地保护。
图:根据赛事的不同,对防滚架的结构要求也不同,比如CRC赛事的规则中,车门处防滚架的高度不得高于车门的三分之一。
图:比如在场地赛车上,车顶部位的防滚架可能只有一根斜置钢管,而在拉力赛和越野赛车中,一般都会采用交叉式。
图:这就是二氧保护焊的焊点,在防滚架的制作中,这种连接处都要进行满焊才能符合赛事标准,也就是说焊点要焊满一圈。
在防滚架的设计与制作中,我们一直都在讲它是保护车手安全的,而它的作用实际远不止这些。通过防滚架的连接点与结构我们可以很容易看出,就像是改装车上的各种拉杆、顶吧一样,通过硬连接将车身各部位进行固定,来增强车辆的整体性,使车辆在过弯、飞坡等动态中获得更好地响应能力。这一点几乎在任何一辆重度改装或赛道日车辆上都可以见到,在高速过弯、连续变道时,车头的指向性与车尾的跟随性都会受到车身抗扭强度的影响,如果通过拉杆或是防滚架将车身进行再次加固,就能够提高车辆的整体性,获得更好地动态响应能力,也就是我们常说的“这车紧不紧”。
图:这些交错复杂的钢管都会与车身进行焊接,所以它对车身动态响应能力都会起到帮助。
图:车顶部位一般都是车辆最脆弱的地方,这种部位就算用钢管连接也没有多大意义,所以车顶部位一般都采用这种将钢管焊成的笼状,并不与车顶直接焊接。
图:防滚架上随处可见的三角形力学设计,这大概是初中课本上所教过的吧。不过道理谁都懂,但是实际运用起来却没那么简单,这些钢管的结构都是经过电脑计算后,再进行实车焊接试验的。
实际上防滚架除了保护车手安全、提高车辆动态响应能外,还承担了吸收地面震动的作用。一部CRC级别的拉力赛车,其防滚架所承受的压力甚至可以达到整车承受压力的70%~80%。这样的数据或许很难让人相信,但是我们这位有着十几年拉力赛车防滚架焊接工作的技师就是这样告诉我们的。这一点其实也很好理解,我一般所乘坐的普通轿车在经过坑洼路面或是减速带时,除了较为柔软的避震吸收了震动,车身也会有一定的形变来缓冲这些震动,而坐过赛车的朋友都知道,地面上哪怕有个一石子我们都可以感受出来,这样说可能会有人反驳说是避震太硬,但我们在高速过弯以及连续变道、飞坡的时候,赛车给我们带来的那种整体性以及超高的车身强度是没法单纯归功于避震系统的。在一场拉力赛中,很可能一个赛段就会出现三五次的飞坡,这些巨大的冲击力绝对不是普通车身能够承受的。
图:像这辆高7赛车,由于使用了行程较长的适用于拉力赛的避震器,所以塔顶的部位已经被加高并经过了加强,保证车辆在进行飞坡、高速驶过颠簸路面时能够不出现变形或断裂等情况。
图:经过重新设计的避震器塔顶往往都会与防滚架进行连接,这样才能更好地起到加固车身的作用。如果没有防滚架的连接,恐怕即使是这样增强过的塔顶也承受不了几次飞坡。
图:在复杂的路况面前,仅仅有一套防滚架是不够的,随车工具的固定也能确保车手在比赛过程中的生命安全。而这些工作往往也都属于车身小组的负责范围内。
说了这么多,我们还是来看看目前国内拉力赛圈最有说服力的赛车,看看它的防滚架设计有何不同。当然,这里说是世界级别的拉力赛车其实也不为过,出自Prodrive之手、性能超过WRC Car的高7赛车,除了动力系统与车手上的优势外,这款赛车的车身部分就价值一辆宝马M2哟~
图:哦?怎么有五辆Prodrive版的高7?对CRC有些了解的朋友可能知道,德安车队2014年斥资两千多万引进了三辆Prodrive版高7赛车,那么多出来的自然就是复刻版的展车喽。
图:由于这款赛车在CRC赛场上实在是太厉害了,超高的人气使它成为了拉力圈中的“网红”、一汽大众的“香饽饽”,面对越来越多的展示邀请,只好复刻两辆出来。
对了,刚才我们一直在说防滚架的作用与性能,但却忽略了拉力赛也是一项损耗极大的运动,一部CRC级别的赛车保养得当,那么它的车身寿命可达3~4年,如果车辆发生了严重的事故使得防滚架发生了变形,那么这个车身以及防滚架都将无法再重复利用。
图:要说到一套好的防滚架,我们还得听听驾驭它的车手——陈德安怎么说。
说到Prodrive高7赛车,我想最有发言权的应该是德安汽车运动的大老板兼车手——陈德安。陈总在国内拉力赛圈的名气比这家车队名气可大,早在上个世纪九十年代,陈总就已经混迹于拉力赛车圈了,而Prodrive高7也是他提议购买的,同时是国内第一个驾驶这款赛车参赛的车手,也是驾驶时间最长的车手。
图:看过CRC比赛的人都知道,陈总的驾驶风格一向华丽,逢坡必飞的跑法非常的WRC,而这就对赛车的车身刚性做出了很高的要求。像避震塔顶这种主要受力点,Prodrive在进行改装时都会对其进行加强的设计,不只是我们看到的结构加强,这部分结构选用的钢材都是国外进口的。
图:看似崭新的防滚架其实已经经历了两个赛季的洗礼,不过每次比赛结束后,我们的车身改装技师都会将赛车打散进行清理,并对防滚架进行喷漆,这样才能提高防滚架的使用寿命。防滚架上的贴纸当然也不是为了装饰,它也是为了保护漆面而贴的一种质地较硬的贴纸。
图:一套好的防滚架不能只看够不够结实,在比赛中的使用便利性也很重要,而这也关乎到出了事故后能否迅速逃出车内的生命安全问题。
图:对于一般家用车而言,车顶是最脆弱的地方,但在拉力赛中,翻车事故不可避免,所以车顶部分一定要通过防滚架来加强,龙门防滚架与塔顶相连接的结构不仅能够分担塔顶的冲击力,横向纵向互相交错的钢管通过三角形结构组成了一个全方位的受力结构,使其异常坚固,即使高速翻车也不会出现断裂的情况。
图:我们采访的当天恰逢Prodrive团队前来调试车辆,要知道世界顶级赛车服务公司来一天的费用比一辆原厂高尔夫R还贵。
图:不得不说,德安汽车运动的车间确实非常有大厂风范,虽然是得到了一汽大众的赞助,这规模和级别丝毫不逊色于厂队,或许也正是这样的管理制度、设备及人员配置,德安运动才会有CRC赛场上的辉煌表现吧。
编辑点评:其实这次采访防滚架的选题结束后,给我最深刻的两个印象就是:防滚架虽然看着大同小异,但是设计、制作以及选材上竟然会有如此多的不同;Prodrive高7赛车不是贵的没道理,光车身改装就价值一辆宝马M2,人家确实有技术含量。看来改装车的可拆卸防滚架跟赛车防滚架有着天壤之别,而赛车与赛车之间又有着很大的不同,真是不问不知道,一问吓一跳啊!
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