機車車架:鑽石形、單脊梁、搖籃式、環抱式(雙翼梁)
機車的車架就像是汽車的底盤,對操控性能產生很大的影響,車架基本上決定了車輛性格的大方向,就算你用上最高檔的歐老師,也只是在既有的性格上進化。
機車車架形式有非常多種,在英文資料上,也有很多不同的分類法,翻譯成中文後又衍生了更多的說法,造成網路討論上的激戰點。
以下主要是根據英文版WiKi的分類,並用台灣比較常用的名詞與例子,來做一個介紹。大家也就不用太拘泥於這些名詞,只要知道設計重點就好了。
機車車架示意圖。大部分機車車架固定著前後懸吊、引擎、變速箱、油箱與副車架,也有很多機車的車架與副車架是結為一體的。
哪種車架比較好
先說說山葉三兄弟的故事好了
YAMAHA 600cc等級,以前有著三兄弟,三者基本機械架構相近,引擎基本上是同一顆但調教設定不同,卻造就了三輛騎乘風格迥異的車。
老大R6,身為600cc仿賽車唯一的高轉速引擎代表,原廠設定當然瞄準了賽道騎乘,因而採用了鋁合金環抱式車架,高性能懸吊,承襲了YAMAHA優良的轉向能力。
老二FZ6,中量級街跑開創者,原廠著重在時速70公里左右的山道騎乘,雖然也採用鋁合金環抱式車架,但車架看起來明顯沒有R6粗壯,配上反應柔和的懸吊與煞車,讓FZ6在山道上不會帶給騎士壓力,展現出400cc等級的靈活性。
老三XJ6,是極少數為了城市街道騎乘設計的中量級車輛,同樣採用了環抱式車架,但不是鋁合金材質,而是鋼管加鋼板製成,副車架與主車架結為一體,更特別的是後搖臂樞軸,是如同單脊梁與單搖籃車架般,固定在車架外側,是三兄弟裡面車架最「軟」的一員。軟性的設定,讓轉向靈敏輕快,非常適合在城市裡遊走,在中高速或加減速時也沒有不安定感。
三輛車都是採用傳說中有著「高剛性、操控保證」的環抱式車架,卻有著不同的設計與材質,配合不同的引擎、懸吊、煞車設定,讓三者在分別在賽道、山道、街道中能充分發揮。
三兄弟的身世告訴了我們,並沒有哪一種車架是最好的,都是原廠針對不同的騎士需求,做出最佳化的設計。
以現在世界一線大廠的實力,加上電腦輔助設計的進步,許多如上面XJ6那樣的「混種」車架設計陸續出現,一般的車架分類顯得沒那麼重要哩,只是讓我們在騎乘之前,對於原廠的設定,有一點點粗淺的認知罷了。
MT-07的車架,就長的非常「混種」,各種車架的特徵好像都有一點,也有一些獨創的設計。什麼是車架
機車車架是連結前後懸吊、引擎等設備的構造。
如果用常理判斷,可能會覺得車架剛性越高越好?!實際上車架太過死硬,車子的加減速穩定性會很好,但騎起來會有笨重感;車架過軟,騎乘感會很輕快靈活,但穩定性就較差。
當然會影響騎乘感的不只是車架,包含引擎特性、懸吊設定,甚至連輪胎的影響都很大,不可能單從車架去決定一輛車的性格。
原廠就是在穩定性與靈活性這兩個端點,依據車輛的企畫、車廠的目標,來調整各個部件,決定車輛的性格。
原廠「調配」各個部件決定了車輛的性格,但騎士還是可以透過改裝來改變,一般最常做的就是懸吊、煞車系統、輪胎與輪框的改裝,只有賽車車隊才會對車架下手修改。不過YAMAHA(Y'S Gear)有推出車架阻尼器Performance Damper,可以減少震動外,並可增加穩定性、減少些許靈活性。從這個小零件上,我們也可以得知車架是有充分彈性的,可以靠一根小小的阻尼棒來修改。
車架的發展
常有人說機車的車架是從腳踏車架演變而來的,這句話只能算是對一半。世界上第一輛機車的車架,是雙搖籃式車架,不是腳踏車上面市佔率最高的鑽石形車架。
公認的世界上第一輛「機器腳踏車」:1885年的Daimler Reitwagen。那時候內燃機比較大台,於是採用木製的雙搖籃車架,還附有輔助輪,看起來轉向性能不會太好。(圖片來源:Mercedes-Benz AG)
鑽石形車架
1900年代機車越來越多,很多機車是腳踏車裝上引擎而來的,造就了機車的英文:「motor」加「bicycle」。下圖的Indian與Harley Davidson,車架就是腳踏車的鑽石形車架。
Indain的共同創辦人Oscar Hedstrom與1901年份原型機車。(圖片來源:Indian Motorcycle) 1908年,Walter Davidson騎乘哈雷贏得耐力賽的合影。上面兩張照片中的機車,都可以看出濃濃的腳踏車味道。(圖片來源:Harley-Davidson Museum) 上圖橘色部位就是車架,可以看成是兩個三角形組合成的菱形結構,三角形結構是最穩定的構造,重量又相對較輕。這種車架已經用在腳踏車上一百多年了,基礎設計幾乎沒有啥變化,只有材質從鐵管,一路進化成現在的碳纖維複合材質。(圖片來源:捷安特)因為這是最穩定的構造,因此除了單脊梁式車架外,其他型式的車架可以說都是從鑽石形車架演變而來。
單脊梁式車架Backbone
車架中的「脊梁」,就是指夾在引擎上面那一根縱梁,這根縱梁再跟一個中柱結合,成為一個倒L形的結構,前端連接前叉,後端連接副車架與後搖臂,引擎吊在橫梁下面。
Honda MSX125採用的就是脊梁式車架,從上圖可以看到引擎後方、後上方與車架相連,前叉的頭管部位只有與縱梁相接。MSX的短軸距與小車體,採用此結構就可以符合需求,並達到輕量化的效果。
單搖籃式車架Single cradle
台灣常見的野狼、金勇、KTR、雲豹等,都是單搖籃式車架。
金勇就是非常典型的單搖籃式車架搖籃式車架跟單脊梁式車架最大的差別,就是車架多了下管,引擎像是被車架環繞起來,如搖籃般抱住引擎。但要注意的是,很多單搖籃式車架,引擎下方卻沒有車架結構,而是將引擎設計成剛性結構的一部份,因此並不需要那根環抱的圓管。
金勇的車架與單搖籃車架示意圖,可以看到搖籃「斷掉」了,車架下方並沒有相連的鋼管,直接拿引擎來當結構的一部份。有些車架也像上圖那樣少了下方結構,卻分類為單脊梁式車架,最主要的差別在於搖籃式車架的主要引擎固定點,都是在引擎本體,也就是引擎下方的位置。
在wiki裡面,CB600F的車架是歸類在單脊梁式車架。單搖籃車架成本低、重量相對也輕,很適合中小排氣量的的車,台灣大部分125~150cc等級的檔車都是採用這種車架設計(註1),你可以在山上見到忍辱負重的野狼125在產業道路打拼、在市區看到掛滿瓦斯鋼瓶的金勇(註2)在大街小巷穿梭,就知道這種設計有多好用了。
註1:台灣125~150cc等級的檔車,大多採用此車架的原因,也有很大一部份是因為好用的CG引擎,光陽自己就用在很多車款上了,其他車廠如哈特佛、CPI、宏佳騰等也都拿去用,引擎一樣,車架自然也一併沿用了。
註2:載瓦斯機車界的扛霸子,原本是雄獅或B1的天下,但二行程停產已久而逐漸凋零,商用車目前為光陽金勇獨霸的局面。
半/全 雙搖籃式車架(Half/Full)Duplex cradle
雙搖籃式車架,就像是YAMAHA愛將那樣,引擎下方的搖籃有兩個,所以叫雙搖籃式車架。
至於前面的「半/全」,是指引擎上方的脊梁是一根還是兩根,一根脊梁稱為「半」,兩根脊梁叫做「全」。
這種車架可以裝上更寬、更大顆的引擎,因此比較常在中高排氣量的車種上見到。
愛將的車架,就是半雙搖籃車架。這種車架值得注意的是頭管與後搖臂樞軸結構。
頭管是車架設計的最大重點,雙搖籃與下面要說的環抱式車架,頭管部位有更多的支撐結構,可以換取更好的剛性,以對應更深的轉彎傾角。
其次,絕大部分單脊梁跟單搖籃車架的後搖臂樞軸,都是鎖在車架外側(註),彈性比較好;雙搖籃的後搖臂樞軸是鎖在車架裡面,能有更為穩固的連結。
單搖籃車架,後搖臂是固定在車架外側。(光陽豪爽)單搖籃車架,後搖臂是固定在車架外側。(Honda Monkey)
雙搖籃車架,後搖臂是固定在車架內側。(YAMAHA 愛將)
以現代車廠的技術而言,這兩種設計沒有好壞的分別,只是車廠針對不同需求所做的設定罷了。
註:也有單搖籃車架在後搖臂樞軸部位,再額外鎖上固定架,以增加剛性。
環抱式車架Perimeter(雙翼梁)
環抱式車架就是大部分仿賽車的那種車架。主要是指引擎上方有兩根縱梁,從車輛上方來看,像是一個蛋形,左右環抱著引擎。
YAMAHA YZF R1的鋁合金環抱式車架這種車架算是仿賽、街跑重機最常採用的車架,除了結構上的優點外,這種車架不會擋到引擎上方,更有利於安裝集氣箱、噴油系統,甚至於電池之類的設備。
一體式車架Monocoqueu
這幾年DUCATI跟Kawasaki常用這個名詞,雖然也是環抱式車架,但車架還擔負著其他任務,例如扮演集氣箱、電瓶箱的工作。
脫光光的Kawasaki GTR1400 與長相奇特的Monocoqueu車架不過我認為將這種結構發揮到極致的,應該是Buell的車,其獨特的IRC (Intuitive Response Chassis) 直線式車架,拿車架當油箱用,連後搖臂都兼任機油箱,造就出體重只有不到170公斤的1200cc級車款,輕量化幅度驚人哩!
Buell Lightning XB12S,注意它的車架與後搖臂是完全直線化的設計。車架的外型設計與材質
剛開始騎車的時候,說實話對車架沒啥概念,第一次注意到車架,是將近30年前的某天等紅燈時,停在隔壁的一輛Aprillia RS125,那亮晶晶的拋光鋁合金環抱車架,吸引周遭所有人的目光,根本沒人在看紅綠燈跟檳榔西施!
雖然只是125等級,但有著優美線條的鋁合金車架與後搖臂,尤其那拋光的質感,一直在放閃!義大利車對美感最為要求,車架也細細雕琢,最著名的當然就是桁架結構環抱式車架(以下簡稱桁架環抱式車架),以鋼管彎曲成環抱式形狀,用鋼管形狀、厚度與桁架結構來調整車架剛性,呈現出純粹的結構美!
這種車架用最兇的當然首推Ducati,有別於日本車常有的黑色車架,DUCATI有時還將車架噴成紅色來招搖一下,就是要讓桁架結構成為注目的焦點。
2007 Ducati Monster S4R這二十年幾年來,Ducati各車種的頂級車款,一定有這火紅桁架環抱式車架與金光閃閃歐老師的組合。下圖是最新的Monster 1200s,雖然也用上了無車架設計,但那頭管支架還是要做成桁架,而不是仿賽車1199版本的鋁合金,算是想要延續傳統的構型吧?!就像Triumph Bonneville的電子噴射系統外觀要做得像化油器一樣。
2019 Ducati Monster 1200S日本車喜歡用貼紙塗裝來妝點車子,歐洲車則是喜歡用結構美來直接呈現。
如KTM就算是單缸車,也要有橘色亮眼的桁架環抱式車架;Aprillia 與Benelli是結合桁架與鋁合金結構,做出另一種機械美感。
KTM這輛Duke 390的車架塗裝,為我們清楚標示著:橘色是車架,白色是副車架。歐洲人是有多愛桁架式車架啦?!此外,可以注意到車架用上了長橢圓形斷面的鋼管來調配剛性。也有鋼管與鋁合金合體的設計,利用不同材質的特性來調配剛性與重量。圖為 Aprillia Shiver 900。
日本車秉持著學習別人優點並加以改良發揚光大的精神,也有車用上了桁架環抱式車架,如Honda VTR 250,這輛V2缸引擎配上桁架環抱車架,不說也知道在向誰「致敬」
台灣重機市場剛開放的時候,Honda 在250cc等級有兩輛好車,Hornet 250與上圖的VTR 250。Hornet是採用四缸高轉速引擎,標準的日本科技仔,而VTR就是很歐化的設計,騎起來不快但很有味道,可惜當初進口的數量很少,現在應該沒剩幾輛了。比較特殊的是Suzuki的SV 650,也是V2配上桁架環抱式車架,但大家的桁架式車架都是鋼管做的,只有SV是鋁合金做的,給人很大的視覺衝擊啊!
Suzuki SV 650,有著非常特殊的鋁合金桁架環抱式車架。 改款之後,Suzuki SV 650換上比較正常的鋼管桁架環抱式車架。
最早成名的鋁合金環抱式車架,應該首推YAMAHA的DeltaBox,還特地取了個名字來行銷宣傳這車架,那時總覺得有了DeltaBox,都可以跑得比別人快,但事實證明:只有被偷的比較快,沒辦法,太潮了。
最早用鋁合金車架是SUZUKI,但名聲最響亮的應該是YAMAHA的DELTABOX,1982年在工廠賽車YZR500(0W61)上採用鋼製DELTABOX,次年的廠車0W70上進化為鋁合金版本DELTABOX,市售車則是啟用1985年的TZR250上,車架上還有小小的「DELTABOX」貼紙哩。 FZR 150是五、六年級生的夢幻車之一,車架上頭也有DELTABOX幾個大字, 不過TZR的DELTABOX是鋁合金的,國產FZR150的DELTABOX是鋼板衝壓焊接成型的。
鋁合金環抱式車架逐漸成為日本仿賽與部分街跑的標配,但也只注重在功能性上,一直到了21世紀,才逐漸重視美觀,始作俑者也還是YAMAHA,用CF鑄造技術做出如雕塑般的車架外型,讓日本車終於開始擺脫貼紙,直接用機械構造來呈現美感。
CF技術的優勢是可以鑄造出複雜的構造、調配細部的厚度與形狀,並減少金屬中的空氣殘留,讓車架剛性設計可以更為優化。
CF技術鑄造的車架。YAMAHA的鋁合金鑄造技術一直都很出名、造型設計也很常得獎,才有辦法、才會想花心思去創造出這般兼顧性能與造型的結構。上圖可以看出車架內部複雜的結構,讓剛性分布與重量上都達到很好的效果。引擎車架
還有一些車並沒有所謂的「主車架」,這種車的前叉頭管、後搖臂、副車架等結構,都是鎖在引擎上,因為這種特徵,我暫時稱它為引擎車架好了。
雖然現代機車中,引擎本來就被設計為結構的一部份,但像這種直接把引擎拿來當車架的車,還是非常少數。
BMW R1150系列的構造。 Ducati 1199,也是沒有車架的設計,連後避震器都是鎖在汽缸上,而看起來像是車架那塊物體,只是連結前叉的頭管結構,並不是傳統上定義的車架。
騎這種車需祈禱引擎要乖乖的,不然修個引擎,整輛車要拆光光。
速克達(scooter)車架
速克達也有悠久的歷史,目前大家熟悉的速克達構型,主要是源自將速克達發揚光大的Vespa(台灣稱為偉士牌)。
設計Vespa的設計師原本是設計飛機的,這點從Vespa的流線型外型與前懸吊系統可以看得出來,這位設計師很討厭機車,尤其討厭會亂噴機油的引擎與腳開開的騎乘姿勢,最後設計的成品就是可以解決這些問題的Vespa啦!
1946年的Vespa 98,已經很像大家印象中的偉士牌了。
Vespa的車殼是金屬製的,車架就是這副車殼,也算是前面提過的一體式車架(Monocoqueu)。
台灣沒事就愛改款換外型的速克達,是不可能用上金屬車殼車架,再加上台灣特殊的「停車習慣」,用金屬車殼根本就是找X,常見的速克達都是採用鋼骨車架披上塑膠外殼這種組合,因此也常常稱速客達為塑膠車。
這應該是台灣特產之一的「打拼機車」,可以看出速克達車架的「堅實剛性」。
也因為這種使用需求,設計出類似U型的車架外型(縱向剛性不強);單一三角台加上小車輪(穩定性不優);由引擎與變速箱組成的後搖臂(簧下重量太重),使得速克達一直跟「運動性能」沾不上邊。
但是,比拼速度好像是人類的天性,連大卡車都有人搞賽車了,重視日常實用機能的速克達,一定也可以變成運動員的!
YAMAHA聽到大家的心聲,推出公認的第一輛運動型速克達:T-Max,台灣代號「T媽媽」。
T媽媽推出後大獲好評,第二代T媽媽再接再勵,竟然用上了全鋁合金車架!
還是有改裝廠聽到了這個心聲,讓速克達也展現出機能美。上圖為RSD所推出的爆改T媽媽,除了車架這個重點之外,大家可以仔細看看那重新打造的副車架。
說真的,要不是有上面那一張T媽媽的裸照來比對,還真認不出來這一輛車的真實身份!
大哥你的文章都好專業
回覆刪除請問你都怎麼學習這些知識的呢
還是說你在汽機車產業界工作呢
我的本業是設計跟攝影,哈哈哈!
刪除這個網誌算是我自己DIY維修保養車輛的心得筆記。
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