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敞篷车车身性能设计,了解一下?

从车型定位来说,敞篷车的使用环境比较有局限性,市场也相对小众,所以大多数厂家的产品并没有涉猎到这个领域。目前热衷于开发敞篷车的厂家主要集中在欧洲地区,北美和日本车企已经逐渐退出了这个市场,除了马自达等少数品牌还保留了为数不多的几款车型,比如马自达MX-5。

想要了解敞篷车的车身设计,我们还是要把更多的目光集中在欧洲市场,因为欧洲市场还保留着大量的敞篷“小跑车”,比如宝马1系和3系、大众E0S、标致308CC、Golf&Audi的Cabri0、奥迪A5、雷诺Megane、欧宝Astra和Cascada等。欧洲良好的自然和道路环境保留了敞篷车存在的最后一丝尊严。

敞篷车又分硬顶敞篷和软顶敞篷两种类型,软顶又分为自动折叠和手动折叠。硬顶是通过一整套复杂的连杆+电机的结构实现敞篷的开闭,代表车型奔驰SL;软顶多为液压和框架结构实现的开闭,代表车型欧宝Cascada;而手动折叠就比较好理解了,需要手动实现打开和闭合,手动折叠的代表车型就是MX-5的基本型(RF为硬顶)。

敞篷车的车身设计相比于传统车最大的差异就在于性能定义,NVH在胎噪和路噪的定义,碰撞安全的定义,车身刚度定义等,由于其结构的先天劣势,综合性能与闭合车身相比会有较大的差异,比如目前还没有一款敞篷车能拿到各国Ncap的五星安全评价,欧洲一线品牌车型中也没有哪一款公布过的敞篷车扭转刚度超过20000,也没哪款敞篷车的舒适性(噪音和震动控制)能超过同级别的封闭车身车型。

在NVH的控制上,敞篷车的顶棚是至关重要的,但是不管是软顶还是硬顶折叠,它们在车门上都缺少了一道密封条,而且又多了很多结合缝,所以在噪音的控制上肯定不如传统封闭车身,那么敞篷车能做的就是尽量去抑制震动,尽可能去优化噪音,而底线是不产生共振和风噪鸣音,所以敞篷车在顶棚的NVH上需要做很多细致的工作。目前采用自动折叠的顶棚比较多,而软顶和硬顶在噪音的抑制效果上实际差别不大,所以很多厂家为了降低整车重量、同时也为了节约成本、增加后备箱容积,多采用自动折叠软顶的设计,比如欧宝Cascada。

软顶折叠顶棚的结构上,需要集成后风挡玻璃、侧框玻璃密封条、顶棚骨架、自动开启机构的液压系统等等。重量大约在50kg左右,而硬顶的整套机构重量约为100kg。但是硬顶也有它的优势,比如高级感、可以与车身同色、对车顶的保护、提升车体整体刚度等等。在顶棚的开闭速度条件和时间上,每家车企的设定不一样,大家可以看看下面这张直观的对比图。

在碰撞安全上,敞篷车因为没有顶盖和车身上半部分支撑,所以在前碰时,结构上就需要强化short gun与A柱立板的连接,同时加宽A柱立板在X方向的截面。强化A柱立板还有一个很重要的原因是为了让车身满足顶压的法规,敞篷车A柱立板是车身最高点,所以很多车型会在A柱里增加一根挤压或者内高压成型的管状型材来满足顶压法规。

欧宝Cascada在应对车辆在翻滚和侧碰时,从减震塔座靠近衣帽架的结构处,有一个液压机构弹出,配合侧面气囊的使用,保护乘员舱的乘客。

在应对侧碰时,对于敞篷车最大的挑战不是车身的倾入量,而是侧面撞击对人体头部的伤害,因为敞篷车没有顶盖边梁,无法去布置侧面气帘。所以很多敞篷车就开发了一种侧面能覆盖到头部的气囊来保护头部,同时强化侧门的防撞结构。

在车身刚度的定义上,因为车身上无法形成闭合的环形框架结构,所以敞篷车的刚度都普遍偏低,比如MX5的弯曲只有5100,扭转也只有9000多;欧宝Cascada的弯曲是16100,扭转是15800,;奔驰SL扭转也只有16000。而同级别的轿跑的车身扭转刚度普遍都在25000~30000。所以,所有敞篷车的车身轻量化系数都比较大,普通都在6以上,甚至上一代的车型都超过了10。

另外,刚度和模态本身有对应关系,单位质量的刚度低,那么模态也会相应的比较低。所以我们会看到Cascada的弯曲和扭转模态分别只有27和22,而上一代的Astra则更低。

敞篷车因为先天的结构缺陷,较差的刚度也会影响到车辆的操稳,所以为了尽可能去提升刚度和车辆的操稳性能,在车顶结构受限的情况下,只能通过在车底去强化来实现。比如在车底增加一些V型和X型的稳定杆,对车身两侧进行连接,来提升弯扭刚度,同时对车辆前碰撞性能亦有较大的提升。

综述:敞篷车在视觉上的拉风,并不能掩盖其整体性能上的劣势。强如法拉利的California T,也只能是直线加速尚可,进入多弯的赛道一样要被Type-R这种封闭车身的小钢炮吊打。所以在敞篷车的性能定义上更多是要考量它的使用环境、消费人群,NVH和车身刚度性能目标需要找到一个可接受的范围来匹配车型的定位,而不能陷入传统车型的设计思维里,钻了牛角尖。

来源:第一电动网

作者:KA汽车

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KA汽车

从汽车工程师的角度,以近十年ECB优秀车型和北美热门新车型资料为背景,解读汽车车身、新能源、无人驾驶等新技术

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