越硬就越好嗎？ 聊聊汽車上的吸能設計
[汽車之家 安全技術] 鋼板越厚越安全，似乎這個“理論”已經根深蒂固於大多數人的心中，然而今天我們要說的是，其實現在的汽車更像是個“軟蛋”，因為它在設計開發階段就預先想好了在碰撞時應該如何正確地“受傷”，其目的隻有一個就是提升被動安全性，所以下麵我們就來聊聊汽車為什麽“軟”？以及“軟”在哪裏？
在前段時間我們對關於鋼板厚度與安全性的問題進行了問卷調查，其中百分之四十多的人認為鋼板厚度與碰撞安全性沒有直接關係，而今天我們進一步探討碰撞安全性，並且告訴您鋼板越厚不代表安全性越高，甚至部分結構的“軟”才能讓汽車更安全。
● 什麽！？最先“軟”的不是日係車是奔馳？
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。那是不是日係品牌開創了碰撞吸能的設計理念呢？
比拉•巴恩伊出身於匈牙利一個很有名望的軍官家庭，良好的家庭環境讓他完成了維也納大學機電工程係的學業，讓家族驕傲的是比拉•巴恩伊一生有2000多項專利，這個數字是愛迪生發明專利數量的兩倍。
他將車身分為三部分，乘員艙部分由剛性較強的材料構成，盡可能保證發生碰撞時不會變形，而乘員艙前後兩個區域則是可以潰縮變形的緩衝區，用來吸收碰撞時的能量。1959年，奔馳將這樣的設計應用在了第三代奔馳S級（W111）上，使它成為了曆史首款具備碰撞吸能設計的車型。
基於比拉•巴恩伊的理念，隨後的碰撞安全技術不斷發展，這種“以柔克剛”的理念運用到了汽車各個部分的結構設計。通過不同的材料設計、結構設計，汽車能夠在碰撞的一瞬間完成多項潰縮吸能的動作。下麵我們就把這一瞬間分解開來，看看汽車在逐漸被撞扁的過程中都是哪些部件吸收了能量。
● 第一層防護——保險杠
提到碰撞安全性我們最先想到的也許就是保險杠，沒錯，一般來說在碰撞事故中保險杠是最先來承受撞擊力的。了解老爺車的朋友一定知道，早期汽車的保險杠是由金屬材質製成的，那為什麽如今都改用了塑料材質？
如何沒有保險杠的話，那麽車輛可能因為一些輕微的碰撞就會損壞到車燈、散熱水箱等比較重要的部件，維修成本相應的也會比較高，所以我們不能因為對行人傷害大就直接取消掉保險杠，而是通過結構的優化、材料的改善逐漸將其演化發展。
可以說塑料保險杠主要在車速較低的輕微碰撞或者與行人發生事故中發揮吸能作用，那如果事故再嚴重一點，更大的碰撞能量該怎麽吸收呢？
● “吸能大法”——防撞梁與吸能盒
在早期的保險杠形式逐漸變成塑料的車身外觀部件之後，其實汽車在保險杠的後麵也演化了防撞梁和吸能盒設計。對於一般中低速度的碰撞事故，它們能夠很好的化解掉碰撞能量，保護主要的車體結構。
在防撞梁與車身縱梁的連接處一般還會加裝有吸能盒，普通吸能盒也是由鋼板做成，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。
一般來說，汽車的前後防撞梁都會與吸能盒搭配出現，防撞梁較吸能盒的強度要更大一些，這是為了在碰撞時通過防撞梁更均勻地將衝擊力分散到車身左右的縱梁上，提升被動安全性。
- 沒有防撞梁的車是不是不安全？
當提到碰撞安全性時，很多朋友特別關心的是汽車有沒有後防撞梁，他們認為沒有防撞梁就不安全，其實這樣的結論並不準確，因為這個問題需要分兩個情況講：一種情況是汽車從設計之初就是沒有後防撞梁的，通過車身結構設計（例如強化車身尾部的結構）也能一定程度上實現防撞鋼梁的作用，所以就不能以偏概全的說它們的安全性不如有防撞梁的車型，甚至有防撞鋼梁的車型如果鋼梁的設計不合理，其效果可能也是形同虛設；另一種情況是，一款車型在設計之初是有後防撞梁的，但後期卻把它省掉了，而且省掉後沒有相應地車身結構加強，那麽肯定是對碰撞安全性有影響的。
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。
● 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
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。
● 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，如何讓中央傳動軸也跟著潰縮折斷？在吉凱恩（GKN）公司提供的中央傳動軸上，我們看到了一種碰撞吸能的解決方案。
除了通過傳動軸的潰縮來吸能能量，其實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。
● 轉向柱潰縮、斷裂設計
方向盤、轉向柱等轉向係統部件在車輛行駛過程中發揮著不可或缺的轉向功能，然而在碰撞事故中它也有可能扮演著殺手的角色。因為在車輛受到劇烈的撞擊時，駕駛者的身體往往會因為巨大的減速度而向前傾，頭部或者胸部便會和方向盤發生碰撞。
除了安全氣囊的保護，其實轉向係統中的轉向柱是別有乾坤的，它能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。
● “斷=安全”——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。
為了避免油門踏板在正常行駛時斷裂而發生危險事故，其斷裂時的受力上限必須經過合理的設計，並且國家在這一方麵也推薦了相應的行業標準。
● 總結
除了安全帶、安全氣囊，在被動安全設計中其實很大一部分得益於車身結構的潰縮、折斷吸能，例如我們所講到的防撞梁、吸能盒、發動機艙蓋、中央傳動軸等等都體現出了這樣的設計理念。在目前的大多數汽車上幾乎都具備這些典型的吸能設計，當然，隨著材料科學的發展，相信我們未來能在汽車上找到更多具備吸能作用的零部件。這就如同中國自古傳承“以柔克剛”的武術哲學，汽車也是通過自身“軟”使車身結構在撞擊力的作用下進行合理地誘導變形、斷裂，也正是因為這樣的“軟”才能在碰撞時更好地保護車內的駕乘人員。所以，相信以後再提及是不是越硬越安全的話題時，我們心中都會有自己正確的判斷。（汽車之家 文/圖 夏誌猛 部分圖片來自於網絡）
