去年底,中保研帕薩特碰撞測試成績公布,A柱彎折、乘員艙入侵過量、安全氣囊未能保護假人頭部……這一切再次將汽車安全的話題推到風口浪尖,消費者在買車的過程中也更加在意車輛的安全性能。在嚴重的汽車碰撞事故中,一些汽車的部分結構由於撞擊發生了明顯的變形,再結合此次帕薩特安全碰撞成績,不少人就會覺得,汽車車身只要越堅硬就越安全,那實際上,這種說法對嗎?
從汽車碰撞事故來看,整個碰撞過程是汽車從一定的速度降低到零或較低速度的一個減速度過程。從力學的角度來看,這是一個能量轉換吸收的過程。車輛碰撞所產生的能量大部分由車輛本身和車內成員所吸收,因此,如果車輛本身吸收的能量更多,車內成員所需要吸收的能量就更少,受到的傷害就越輕。
保護車內成員安全是我們的目的,為了避免車輛自身在吸能的過程中車輛結構入侵駕駛艙而對成員造成更大傷害,就需要保證車輛乘員艙的安全和完整。總的來說,車輛既要吸收更多碰撞產生的能量,又要給乘員提供足夠的安全乘坐空間,因此,車輛在發生碰撞時,車身結構該硬的地方要硬,該軟的地方要軟。
車身結構碰撞載荷傳力路徑的定義是被動安全設計的基礎,載荷路徑的「軟、硬」直接影響整車的碰撞安全性能。根據乘員生存空間要求,每種碰撞工況都要根據乘員保護要求定義變形吸能區和剛性支撐區,所以,在車身結構碰撞傳力路徑上的碰撞變形吸能區需要軟,而傳力路徑的支撐結構區域需要硬,以實現車身結構變形吸能和乘員保護的目的。
軟和硬是一個相對的概念,不同的車型整備質量不同、空間不同,其變形吸能區的「軟」的程度也不同,從而對支撐結構區域的「硬」的要求也就不同。想要變形吸能區有更高的吸能效率,除了變形吸能空間要大意外,需要有一個具有足夠強度和剛度的支撐結構作為保障,這樣也可以控制被入侵乘員艙空間的多少。所以,一般車身設計在乘員艙周圍儘可能使用更高強度的材料,以提供足夠的支撐區域的結構強度和剛度。
沃爾沃被譽為汽車安全的代名詞,讓我們一起看看沃爾沃S90的車身骨架長什麼樣。從圖中可以看到,車輛前端綠色部分的防撞梁是普通強度的高強度鋼,黃色部分是較高強度的高強度鋼,紅色部分是1600MPa以上強度的超高剛性強度鋼。
面對即將發生的碰撞事故,綠色部分的防撞梁及吸能盒最先受到撞擊並吸收能量,如果碰撞速度較低,經過綠色部分的緩衝,整車車體結構受到的影響減弱,一定程度上降低了車輛的維修費用。
發生碰撞事故時,如果碰撞速度較快,綠色部分與黃色部分會依次發生碰撞並變形,逐步將車輛受到的巨大碰撞動能吸收,將乘員艙受到碰撞的可能性降至最低,以避免過高的加速度和巨大的碰撞動能作用於乘員身體。
如果發生速度相對極限的碰撞事故,在車輛骨架的綠色、黃色部分已經發生了充分變形的同時車輛速度還沒有達到零,紅色部分就會發生碰撞。一旦紅色部分因碰撞變形,後面的乘員艙將受到入侵,從而直接造成對乘客身體的傷害。因此,紅色部分要採用超強度鋼,將乘員艙發生入侵的可能降到最低,以保證車內成員的生命安全。
而作為紅色部分最重要的部位之一,沃爾沃S90的A柱使用的是超高硬度的高強度鋼,因此碰撞過程中乘員艙沒有被入侵。因此,根據大眾帕薩特的碰撞成績可以看出,國產版的帕薩特在車架結構上用料的不走心。
綜上所述,為了降低乘客身體尤其是頭部位置受到傷害的可能,通過合理的車輛前端吸能區設計,保障車架前端至乘員艙材料硬度的合理過渡,以保障吸能區能儘可能吸收更多碰撞帶來的能量。為了避免乘員艙被侵入,造成乘客的接觸性物理傷害,車輛乘員艙骨架,包括A柱、防火牆、門檻梁、中央通道等,則應設計得強度越高越好。
所以,汽車車身並不是越硬就越安全。