汽车车身被动安全性的百年变革

laoxiang21

　　车身结构的设计，对于汽车安全性，到底有怎样的影响？本文就以汽车在百年历程中的安全性变革和车身结构的变化为例，解读车身设计的重要性。汽车的安全性不是以钢板的厚薄，或是车身的重量大小来评判，优良的车架结构才是汽车被动安全的最终保障。
　　让我们从汽车诞生开始谈起。汽车的安全性在百年的发展历程中，是越来越被看重的一环，在汽车刚刚诞生的年代，由于内燃机技术的限制，汽车的时速并不比马车快上多少，汽车的车身结构，也脱胎于马车。
　　

　　1912年的福特T型车，车身采用非承载式结构，引擎、前后轴都和车底的大梁相连。驾驶者的坐姿跟当年的马车类似。T型车由于低廉的售价，获得了空前的成功，从某种意义上讲，他解放了马车，但是那个年代对于汽车的安全性概念几乎为零。T型车以现今的安全角度去看，是一辆风险系数极高的车。
　　

　　1920年的劳斯莱斯，采用大梁式的非承载式车身设计，这样的设计虽然能让车子的底盘拥有不错的强度，但车身依然脆弱。如果发生碰撞，引擎会直接冲进驾驶室，虽然出现了和今天的汽车相似的A，B，C柱设计，但在事故中车身脆弱的结构根本无法保证驾驶室的安全。这个年代的汽车，注重的是豪华，马力，汽缸数量，安全性依然是被忽略的一环。
　　

　　汽车的安全性开始得到重视是在上个世纪50年代以后，奔驰W111是第一个拥有碰撞吸能区设计的车型，第一次将车身划分为刚性区域和吸能变形区域，在碰撞发生时，刚性较弱的吸能区域首先变形吸收碰撞的能量，而乘员区域为刚性较强的区域，则不易发生变形。
　　

　　汽车史上的第一次碰撞试验，时间为1959年9月10日。测试车型正是奔驰W111，当年的碰撞测试以喷气引擎驱动汽车正面碰撞硬质壁障，已经具备了今天碰撞测试的雏形。由于碰撞测试的引入，汽车安全性方面的研发开始加速，安全带，可溃缩的转向机构，安全气囊相继出现。
　　

　　奔驰W111的车体结构示意，引擎仓和尾箱部分，均采用强度较低的吸能区设计，而乘坐仓则经过特别的强化。这样的设计已经具备了现代轿车车身结构的雏形。
　　

　　美国车给人以宽大厚实安全的印象，但上世纪50年代的车型安全性却不容乐观，这台1959年雪佛兰汽车在现代碰撞测试标准中表现让人失望。由此可见空有厚实的外壳，对于安全性能也毫无帮助。
　　

　　随着上世纪80年代计算机技术的迅速发展，也推动了汽车安全性的革新，借助计算机强大的运算能力，可以实现虚拟的车身强度和安全性研发。模拟碰撞试验能让汽车的研发成本更低，更加安全和高效。
　　

　　【计算机模拟碰撞示意】
　　

　　

　　有限元分析软件，能有效的模拟车架在受力情况下的反应，这为汽车车架构造的设计提供了很大的便利和帮助。以往需要耗费大量时间和财力才能获得的数据，如今只需要几个小时就能获得精确的数据，大大缩短了研发的周期。
　　

　　随着计算机技术，焊接工艺，材料技术的提升，现代汽车的车身设计更加科学，非承载式车身变为了更加合理的承载式车身，让车架成为一个整体而不像过去那样底盘和车身分开。合理的力学分析让车架能有效分解碰撞时的能量，上图为丰田的GOA车身。
　　

　　汽车的车身设计近年来提升非常明显，上图为上世纪九十年代的帕萨特和捷达在碰撞测试中的表现，可以看到车架的形变量是非常明显，即使采用了刚性与吸能区结合的车架设计，但当年的材料和制造工艺依然无法让人满意。
　　

　　2006款帕萨特（迈腾）在相同的碰撞测试中的表现，相对于上世纪90年代的车型，A柱在碰撞中几乎没有形变，从帕萨特的安全性提升上，能看到十年间汽车安全性的变革。
　　

　　迈腾合理的车架设计及高刚度钢材的使用还有先进的制造工艺，都是其安全性能提升的缘由。国外的测试表明迈腾的车身抗扭刚性达到了32400Nm/degree，这样的数据表明迈腾的车架刚性是非常优秀的。
　　

　　本田奥德赛使用本田的G-CON安全车身技术，其车身架构设计可以作为一个优秀的案例，红色部分采用高强度的钢板，黄色部分强度略低，绿色箭头表明了再发生碰撞时撞击力的传递方向。A柱，B柱和车底均采用高强度的钢板冲压制造，将形变控制在最低的水平。奥德赛在碰撞测试中也获得不俗的成绩。
　　

　　本田飞度采用ACE设计理念，前部吸能区设计了两个Y字形结构，它可以有效的将正面撞击的能量进行均匀分配，将冲击力更好的吸收到车辆上部和下部的车身结构中。（图中蓝色箭头为能量预设分散方向）
　　

　　马自达3H高强度车身架构不仅使用在马自达车型上，连福克斯这样的欧系车也从中获益，上图为第二代福克斯（国内经典福克斯）的3H车身架构，福克斯的安全性能也得到了市场的认可。
　　

　　如今越来越多的车型使用先进的三层笼式车身结构，如上图所示，车架的主要受力结构采用三层钢板冲压，三层钢板由外到内强度逐级提升，最里层（右侧箭头）材质为强度和厚度最高硼钢板。
　　

　　汽车安全性不仅是结构上的变化，材质上也在发生着变化，上图是奥迪A8的ASF全铝车身，铝合金比同等强度的钢材更轻，在不减弱车架强度的同时能有效减轻车身的重量，而车身重量越轻，不仅能让动态表现更好，更节油，在发生碰撞时产生的能量也越小，也就是说车子会更加安全。
　　

　　复合材质的一体式车架设计目前已经广泛使用到超级跑车上，这种结构的强度远远高于目前普通家用轿车的车身结构，但高昂的造价限制了其运用范围，相信以后会有更多的车型用上这项科技。
　　

　　McLaren MP4-12C的车身结构，驾驶仓类似浴盆的设计，在发生事故时能最大限度的保证驾驶舱的完好。
　　

　　宝马在全新7系上开始使用CFRP、钢、铝材质制造车架，在保证高钢性的同时实现轻量化，实现了车辆的被动安全性，经济性，动态表现的多赢，或许将成为未来汽车车身制造工艺发展的一个方向。
　　

　　美国的IIHS曾经做过一次跨越50年的汽车碰撞测试对比，从中也可以看到汽车安全性能在半个世纪中得到的提升，两台雪佛兰轿车，分别诞生于1959年和2009年。
　　

　　1959年的雪佛兰Bel Air在碰撞后车头陷入了驾驶舱，A柱严重扭曲，车门严重变形根本无法打开，厚厚的引擎盖没有任何形变，驾驶者必定凶多吉少。而2009年的雪佛兰Malibu虽然车头损失惨重，发动机已经下沉，但驾驶舱完好无损，A柱保持完好，车门可以顺利打开，引擎盖弯折，这样的碰撞中驾驶者生还希望很大。
　　最后总结：汽车安全性的百年发展是汽车制造水平和制造理念不断变化的集中体现，汽车的被动安全性的核心来自于优秀的车架设计，钢板厚薄论是不具备科学依据的。

　　

zhfbeibei

这么说，欧系车未必比日系车安全喽。

200504312

日本车设计左右板材牌号和厚度不一样，日系车副驾驶太危险了

danbosc

感谢楼主分享

danbosc

感谢楼主分享

书(^o^)/~强

有没有行人保护的

dahancuen

所以说购买汽车不要选择速度快耗油低价格便宜 ，先选择安全性。

Cxn

这里还有谁是被动安全系统工程师么？可以一起交流下啊！

加油！_ltvDB

学习学习。