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科普一下,潰縮吸能是德國奔馳1959年開始的,當代汽車都用吸能設計

(2017-10-17 19:40:53) 下一個
最早的汽車潰縮設計,使用在1959年的某型奔馳轎車上,它的目的是在發生碰撞時用產生的動能變形來吸收碰撞時的衝擊力。
當車輛發生碰撞後突然減速時,乘客仍然在慣性下高速向前,巨大的慣性遠遠超出人類軀體的承受能力。潰縮設計,就是用來為突然減速提供一定的緩衝,以降低乘客可能遭受到的最大損害。
現在在世界各國的汽車行業,潰縮設計,已經成為了衡量一輛汽車安全與否的重要依據。
 
汽車潰縮吸能是指在車頭到駕駛室之間,用不同強度的金屬材料,從車頭開始,設計成階梯式強度不同的區域,在發生碰撞時,最脆弱的車頭先發生潰縮變形,其次是第二段,第三段~~~在依次潰縮變形中,為乘客提供一定的緩衝時間。
 

汽車碰撞通過潰縮吸能是保證安全的重要方式,是現代汽車普遍采取的辦法,德國汽車也是如此。潰縮設計,已經成為了衡量一輛汽車安全與否的重要依據。

汽車安全分為主動安全和被動安全,僅討論汽車發生碰撞這一種被動安全的情況。

潰縮吸能提出的曆史過程:

對於汽車這個鋼鐵之軀的工業產物,曾經一直被認為是越堅硬越安全的,也因此很多人質疑日係車的安全性,“軟”、“不耐撞”這樣的字眼會經常用來形容一些日係品牌,但通過E-NCAP、C-NCAP、IIHS等專業的碰撞測試中心讓我們了解到,車身結構的潰縮式吸能設計在很大程度上提升碰撞安全性,也就是說合理地“軟”才是安全的

是不是日係車開創了碰撞吸能的設計理念嗎?

答案是否定的。最初提出潰縮吸能設計的不是日係車,而是德國車。 被稱為汽車被動安全之父的比拉·巴恩伊是來自德國奔馳集團,是第一個提出汽車碰撞時潰縮吸能設計的人。

1959年,第三代奔馳S級(W111)成為曆史首款具備碰撞吸能設計的車型。

潰縮吸能原理:

當車輛發生碰撞後突然減速時,乘客仍然在慣性下高速向前,巨大的慣性遠遠超出人類軀體的承受能力。潰縮設計,就是用來為突然減速提供一定的緩衝,以降低乘客可能遭受到的最大損害。

通過結構變形的原理來吸收能量,本質是將碰撞瞬間的動能轉化為內能(碰撞後車身部件溫度升高)。

當然,車身也不是越軟越好,簡單來講:該硬的部位需要硬,該軟的地方需要軟。汽車碰撞時,最理想的情況是這樣的:乘客艙應當具有相當大的剛度,在碰撞時減小變形,前部發動機艙和後部行李艙剛度相對較小,以免在猛烈碰撞時產生變形吸收能量。這也是汽車設計的一個原則。

行人安全:

汽車安全不僅有汽車駕駛員以及乘客的安全,也要考慮行人的安全,如果汽車前部(即發動機艙)的剛度很大,如果與行人發生碰撞,將會對行人產生巨大的傷害,從這一方麵來講,發動機艙(汽車前部)和後部行李艙的剛度較小,也是必須考慮的。

行人安全也是法規所要求的。歐盟於2005年開始實施行人碰撞保護強製性法規。歐洲、日本、澳大利亞等國已經將汽車的行人碰撞保護性能納入新車評價計劃(New Car Assessmen Program,NCAP)。中國於2009年出台了《汽車對行人的碰撞保護》法規。

講到潰縮吸能,那就必須需要談下汽車潰縮吸能的結構設計:

1、 保險杠

在碰撞事故中,保險杠是最先承受撞擊力的。早期的汽車的保險杠由金屬材質製成的,後來由於金屬材質的保險杠在碰撞事故中對行人產生比較大的傷害,為了對行人保護,以及汽車造型更加美觀,保險杠材質逐漸演變成了樹脂塑料,並且與車身進行了融合。

 

2、防撞梁與吸能盒

防撞梁一般由鋼板衝壓焊接完成,斷截麵通常為“呂”字形或者“口”字形,這樣設計的目的是在碰撞力的作用下通過擠壓變形來吸收能量。在防撞梁與車身縱梁的連接處一般還會加裝吸能盒,普通吸能盒也是由鋼板製成,鋼板上會衝壓出誘導變形的凹槽或者孔洞,另一方法是設計成變截麵的吸能盒,在撞擊力的作用下,吸能盒能夠按預先設計的形式潰縮變形,最優化地吸收能量。

如果碰撞的能量過大通過車身部件的變形無法完全吸收怎麽辦?因此,車身在潰縮變形的同時,為了保證乘員艙的安全,也會有引導能量傳遞的被動安全設計。

其實生活中很多事物也不是越堅固、越結實越好,很多時候在保證整體強度需要的情況下,將物體的局部強度減小也未嚐不是一件方便於人的設計案例,例如餅幹的預斷裂設計、食品包裝袋的鋸齒設計等等。

在車身整體結構強度的設計中其實也體現了引導能量傳遞的思路,依靠部分結構的“軟”來引導和吸收碰撞時衝擊能量,而使汽車乘員艙的結構盡量不發生變形,保證車內人員的安全。

 

3、發動機艙蓋的誘導折斷設計

在車輛與行人發生碰撞時,對於行人頭部的保護更多的是依賴於發動機艙蓋的設計,其在於行人身體接觸較多的部分會進行相應的強度和結構優化,讓行人的頭部得到更好的緩衝效果。除此之外,更重要的是發動機艙蓋一般還會有誘導折斷的設計。

發動機下沉設計同樣可以算是引導能量傳遞的典型案例,首先說發動機下沉設計並不是讓發動機在碰撞時掉下去,而是通過結構設計誘導這顆“鐵疙瘩”在碰撞過程中按一定的線路下沉到乘員艙的下部,來保證到乘員艙的生存空間。

在車輛受到前方撞擊時,發動機非常容易向後移動而擠入乘員艙,駕乘人員的生命安全將會受到巨大的挑戰,所以目前的車輛其發動機的支撐部件一般都會設計有導向的作用,在碰撞時將發動機導向乘員艙的下部,提高事故中駕乘人員生還的可能。

4、中央傳動軸的潰縮、折斷設計

將發動機整體導向乘員艙下部的同時勢必會帶動傳動係統,所以對於四驅車型來說還要考慮的是,通過傳動軸的潰縮來吸能能量。此外,很多廠家也會選擇誘導傳動軸斷裂來提升碰撞安全性,同時也不會影響到發動機的下沉設計。

 

5、轉向柱潰縮、斷裂設計

兩車高速相撞時,巨大的衝擊能量很容易導致轉向柱、轉向盤後移,從而使駕駛者頭部、胸部撞到轉向盤或者前擋風玻璃上,造成人員的傷亡。

轉向柱按照預先設計而潰縮變形,將傳遞到駕駛員身上的碰撞能量減少到最低。轉向柱吸能的方式一般有兩種,一種是通過轉向柱的伸縮,另一種是通過折斷變形。

在被動安全性方麵,轉向管柱的潰縮不僅能吸收一部分能量,更重要的是還能避免在碰撞過程中致使轉向管柱偏向左側或右側,導致讓方向盤上的安全氣囊彈出角度發生變化,影響氣囊對駕駛員的保護效果。

轉向盤潰縮吸能設

將轉向盤的剛度進行優化,使其在滿足轉向剛度要求的前提下,盡量降低抵抗駕駛員的碰撞剛度。同時使轉向盤的塑膠覆蓋層盡量軟化,以降低其表麵接觸剛度。壓塌式轉向柱管可有多種形式,其主要功能要求當轉向盤受到的碰撞力達到一定值時,轉向柱管能順利地產生位移(被壓塌),從而將轉向盤提供的碰撞阻力限製在一定的峰值以內。

6、油門踏板斷裂設計

相信看到“油門踏板斷裂”這幾個字的時候,或許每個人最先想到的都是汽車失控的危險場麵,然而恰恰相反,油門踏板斷裂設計卻是出於碰撞事故中對人身安全的保護。

  油門踏板斷裂主要出於碰撞過程中對駕駛員腿部的保護。當碰撞發生時,如果駕駛員的腳部依舊處在油門踏板上,那麽巨大的撞擊力會通過油門踏板傳遞至小腿,造成腿部損傷。而如果碰撞時油門踏板會在一定力的作用下發生斷裂,切斷撞擊力的傳導則能很好的保護駕駛者。

總結

潰縮吸能是實現汽車被動安全的主要原理之一。汽車不是越“硬”越好,也不是越“軟”越好,在汽車的前部(發動機艙)和後部(行李艙)需要剛度小,來吸收碰撞能量保護駕駛者以及行人。在汽車駕駛艙剛度需要大,保證駕駛室不變形,保護駕駛者和乘客。此外,汽車不同地方用的材料剛度不一樣,目標是保證安全的前提下,降低汽車重量,實現汽車輕量化。

參考文獻:

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[3]趙福全,吳成明,潘之傑,劉衛國,劉巍. 中國汽車安全技術的現狀與展望[J]. 汽車安全與節能學報,2011,(02):111-121.

[4]潰縮吸能. 百度百科

[5]汽車之家. 越硬就越好嗎?聊聊汽車上的吸能設計.

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