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如果没有惯性,高速行驶的汽车突然停止,上面的东西是不是就不会发生位移?

zhao_admin11个月前 (07-22)科学课件41

既然没有惯性那应该什么力都没有了吧,如果什么力都没有,那就什么都不存在了吧。如果只考虑没有惯性,那应该都会随时停止不动。

问题有趣,活动下思维,丰富下想像。将来,人类不仅居住在地球,还要外出地球,有太空旅游,有星际旅游,可能登月,登火星,会面临失重,减重,增重等问题。因此,讨论下此类问题,有助于增强大家探索科学的兴趣。关于惯性问题,这对所有物体是一视同仁的,高速上突然停车,当然车上所有物品跟着停(它们已经是一个系统了),人也一样,人停,体内器官也停(人体也是个系统),不会有晕车了,当然,人体突然移动,各器官也跟着动,不会拉下什么“零件”的。

为什么小汽车第二排中间的地面,有的小车隆起很高有的几乎纯平呢?

乘用车后排中间有凸起是由多种因素所导致的结果,早期后排中间有凸起的大都是后驱车型,因为传动轴的转动方向会对车身产生一个扭曲作用,所以给平面的金属车底增加四道折痕,起到加强筋的作用从而提高车身的刚度。

当然这种设计也更容易把传动系统、排气系统布置在底部的凹槽内,从而起到更美观的效果,所以现如今很多前驱车的后排中间也同样有凸起,比如马自达的阿特兹、本田思域、丰田卡罗拉,甚至一些基于纯电平台打造的电车也同样如此;最近这些年来后排纯平的车型几乎没有,只不过差异在于凸起的高度。

如上图所示马自达阿特兹后排中间的凸起部位,而下图则是本田雅阁后排中间的凸起部位;所以说当今的车子大部分都有后排中间的凸起,可以说这种通过给车身底部制造加强筋的方式逐渐形成了主流与共识,这种凸起底部设计不再局限于后驱、四驱车型,而是逐渐被各种车型所认可,说到底这就是增加车体刚度的一种手段。

后驱车后排中间的凸起并非只有容纳传动轴的作用前置后驱是最古老的驱动形式之一,实际上最早期的后驱车也没有中间的凸起,因为上世纪50年代之前无论是轿车还是越野车都是采用非承载式车身,也就是说都有大梁,以大梁的刚度并不怕传动轴转动时对车身造成的扭曲;如下图所示,后驱车传动轴转动时的方向恰恰就是在拧车身,而随着发展产生了承载式车身,从这时开始车身既要承受发动机、路面所以带来的扭力,还要起到装载的作用。

承载式车身逐渐成为主流之后,车身就要直接面对传动轴扭矩所产生的扭曲,所以一定要保证足够的刚度,这就是为什么重卡急加速时车头会跳的原因,因为经过变速器放大后的传动轴转矩已经快突破了车头自重的压制,而这种问题后驱车也会面临,因为无论是过去还是现在,后驱车的动力普遍要比前驱车更好,当然最近这些年因环保要求产生的超低功率增压版本车型另当别论。

承载式车身的逐渐进化汽车工业总是在不断发展的,承载式车身在安全、美观、成本方面得到长足进步,最初的凸起仅仅是为了缓解后驱、四驱车型传动轴对车身的扭曲,而随着发展这种设计还可以容纳传动轴、排气系统,让底盘看上去更为美观,各位可以对比过去那种外悬的排气管是不是比现在内嵌式的排气管更难看?所以这种设计也就逐渐成为了各大车企的一种共识。

尤其是在模块化造车理念普及之后,不可能为同款车甚至多款车的不同配置打造多个不同的车身,比如奥迪a6两驱、四驱版本,四驱作为品牌的图腾,而两驱车型则更走量赚取更多的利润,给两个版本开发两个车身显然不划算,所以一套车身应对全系车型的理念就成为了主流;现如今即便是前驱车后排中间大都有凸起(如上图所示),只是比后驱的凸起要小一点。

对于前驱车而言动力也是越来越大,所以运行中对车身的影响也不可忽视,而这种设计既能提高车身刚度,又能容纳排气管,所以何乐而不为呢?如上图所示阿斯顿马丁VH的车身结构,传动轴外部被金属桁架包裹,下图中这个马自达mx5的传动轴同样采用了这种设计;用独立的金属桁架结构直接连接前端的变速箱与后桥的差速器,传动轴运转时产生的扭转由金属桁架承受。

而不会对车身造成影响,由此可见后驱车的传动轴的确会对车身产生扭曲的作用,所以利用车身底部的折痕构架出加强筋的结构就很重要了,这也是现如今无论前驱、后驱甚至纯电车型的车身后排中间大部分都有凸起的原因,从表面上看是为了容纳传动轴、排气系统,而本质就是增加车身刚度;原理很简单金属板和纸片一样,每增加一道折痕就等于增加一条加强筋。

第二排过道隆起设计将要被淘汰,未来的电驱车基本都会做到纯平概述:

排气管传动轴结构加强很多乘用车型(轿车/SUV)的后排底盘中间都有隆起,会这么设计的原因主要是上述三点。

前驱汽车理论上不需要这种设计,因为驱动系统集中于车头,直接驱动的是前轮;整个车身包括后轮都是被“拉着跑”的,传动系和底盘没有什么关系,但是排气系统总还是存在的,这条长长的排气管必须有地面保持足够的距离。

从排气歧管开始,尾气温度能有上千摄氏度,颗粒物捕捉器、三元催化器、中段消音器的温度都极高,动辄数百摄氏度;只有到后面的消音器经过冷却隔板排出后的尾气才会低一些,但也有几十度。

试想排气管如果接近地面会怎样?

毫无疑问,地面会被高温的排气管烤化,沥青路面融化后的感觉都有体验过吧;其次则是高温排气管一旦接触到易燃物,车辆起火的概率就会非常高。轿车的最小离地间隙一般只有150毫米左右,部分轿跑车的离地间隙只有100毫米上下;如果底盘是纯平的,排气管就会几乎贴在地面上。

所以排气管必须往上升,升高的方式就是在底盘上设计出隆起的结构,下面的凹槽用于容纳排气管;排气管和底盘中间要加隔热瓦,否则车内底盘的地垫和坐垫会被烤糊。

前置后驱汽车的凹槽不仅要容纳排气管,同时还要布局传动轴;前纵置发动机的飞轮朝向后桥,连接的是圆筒形状的纵置变速器,变速器末端连接后传动轴到后桥,在通过差速器和半轴驱动后轮;四驱汽车在变速器末端加装分动箱,多出连接前桥差速器的传动轴。

传动轴需要保护,不能在托底时轻易的碰撞到,否则车辆的使用成本会相当的高,于是就都采用了这种凹槽布局的设计。

离地间隙足够大、前置前驱,这样的组合似乎就不需要设计凹槽了吧。

事实上确实不需要,所以有些内燃机车的后排都能做到纯平了,MPV基本都是纯平;但是有些车辆还是会这么设计,因其车身材料的强度可能不够高,于是就要通过几何结构来提高车身的整体抗扭强度。一张平整的纸板可以从两端往中间轻易的掰弯,但是在中间位置折叠出方向的隆起结构后,再从两端折叠就很难折弯了;中排的凸起就是用这种方式提升结构强度,有些车辆需要这么做。

未来的电驱汽车不需要隆起的结构设计,因为车身强度可以足够高,发动机(驱动电机)不需要排气也没有高温,甚至于连变速器都不需要;实现四驱也只是在前后桥各安装驱动电机,中间部分完全没有影响。

可是不需要隆起的结构来加强车身吗?

正确答案是不需要,因为现在有动力电池组与车身融为一体的技术,有些电芯的结构强度很高,成组之后的电池包总成的强度也非常高,感觉就像是和底盘差不多大的铁块;那把这种电池包设计到底盘上,用于承受各个角度的扭转作用力,车身强度自然就足够高了;而在电池包之上只需要加一些用于加固的横梁,这对于后排底盘的平整度不会有任何影响。

所以这种设计已经淘汰,未来的车辆不会有这个问题了。

编辑:天和Auto-汽车科学岛

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