越硬就越好嗎？ 聊聊汽車上的吸能設(shè)計

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鋼板越厚越安全。似乎這種“理論”已經(jīng)深入大多數(shù)人的腦海。但是，我們今天要說的是，今天的汽車其實更像是一個“軟蛋”，因為它在設(shè)計開發(fā)階段就已經(jīng)提前規(guī)劃好了如何在碰撞中正確“受傷”，其目的也只是為了提高被動安全性。那么我們來說說為什么汽車是“軟”的。而“軟”在哪里？

前段時間我們對鋼板的厚度和安全性進行了問卷調(diào)查，其中超過40%的人認為鋼板的厚度與碰撞安全性沒有直接關(guān)系。今天我們進一步討論了碰撞安全性，告訴大家鋼板越厚安全性越高，甚至結(jié)構(gòu)的“軟”部分也能讓汽車更安全。

●什么??？第一個“軟”不是日系車而是奔馳？

汽車是鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品，一直被認為越硬越安全。因此，很多人質(zhì)疑日系車的安全性?！叭彳洝焙汀澳妥病钡仍~經(jīng)常被用來形容一些日本品牌。但通過E-NCAP、C-NCAP、IIHS等專業(yè)的碰撞測試中心，我們知道車身結(jié)構(gòu)的潰縮吸能設(shè)計大大提高了碰撞安全性，也就是說是合理的。日本品牌是否創(chuàng)造了碰撞吸能的設(shè)計理念？

Bila & # 8226Baenyi出生在匈牙利一個著名的軍官家庭。良好的家庭環(huán)境使他完成了在維也納大學(xué)機電工程系的學(xué)業(yè)。讓家人驕傲的是Bila & # 8226巴恩斯一生擁有2000多項專利，是愛迪生發(fā)明專利的兩倍。

他把車身分成三部分。客廂部分采用剛性強的材料，以盡可能保證在發(fā)生碰撞時不會變形。乘客艙的前部和后部區(qū)域是可以塌陷和變形的緩沖區(qū)，用于吸收碰撞過程中的能量。1959年，奔馳將這一設(shè)計應(yīng)用于第三代奔馳S級（查成交價|參配|優(yōu)惠政策），成為歷史上第一款采用碰撞吸能設(shè)計的車輛。

基于Bila & # 8226巴尼的概念，伴隨著碰撞安全技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用到汽車各個部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計中。通過不同的材料設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，汽車在碰撞瞬間可以完成多種塌陷和吸能動作。讓我們把這一刻分解一下，看看汽車的哪些部位在逐漸變平的過程中吸收能量。

●第一層保護——保險杠

說到碰撞安全，或許我們首先想到的就是保險杠。是的，一般來說，在碰撞事故中，保險杠是最先承受沖擊力的。了解老爺車的朋友一定知道，早期汽車的保險杠都是金屬材質(zhì)的，那么為什么現(xiàn)在都是塑料材質(zhì)的呢？

如果沒有保險杠，車輛可能會因為一些輕微的碰撞而損壞車燈、散熱器水箱等一些重要部件，維修成本也會相應(yīng)的高，所以我們不能因為對行人的傷害很大而直接取消保險杠，而是要通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料改進逐步進化發(fā)展。

可以說，塑料保險杠主要在低速輕撞或與行人發(fā)生事故時起到吸能作用。那么，如果事故更嚴重，如何吸收更多的碰撞能量呢？

●“能量吸收法”——防撞梁和能量吸收箱

早期的保險杠形式逐漸變成塑料車身外觀件后，其實防撞梁和吸能盒的設(shè)計也在保險杠后面演變。對于一般的中低速碰撞事故，可以很好的化解碰撞能量，保護車身主體結(jié)構(gòu)。

一般在防撞梁與車身縱梁的連接處會安裝一個吸能盒。普通的吸能盒也是鋼板做的，鋼板上會沖壓出誘導(dǎo)變形的凹槽或孔。另一種方法是設(shè)計一個可變截面的吸能盒。在沖擊力的作用下，吸能盒可以以預(yù)先設(shè)計的方式塌陷變形，達到最佳吸能效果。

一般來說，汽車的前后防撞梁都會與吸能盒相匹配，防撞梁的強度要高于吸能盒，這是為了在碰撞時更均勻地將沖擊力分配到車身左右側(cè)軌，提高被動安全性。

-沒有保險杠的車不安全嗎？

說到碰撞安全，很多朋友特別關(guān)心汽車是否有后防撞梁。他們認為沒有防撞梁是不安全的。其實這個結(jié)論并不準確，因為這個問題需要分為兩種情況:一種是汽車從設(shè)計之初就沒有后防撞梁，通過車身結(jié)構(gòu)設(shè)計可以在一定程度上實現(xiàn)防撞梁，所以不能一概而論說它們的安全性不如有防撞梁的汽車，甚至有。還有一種情況，某車型在設(shè)計之初有后防撞梁，但后期被省略了，省略后車身結(jié)構(gòu)也沒有相應(yīng)加強，肯定對碰撞安全性有影響。

能量是通過結(jié)構(gòu)變形原理吸收的，其本質(zhì)是將碰撞瞬間的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。碰撞的能量太大，不能被身體部位的變形完全吸收怎么辦？因此，為了保證乘員艙的安全，還會有被動安全設(shè)計，在車身發(fā)生塌陷變形時引導(dǎo)能量傳遞。

事實上，生活中的很多東西都不是盡可能強大的。在很多情況下，在保證整體強度的同時降低物體的局部強度是一種方便的設(shè)計案例，比如餅干的預(yù)破設(shè)計，食品包裝袋的鋸齒設(shè)計等等。

其實在車身整體結(jié)構(gòu)強度的設(shè)計中，也體現(xiàn)了引導(dǎo)能量傳遞的思想，依靠一些結(jié)構(gòu)的“柔軟度”來引導(dǎo)和吸收碰撞時的沖擊能量，這樣就盡可能不使車內(nèi)乘員艙的結(jié)構(gòu)變形，保證車內(nèi)人員的安全。

●發(fā)動機罩誘導(dǎo)斷裂設(shè)計

車輛與行人發(fā)生碰撞時，對行人頭部的保護更依賴于發(fā)動機艙蓋的設(shè)計，這就在于對行人身體接觸較多的部位進行相應(yīng)的強度和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使行人頭部能夠得到更好的緩沖效果。此外，更重要的是，發(fā)動機罩的設(shè)計通常會導(dǎo)致破損。

●發(fā)動機下沉設(shè)計

發(fā)動機下沉設(shè)計也可以看作是引導(dǎo)能量傳遞的典型案例。首先，發(fā)動機下沉設(shè)計并不是讓發(fā)動機在碰撞時墜落，而是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計誘導(dǎo)這種“鐵撞”在碰撞時按照一定路線下沉到客室下部，從而保證客室的生存空。

車輛在前方受到撞擊時，發(fā)動機非常容易向后移動并擠進乘客艙，這將極大地挑戰(zhàn)駕乘人員的生命安全。因此，目前車輛發(fā)動機的支撐部件一般設(shè)計為在碰撞時將發(fā)動機引導(dǎo)至乘員艙下部，以提高駕駛員和乘客在事故中幸存的可能性。

●中央傳動軸的潰縮設(shè)計

將發(fā)動機整體引導(dǎo)到客廂下部必然會帶動傳動系統(tǒng)，那么對于四驅(qū)車型來說，應(yīng)該考慮的是如何讓中央傳動軸塌陷斷裂？在GKN公司提供的中央傳動軸上，我們看到了一個碰撞吸能的解決方案。

除了通過傳動軸的塌陷來吸收能量，其實很多廠家也選擇誘導(dǎo)傳動軸斷裂來提高碰撞安全性，同時也不會影響發(fā)動機的下沉設(shè)計。

●轉(zhuǎn)向柱塌陷斷裂設(shè)計

方向盤、轉(zhuǎn)向柱等轉(zhuǎn)向系統(tǒng)部件在車輛行駛過程中發(fā)揮著不可或缺的轉(zhuǎn)向功能，但在碰撞事故中也可能起到殺手的作用。因為車輛受到猛烈撞擊時，駕駛員的身體會因為巨大的減速度而傾向于前傾，頭部或胸部會與方向盤發(fā)生碰撞。

除了安全氣囊的保護，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)向柱其實也是獨一無二的，它可以根據(jù)預(yù)先設(shè)計發(fā)生塌陷和變形，將傳遞給駕駛員的碰撞能量降到最低。轉(zhuǎn)向柱吸收能量一般有兩種方式，一種是通過轉(zhuǎn)向柱的伸縮，另一種是通過斷裂變形。

被動安全方面，轉(zhuǎn)向柱的塌陷不僅可以吸收一部分能量，更重要的是還可以避免碰撞時轉(zhuǎn)向柱向左或向右傾斜，從而改變氣囊在方向盤上的彈出角度，影響氣囊對駕駛員的保護效果。

●“關(guān)閉=安全”——油門踏板斷裂設(shè)計

相信大家看到“油門踏板斷了”這幾個字的時候，可能大家首先想到的是汽車失控的危險場景。然而恰恰相反，油門踏板斷裂的設(shè)計是為了保護碰撞事故中的人身安全。

油門踏板斷裂主要是由于碰撞時對駕駛員腿部的保護。發(fā)生碰撞時，如果駕駛員的腳還踩在油門踏板上，巨大的沖擊力就會通過油門踏板傳遞到小腿上，造成腿部受傷。但是，如果在碰撞過程中油門踏板在一定的力作用下斷裂，切斷沖擊力的傳遞可以很好地保護駕駛員。

為了避免正常行駛中油門踏板斷裂造成危險事故，必須合理設(shè)計油門踏板斷裂時的力的上限，國家在這方面也推薦了相應(yīng)的行業(yè)標準。

●總結(jié)

除了安全帶和安全氣囊，很大一部分被動安全設(shè)計實際上得益于車身結(jié)構(gòu)的塌陷和破碎吸能。比如我們談到的防撞梁、吸能盒、發(fā)動機罩、中央傳動軸等等都體現(xiàn)了這一設(shè)計理念。目前，大多數(shù)汽車都有這些典型的吸能設(shè)計。當然，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，我們相信未來可以在汽車中找到更多的吸能部件。就像中國自古以來傳承的“以柔制剛”的武術(shù)哲學(xué)一樣，車身結(jié)構(gòu)可以通過自身的柔軟度在沖擊力作用下合理地誘發(fā)變形和斷裂，也正是因為這種柔軟度，在碰撞時車內(nèi)的駕乘人員才能得到更好的保護。所以，我相信，當我們談?wù)撨@個話題是不是越難越安全的時候，我們心中會有自己正確的判斷。