汽车安全性发展历程

汽车安全性发展历程车身结构的设计，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，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年代的劳斯莱斯，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。当年的车体结构示意，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。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，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安全车身。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，可以看到车架的行变量是非常明显，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。日系车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）日系厂商非常重视车身架构的设计，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。McLarenMP4-12C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。美国的IIHS机构曾经做过一次跨越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BelAir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。汽车安全性的发展是汽车工业发展的一个旁证，本文通过对汽车车架发展历程的分析，也为了说明汽车的被动安全性的核心来自于优秀的车架设计，钢板厚薄论是非常不具备科学依据的。