کاربرد شاسی در خودرو، جنس و انواع آن

شاسی ( Chassis ) به‌عنوان ستون فقرات خودرو شناخته می‌شود و نقش اساسی در استحکام، ایمنی و کارایی آن ایفا می‌کند. در واقع، شاسی یک چارچوب اصلی فلزی است که کلیه اجزای مکانیکی و بدنه خودرو بر روی آن نصب می‌شوند. شاسی وظیفه دارد نیروها و تنش‌های وارد شده از سوی موتور، سیستم انتقال قدرت، تعلیق، ترمز و همچنین ضربات ناشی از جاده یا تصادف را به‌طور متعادل توزیع کند.
در ادامه این مطلب از مجله اینترنتی خودروآموز، به بررسی کاربرد، جنس و انواع شاسی در خودرو می پردازیم.

کاربرد و اهمیت شاسی

از منظر مهندسی، وجود شاسی موجب می‌شود تا خودرو دارای یک ساختار پایدار و مقاوم باشد که در برابر پیچش، خمش و ارتعاشات ناشی از حرکت، پایداری خود را حفظ کند. این ویژگی نه‌تنها به افزایش ایمنی سرنشینان در هنگام حادثه کمک می‌کند، بلکه باعث بهبود کیفیت رانندگی، کاهش نویز و لرزش و افزایش طول عمر قطعات نیز می‌گردد.
علاوه بر این، شاسی امکان طراحی متنوع بدنه و نصب سیستم‌های مختلف را فراهم می‌سازد و به خودروسازان این قابلیت را می‌دهد تا بر اساس یک پلتفرم واحد، مدل‌های گوناگون تولید کنند. به همین دلیل، شاسی یکی از پایه‌های اصلی نوآوری و توسعه در صنعت خودروسازی محسوب می‌شود.
به‌طور خلاصه، بدون وجود شاسی محکم و مهندسی‌شده، امکان دستیابی به ایمنی بالا، راندمان مطلوب، راحتی سرنشین و تنوع در طراحی خودرو وجود نخواهد داشت و اهمیت آن در فرآیند تولید خودرو غیرقابل انکار است.

جنس شاسی

جنس شاسی در خودروها یکی از عوامل کلیدی در ایمنی، استحکام، وزن و کارایی کلی خودرو است. انتخاب جنس شاسی بر اساس نوع خودرو ( سواری، آفرود، سنگین، مسابقه‌ای و … ) و هدف طراحی آن متفاوت است. در ادامه به مهم‌ترین جنس‌های مورد استفاده اشاره می‌شود:

۱. فولاد ( Steel )

پرکاربردترین جنس شاسی در خودروهای سواری و سنگین محسوب می شود. به دلیل استحکام بالا، هزینه تولید کمتر و مقاومت در برابر ضربه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در خودروهای مدرن از فولاد با استحکام بالا ( High Strength Steel – HSS ) یا فولاد فوق‌مقاوم ( Ultra High Strength Steel – UHSS ) برای افزایش ایمنی و کاهش وزن استفاده می‌گردد. عیب فولاد وزن نسبتاً زیاد آن است که باعث افزایش مصرف سوخت می‌شود.

۲. آلومینیوم ( Aluminum )

سبک‌تر از فولاد و در عین حال دارای مقاومت مکانیکی قابل قبول است. در خودروهای لوکس، اسپرت و برقی به‌طور گسترده استفاده می‌شود ( مثل آئودی A8 و جگوار XJ ).
کاهش وزن خودرو، بهبود شتاب، کاهش مصرف سوخت و کنترل بهتر از مزایای آن است. عیب های آن قیمت بالاتر، نیاز به فرآیندهای جوشکاری و شکل‌دهی پیچیده‌تر است.

۳. آلیاژهای منیزیم ( Magnesium Alloys )

فوق‌العاده سبک‌تر از آلومینیوم است. بیشتر در خودروهای مسابقه‌ای و قطعات خاص شاسی استفاده می‌شود. ویژگی خوب آن کاهش چشمگیر وزن است. اما شکنندگی و مقاومت کمتر در برابر ضربه و همچنین هزینه تولید بالا دارد.

۴. فیبر کربن ( Carbon Fiber )

بسیار سبک و در عین حال فوق‌العاده مقاوم است. عمدتاً در خودروهای سوپر اسپرت و مسابقه‌ای ( مثل مک‌لارن و لامبورگینی ) به کار می‌رود. وزن بسیار کم، استحکام و مقاومت پیچشی بالا از ویژگی های برجسته آن است. ایراد آن هزینه بسیار زیاد تولید و تعمیر سخت است.

۵. ترکیب مواد ( Hybrid Structures )

در خودروهای مدرن، معمولاً از ترکیب فولاد، آلومینیوم و کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود تا توازن میان استحکام، وزن و هزینه برقرار گردد. به عنوان مثال، شاسی‌های مونوکوک مدرن اغلب دارای فولاد مقاوم در نواحی ایمنی و آلومینیوم در قسمت‌های سبک هستند.

جمع‌بندی

جنس شاسی در خودروها بر اساس اولویت‌های طراحی انتخاب می‌شود:

• فولاد برای دوام و هزینه کمتر.
• آلومینیوم برای سبک‌تر بودن و کارایی بیشتر.
• فیبر کربن و منیزیم برای خودروهای خاص و مسابقه‌ای.
• ترکیب چند ماده برای ایجاد بهترین توازن در خودروهای مدرن.

انواع شاسی

شاسی در خودروها بر اساس ساختار طراحی و کاربرد به چند گروه اصلی تقسیم می‌شود. هر نوع شاسی ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارد و انتخاب آن بستگی به نوع خودرو ( سواری، آفرود، مسابقه‌ای یا سنگین ) و هدف تولید دارد.

۱. شاسی نردبانی ( Ladder Frame )

قدیمی‌ترین و ساده‌ترین نوع شاسی است. شبیه نردبان ساخته شده و شامل دو تیر طولی موازی با تیرهای عرضی متصل‌کننده است. در خودروهای سنگین ( کامیون، اتوبوس ) و شاسی‌بلندهای آفرود مثل تویوتا لندکروز کاربرد دارد.
مزایا: استحکام زیاد، تحمل بار و ضربه، تعمیر آسان.
معایب: وزن بالا، هندلینگ ضعیف‌تر نسبت به شاسی‌های مدرن، مصرف سوخت بیشتر.

۲. شاسی مونوکوک ( Monocoque یا Unibody )

در این نوع، بدنه و شاسی به صورت یکپارچه طراحی می‌شوند. بیشترین استفاده آن در خودروهای سواری مدرن است. بیشتر در خودروهای شهری و اسپرت مانند پژو ۲۰۶، بی.ام.و سری ۳ به کار می‌رود.
مزایا: وزن کمتر، ایمنی بیشتر، هندلینگ بهتر، مصرف سوخت پایین‌تر.
معایب: تعمیر سخت‌تر در تصادفات شدید، تحمل بار کمتر نسبت به شاسی نردبانی.

۳. شاسی نیمه مونوکوک ( Semi-Monocoque )

ترکیبی از شاسی نردبانی و مونوکوک است. بدنه و شاسی به صورت یکپارچه نیستند، اما بخش‌هایی از ساختار تقویت شده‌اند. این نوع شاسی در برخی کراس‌اوورها و وانت‌های سبک به‌کار می رود.
مزایا: تعادل بین استحکام و وزن، تعمیر آسان‌تر از مونوکوک.
معایب: نه به سبکی مونوکوک و نه به استحکام نردبانی.

۴. شاسی فضا-فریم ( Space Frame )

این نوع شاسی ساخته شده از لوله‌ها یا پروفیل‌های سبک ( معمولاً آلومینیومی یا فولادی ) که یک سازه سه‌بعدی مقاوم ایجاد می‌کنند. بیشتر در خودروهای اسپرت و مسابقه‌ای مثل آئودی R8 و لامبورگینی اونتادور کاربرد دارد.
مزایا: بسیار سبک، استحکام پیچشی بالا، هندلینگ عالی.
معایب: هزینه تولید بالا، تعمیر پیچیده.

۵. شاسی بک‌بون ( Backbone Frame )

شامل یک تیر مرکزی محکم در وسط خودرو است که قطعات مکانیکی به آن متصل می‌شوند. در خودروهای خاص مانند لوتوس اِلان به‌کار می‌رود.
مزایا: وزن نسبتاً کم، طراحی ساده.
معایب: استحکام کمتر در برابر ضربات جانبی، کاربرد محدود.

۶. شاسی ترکیبی ( Hybrid Structures )

این شاسی ترکیبی از مونوکوک، فضا-فریم و مواد مختلف مثل فولاد، آلومینیوم و کامپوزیت می‌باشد. در خودروهای مدرن لوکس و الکتریکی مانند تسلا مدل S مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مزایا: توازن بین ایمنی، وزن و کارایی.
معایب: هزینه تولید بالا.

جمع‌بندی کاربرد انواع شاسی

• خودروهای سنگین و آفرود: شاسی نردبانی
• خودروهای شهری مدرن: شاسی مونوکوک
• خودروهای اسپرت و مسابقه‌ای: شاسی فضا-فریم یا ترکیبی

مفهوم شاسی‌بلند و شاسی‌کوتاه

۱. شاسی‌بلند ( SUV – Sport Utility Vehicle )

به خودروهایی گفته می‌شود که روی شاسی نردبانی یا مونوکوک تقویت‌شده ساخته می‌شوند و دارای ارتفاع زیاد از سطح زمین هستند. این خودروها معمولاً محورهای قوی‌تر، سیستم تعلیق مقاوم‌تر و توانایی حرکت در مسیرهای ناهموار دارند.
مانند خودروهای پژو ۲۰۰۸، تویوتا پرادو، لندکروزر و هیوندای سانتافه.

ویژگی‌ها

• ارتفاع زیاد از سطح زمین ( Ground Clearance بالا ).
• دید بهتر راننده به دلیل موقعیت بالاتر صندلی‌ها.
• مناسب برای مسیرهای کوهستانی، آفرود و جاده‌های ناهموار.
• وزن بیشتر نسبت به خودروهای معمولی.
• معمولاً مصرف سوخت بالاتر نسبت به خودروهای سواری.

۲. شاسی‌کوتاه ( Sedan, Hatchback و Compact SUVs )

به خودروهایی گفته می‌شود که دارای ارتفاع کمتر از سطح زمین هستند و بیشتر برای رانندگی در شهر و جاده‌های آسفالته طراحی شده‌اند. این خودروها معمولاً سبک‌تر، کم‌مصرف‌تر و با هندلینگ بهتر در جاده‌های صاف هستند. مانند خودروهای پژو ۴۰۵، پژو ۲۰۶، سمند و کیا سراتو.

ویژگی‌ها

• ارتفاع کمتر از سطح زمین، در نتیجه پایداری بیشتر در پیچ‌ها.
• مناسب برای جاده‌های آسفالت و رانندگی شهری.
• مصرف سوخت کمتر و شتاب بهتر به دلیل وزن کمتر.
• دید کمتر نسبت به شاسی‌بلند.
• توان عبور ضعیف‌تر از مسیرهای ناهموار و خاکی.

تفاوت‌های اصلی شاسی‌بلند و شاسی‌کوتاه

بنابراین خودروهای شاسی‌بلند برای کسانی مناسب‌اند که به سفرهای جاده‌ای، کوهستانی یا مسیرهای ناهموار علاقمند هستند و به فضای بیشتر نیاز دارند. در مقابل، خودروهای شاسی‌کوتاه برای رانندگی اقتصادی، مصرف سوخت کمتر و استفاده شهری و روزمره ایده‌آل‌تر هستند.

شاسی بلند بخریم یا کوتاه؟

با توجه به مواردی که در بالا از مزایا و معایب آن ها گفته شد، اگر بیشتر در شهر رانندگی می‌کنید، مصرف سوخت و هزینه نگهداری برایتان مهم است، و به آفرود نمی‌روید، خودرو شاسی‌کوتاه ( سواری یا کراس‌اوور جمع‌وجور ) گزینه مناسب‌تر است.
اگر اهل سفرهای طولانی، جاده‌های کوهستانی، بیابانی یا ناهموار هستید، یا خانواده پرجمعیتی دارید، شاسی‌بلند واقعی ( SUV دو دیفرانسیل ) انتخاب بهتری خواهد بود.

تفاوت شاسی بدنه روی فریم و شاسی یکپارچه

۱. شاسی Body-on-Frame ( شاسی جداگانه از اتاق خودرو )

در این نوع شاسی، ابتدا یک فریم یا قاب فلزی مستقل ساخته می‌شود که به‌عنوان ستون فقرات خودرو عمل می‌کند. سپس اتاق خودرو به‌صورت جداگانه روی این فریم نصب می‌شود.
این نوع شاسی بیشتر در خودروهای شاسی‌بلند کلاسیک ( SUV واقعی )، وانت‌ها و خودروهای باری سنگین استفاده می‌شود. مانند خودروهای تویوتا لندکروزر، نیسان پاترول و فورد F-150.

ویژگی‌ها

• مقاومت و استحکام بالا در شرایط سخت ( مثلاً رانندگی آفرود، حمل بار سنگین ).
• قابلیت تعمیر و تعویض آسان‌تر در صورت تصادف.
• وزن بیشتر به دلیل وجود دو بخش مجزا ( فریم + اتاق ).
• مصرف سوخت بالاتر نسبت به شاسی‌های یکپارچه.

۲. شاسی Monocoque/Unibody ( شاسی پیوسته یا یکپارچه با اتاق خودرو )

در این روش، اتاق و شاسی به‌صورت یکپارچه طراحی و ساخته می‌شوند. به عبارت دیگر، بدنه خودرو همزمان نقش شاسی را ایفا می‌کند و دیگر خبری از فریم جداگانه نیست.
این نوع شاسی بیشتر در خودروهای سواری، کراس‌اوور و شاسی‌بلندهای مدرن استفاده می‌شود. مانند خودروهای پژو ۲۰۶، هیوندای توسان، کیا اسپورتیج و بیشتر خودروهای سواری امروزی.

ویژگی‌ها

• وزن کمتر، در نتیجه مصرف سوخت کمتر و راندمان بهتر.
• ایمنی بیشتر در تصادفات به دلیل طراحی نواحی جذب ضربه.
• سواری نرم‌تر و هندلینگ بهتر در جاده.
• تعمیرات پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر در صورت آسیب به ساختار اصلی.

تفاوت اصلی این دو شاسی

شاسی بدنه روی فریم ( Body-on-Frame ) بر پایه یک قاب مستقل است و برای قدرت و تحمل بار ساخته شده است.
شاسی یکپارچه ( Unibody ) ساختاری سبک‌تر و ایمن‌تر برای رانندگی شهری و مصرف کمتر دارد.

نتیجه‌گیری

شاسی به‌عنوان ستون فقرات خودرو، نقشی بنیادی در ایمنی، استحکام و کارایی آن ایفا می‌کند. انتخاب نوع شاسی، چه بدنه روی شاسی و چه یکپارچه، مستقیماً بر عملکرد خودرو در جاده، آفرود، مصرف سوخت و راحتی رانندگی تأثیر دارد.
خودروهای شاسی‌بلند معمولاً از نظر مقاومت و توانایی عبور از مسیرهای سخت برترند، درحالی‌که خودروهای شاسی‌کوتاه یا یکپارچه برای رانندگی شهری، صرفه‌جویی در مصرف سوخت و هندلینگ بهتر مناسب‌تر هستند. بنابراین شناخت انواع شاسی و کاربرد آن‌ها می‌تواند به انتخاب هوشمندانه خودرو متناسب با نیاز راننده کمک کند.