هيكل السيارة باختصار: الفرق بين “البودي أون فريم” و”يوني بودي” و”المونوكوك”

تختلف طرق تصنيع هياكل السيارات، ويتحكّم بذلك المطلوب من المركبة وتكلفة السيارة الإجمالية. واختصارًا هناك ثلاث طرق رئيسية لتصميم هياكل السيارات: الجسم على قاعدة Body-on-Frame، والجسم الأحادي Unibody، والهيكل الفراغي Spaceframe. لكل منها طبعًا مزايا وعيوب نستعرضها هنا ونوضّح بالأمثلة.

1. الجسم على قاعدة Body-on-Frame

هذه هي أقدم طريقة لتصميم السيارات وأحدثها أيضًا! يعود الأصل إلى تصميم العربات التي تجرها الخيول.، فيتم تركيب هيكل السيارة على إطار منفصل، وللعلم فما زالت هذه الطريقة شائعة في سيارات الدفع الرباعي الكبيرة والشاحنات والحافلات، بل وفي السيارات الكهربائية الحديثة أيضًا، إليكم التوضيح أدناه.

هناك ست طُرق مُختلفة لتثبيت الهيكل على قاعدة مُختلفة، أبسطها القاعدة السُّلَّميَّة Ladder frame؛ وهي عبارة عن قضبان طولية متناظرة متصلة بأخرى عرضية فيما يشبه السلم، وهذا هو التصميم المُستخدم في معظم الشاحنات الخفيفة وسيارات الدفع الرباعي الكبيرة وجميع الشاحنات المتوسطة والثقيلة تقريبًا، مثل جيب جلادياتور (شاهد التجربة) وإيسوزو دي ماكس (شاهد التجربة) وغيرها.

القاعدة اللَّوحية Skateboard chassis، إنها أحدث طريقة لصنع السيارات الكهربائية، فمع وجود بطارية ضخمة في موقع مُنخفض من السيارة، مع صندوق قوي يحميها، كان بديهيًا أن يُدمج صندوق البطارية ليُصبح جُزءًا من الهيكل ويُضيف لمتانته. ولتقليل تكاليف الإنتاج والتطوير، أصبح تطوير قاعدة لوحيَّة واحدة مع نظام التعليق والمحركات الكهربائية دفعة واحدة أمرًا منطقيًا، خصوصًا مع إمكانية استخدامها في عدّة مركبات – بعد تغيير الجسم فوقها طبعًا.

هناك أمثلة عديدة لمركبات تعتمد القاعدة اللَّوحية (يترجمها البعض تسمية Skateboard بـ لوح التزلّج، ولكن نعتقد أن استخدام مصطلح قاعدة لوحيّة أفضل. ومن الأمثلة على القاعدة سيارات تسلا موديل S وY وX و3 ، وقاعدة E-GMP المُستخدمة على نطاق واسع في سيارات هيونداي وكيا وجينيسيس، وقاعدة MEB في مجموعة فولكس واجن، وقاعدة SEA في مجموعة جيلي وغيرها.

الطريقة الثالثة، محدودة الاستخدام؛ تُسمّى قاعدة العمود فقري Backbone chassis وفيها تتصل القاعدة بإطارات نظام التعليق الأمامي والخلفي. الأمثلة هُنا قديمة، بالمُجمل، ومنها تاترا T11 للعام 1923 وسيمبليشيا للعام 1909 وروفر 8hp للعام 1904، ولكن حتى الآن تستخدم بعض شاحنات تاترا الثقيلة هذا الأسلوب حتى الآن.

الأسلوب الرابع هو القاعدة المنصة Platform frame؛ ألواح في أسفل المركبة يدعمها إطار، ومن الأمثلة الشهيرة سيارة فولكس واجن بيتل، وسمّت نظامها “جسم على حوض Body on pan”، أما مرسيدس فسمّته “الأرضية القاعدة Frame floor”

يتبقى لنا قاعدة اكس X-frame التي استُخدِمَت في الخمسينات، واتضح أنها لا توفر حماية جانبية، وأسلوب الإطار المحيطي Perimeter frame الذي استبدل قاعدة اكس ولكن توقف إنتاجه مع فورد كراون فيكتوريا للعام 2012.

مزايا وعيوب الجسم على قاعدة Body-on-Frame

المزايا:

• سهولة تعديل الجسم فوق القاعدة، ونرى ذلك واضحًا في عديد من الطرازات التي تظهر كثنائي بيك أب وسيارة خدماتية رياضية، مثل ثنائي تويوتا فورتشيونر وهايلوكس.
• قدرة عالية على التحمل، خاصة في الظروف القاسية والتضاريس الوعرة.
• انخفاض تكلفة الإنتاج.
• سهولة إصلاح الأجزاء التالفة.

العيوب:

• وزن أكبر، مما يؤدي إلى استهلاك أعلى للوقود.
• راحة أقل عند القيادة على الطرق الممهدة.
• صعوبة تطبيق بعض عناصر الأمان الحديثة مثل مناطق التشوه – المناطق المخصصة لتشتيت قوة الاصطدام “crumple zones”.

2. الجسم الأحادي Unibody

هذه هي الطريقة الأكثر انتشارًا في السيارات الحديثة، ومنذ عدّة عقود فعليًا، وكانت لانسيا لامبدا أول من استخدمها عام 1922. يتم هُنا دمج أجزاء من الجسم والقاعدة السفلية معًا، وتُضاف أنابيب وحواجز متباينة الأشكال لتوفر معظم الصلابة وتُقلل الوزن الكُلِّي للمركبة. وفي الحقيقة، لا ينحصر استخدام الهيكل الأحادي لسيارات الركوب العادية الصغيرة، فالمزايا العديدة جعلت من الهيكل الأحادي خيارًا ممتازًا للسيارات الكبيرة والفاخرة أيضًا.
يعتمد مُعظم خبراء السيارات تسمية “كروس أوفر Crossover” للسيارات المُرتفعة المصنوعة بالجسم الأحادي Unibody، وتسمية “خدماتية رياضية SUV” للسيارات المرتفعة المبنية على قاعدة منفصلة Body-on-Frame، (المزيد عن ذلك عبر الرابط هنا).
من الأمثلة على هذا النوع من الهياكل: مرسيدس ايه كلاس بنسختيها السيدان والهاتشباك، والكروس أوفر تويوتا كورولا كروس والكبيرة الفخمة رولز رويس كولينان والبيك أب هيونداي سانتا كروز

مزايا وعيوب الجسم الأحادي Unibody

المزايا:

• وزن أخف وكفاءة أفضل في استهلاك الوقود.
• سلامة أفضل بسبب تصميم الهيكل مع مناطق خاصّة للتشوه عند الحوادث.
• تحسين جودة القيادة والثبات على الطرق.
• تحسين العزل الصوتي.

العيوب:

• تكلفة إصلاح أعلى في حالة الحوادث.
• قدرة أقل على التعامل مع الأحمال الثقيلة مقارنة بتصميم الجسم على قاعدة.

القشرة الأحادية Monocoque

مونوكوك هي كلمة فرنسية معناها قشرة واحدة، فقوة الهيكل تأتي من “القشرة” الخارجية بأكملها. وفي عديد من الأحيان نقول على هذا النوع هيكلًا أحاديًا، فهو في النهاية نوع مُتقدم من الهيكل الأحادي Unibody.
يتم هُنا تصميم هيكل السيارة كوحدة متكاملة تساهم في القوة الهيكلية للسيارة، وهذا التصميم شائع في السيارات الرياضية، ولدينا عديد من الأمثلة هُنا.

مزايا وعيوب القشرة الأحادية / مونوكوك Monocoque

المزايا:

• وزن أخف وقوة هيكلية أعلى.
• تحسن كبير في الأداء والتسارع.
• كفاءة في استهلاك الوقود لانخفاض الوزن.

العيوب:

• تكلفة إنتاج أعلى.
• صعوبة في الإصلاح بعد الحوادث الكبيرة.

3. الهيكل الفراغي Spaceframe

عدد من الأنابيب الصغيرة والقصيرة التي تركب معاً عن طريق اللحام ، تكمن صلابتة في طريقة تركيبه وليس لكثافة المادة الصلبة فيها. إنه إطار هيكلي ثلاثي الأبعاد، أما ألواح الجسم الخارجية فوظيفتها محدودة أو حتى معدومة.
يتم هُنا تصميم أكبر عدد ممكن من المُثلثات بُغية تحقيق أقصى قدر من الصلابة وتقليل الوزن، وبحيث تكون جميع القوى في كل دعامة إما شد أو ضغط، ولا تنحني أبدًا، لذلك يمكن الحفاظ عليها رقيقة قدر الإمكان. ولدينا هنا بعض الأمثلة.

مزايا وعيوب الهيكل الفراغي Spaceframe

المزايا:

• قوة هيكلية أعلى من جميع الهياكل الأخرى.
• أفضل نسبة بين الوزن والصلابة.
• تحسن كبير في الأداء.
• الخيار الأفضل لسيارات السباق.

العيوب:

• تكلفة إنتاج أعلى لعدم إمكانية صنعه دون تدخل العنصر البشري.
• يحتاج وقتًا طويلًا لإتمامه، ولذا لا يُصنع على نحو واسع لسيارات الركاب.
• يحتاج الحيز الداخلي وجزء من المدخل إلى المقصورة ليكون صلبًا بما يبرر التكلفة، وبهذا يكون الدخول للمقصورة صعبًا.