科普一下,溃缩吸能是德国奔驰1959年开始的,当代汽车都用吸能设计

来源: 2017-10-17 19:40:53 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (11672 bytes)
最早的汽车溃缩设计,使用在1959年的某型奔驰轿车上,它的目的是在发生碰撞时用产生的动能变形来吸收碰撞时的冲击力。
当车辆发生碰撞后突然减速时,乘客仍然在惯性下高速向前,巨大的惯性远远超出人类躯体的承受能力。溃缩设计,就是用来为突然减速提供一定的缓冲,以降低乘客可能遭受到的最大损害。
现在在世界各国的汽车行业,溃缩设计,已经成为了衡量一辆汽车安全与否的重要依据。
 
汽车溃缩吸能是指在车头到驾驶室之间,用不同强度的金属材料,从车头开始,设计成阶梯式强度不同的区域,在发生碰撞时,最脆弱的车头先发生溃缩变形,其次是第二段,第三段~~~在依次溃缩变形中,为乘客提供一定的缓冲时间。
 

汽车碰撞通过溃缩吸能是保证安全的重要方式,是现代汽车普遍采取的办法,德国汽车也是如此。溃缩设计,已经成为了衡量一辆汽车安全与否的重要依据。

汽车安全分为主动安全和被动安全,仅讨论汽车发生碰撞这一种被动安全的情况。

溃缩吸能提出的历史过程:

对于汽车这个钢铁之躯的工业产物,曾经一直被认为是越坚硬越安全的,也因此很多人质疑日系车的安全性,“软”、“不耐撞”这样的字眼会经常用来形容一些日系品牌,但通过E-NCAP、C-NCAP、IIHS等专业的碰撞测试中心让我们了解到,车身结构的溃缩式吸能设计在很大程度上提升碰撞安全性,也就是说合理地“软”才是安全的

是不是日系车开创了碰撞吸能的设计理念吗?

答案是否定的。最初提出溃缩吸能设计的不是日系车,而是德国车。 被称为汽车被动安全之父的比拉·巴恩伊是来自德国奔驰集团,是第一个提出汽车碰撞时溃缩吸能设计的人。

1959年,第三代奔驰S级(W111)成为历史首款具备碰撞吸能设计的车型。

溃缩吸能原理:

当车辆发生碰撞后突然减速时,乘客仍然在惯性下高速向前,巨大的惯性远远超出人类躯体的承受能力。溃缩设计,就是用来为突然减速提供一定的缓冲,以降低乘客可能遭受到的最大损害。

通过结构变形的原理来吸收能量,本质是将碰撞瞬间的动能转化为内能(碰撞后车身部件温度升高)。

当然,车身也不是越软越好,简单来讲:该硬的部位需要硬,该软的地方需要软。汽车碰撞时,最理想的情况是这样的:乘客舱应当具有相当大的刚度,在碰撞时减小变形,前部发动机舱和后部行李舱刚度相对较小,以免在猛烈碰撞时产生变形吸收能量。这也是汽车设计的一个原则。

行人安全:

汽车安全不仅有汽车驾驶员以及乘客的安全,也要考虑行人的安全,如果汽车前部(即发动机舱)的刚度很大,如果与行人发生碰撞,将会对行人产生巨大的伤害,从这一方面来讲,发动机舱(汽车前部)和后部行李舱的刚度较小,也是必须考虑的。

行人安全也是法规所要求的。欧盟于2005年开始实施行人碰撞保护强制性法规。欧洲、日本、澳大利亚等国已经将汽车的行人碰撞保护性能纳入新车评价计划(New Car Assessmen Program,NCAP)。中国于2009年出台了《汽车对行人的碰撞保护》法规。

讲到溃缩吸能,那就必须需要谈下汽车溃缩吸能的结构设计:

1、 保险杠

在碰撞事故中,保险杠是最先承受撞击力的。早期的汽车的保险杠由金属材质制成的,后来由于金属材质的保险杠在碰撞事故中对行人产生比较大的伤害,为了对行人保护,以及汽车造型更加美观,保险杠材质逐渐演变成了树脂塑料,并且与车身进行了融合。

 

2、防撞梁与吸能盒

防撞梁一般由钢板冲压焊接完成,断截面通常为“吕”字形或者“口”字形,这样设计的目的是在碰撞力的作用下通过挤压变形来吸收能量。在防撞梁与车身纵梁的连接处一般还会加装吸能盒,普通吸能盒也是由钢板制成,钢板上会冲压出诱导变形的凹槽或者孔洞,另一方法是设计成变截面的吸能盒,在撞击力的作用下,吸能盒能够按预先设计的形式溃缩变形,最优化地吸收能量。

如果碰撞的能量过大通过车身部件的变形无法完全吸收怎么办?因此,车身在溃缩变形的同时,为了保证乘员舱的安全,也会有引导能量传递的被动安全设计。

其实生活中很多事物也不是越坚固、越结实越好,很多时候在保证整体强度需要的情况下,将物体的局部强度减小也未尝不是一件方便于人的设计案例,例如饼干的预断裂设计、食品包装袋的锯齿设计等等。

在车身整体结构强度的设计中其实也体现了引导能量传递的思路,依靠部分结构的“软”来引导和吸收碰撞时冲击能量,而使汽车乘员舱的结构尽量不发生变形,保证车内人员的安全。

 

3、发动机舱盖的诱导折断设计

在车辆与行人发生碰撞时,对于行人头部的保护更多的是依赖于发动机舱盖的设计,其在于行人身体接触较多的部分会进行相应的强度和结构优化,让行人的头部得到更好的缓冲效果。除此之外,更重要的是发动机舱盖一般还会有诱导折断的设计。

发动机下沉设计同样可以算是引导能量传递的典型案例,首先说发动机下沉设计并不是让发动机在碰撞时掉下去,而是通过结构设计诱导这颗“铁疙瘩”在碰撞过程中按一定的线路下沉到乘员舱的下部,来保证到乘员舱的生存空间。

在车辆受到前方撞击时,发动机非常容易向后移动而挤入乘员舱,驾乘人员的生命安全将会受到巨大的挑战,所以目前的车辆其发动机的支撑部件一般都会设计有导向的作用,在碰撞时将发动机导向乘员舱的下部,提高事故中驾乘人员生还的可能。

4、中央传动轴的溃缩、折断设计

将发动机整体导向乘员舱下部的同时势必会带动传动系统,所以对于四驱车型来说还要考虑的是,通过传动轴的溃缩来吸能能量。此外,很多厂家也会选择诱导传动轴断裂来提升碰撞安全性,同时也不会影响到发动机的下沉设计。

 

5、转向柱溃缩、断裂设计

两车高速相撞时,巨大的冲击能量很容易导致转向柱、转向盘后移,从而使驾驶者头部、胸部撞到转向盘或者前挡风玻璃上,造成人员的伤亡。

转向柱按照预先设计而溃缩变形,将传递到驾驶员身上的碰撞能量减少到最低。转向柱吸能的方式一般有两种,一种是通过转向柱的伸缩,另一种是通过折断变形。

在被动安全性方面,转向管柱的溃缩不仅能吸收一部分能量,更重要的是还能避免在碰撞过程中致使转向管柱偏向左侧或右侧,导致让方向盘上的安全气囊弹出角度发生变化,影响气囊对驾驶员的保护效果。

转向盘溃缩吸能设

将转向盘的刚度进行优化,使其在满足转向刚度要求的前提下,尽量降低抵抗驾驶员的碰撞刚度。同时使转向盘的塑胶覆盖层尽量软化,以降低其表面接触刚度。压塌式转向柱管可有多种形式,其主要功能要求当转向盘受到的碰撞力达到一定值时,转向柱管能顺利地产生位移(被压塌),从而将转向盘提供的碰撞阻力限制在一定的峰值以内。

6、油门踏板断裂设计

相信看到“油门踏板断裂”这几个字的时候,或许每个人最先想到的都是汽车失控的危险场面,然而恰恰相反,油门踏板断裂设计却是出于碰撞事故中对人身安全的保护。

  油门踏板断裂主要出于碰撞过程中对驾驶员腿部的保护。当碰撞发生时,如果驾驶员的脚部依旧处在油门踏板上,那么巨大的撞击力会通过油门踏板传递至小腿,造成腿部损伤。而如果碰撞时油门踏板会在一定力的作用下发生断裂,切断撞击力的传导则能很好的保护驾驶者。

总结

溃缩吸能是实现汽车被动安全的主要原理之一。汽车不是越“硬”越好,也不是越“软”越好,在汽车的前部(发动机舱)和后部(行李舱)需要刚度小,来吸收碰撞能量保护驾驶者以及行人。在汽车驾驶舱刚度需要大,保证驾驶室不变形,保护驾驶者和乘客。此外,汽车不同地方用的材料刚度不一样,目标是保证安全的前提下,降低汽车重量,实现汽车轻量化。

参考文献:

[1]宋健,王伟玮,李亮,于良耀. 汽车安全技术的研究现状和展望[J]. 汽车安全与节能学报,2010,(02):98-106

[2]廖琪梅,李卓森. 汽车安全性的历史和现状[J]. 汽车技术,1998,(03):1-4+36-47.

[3]赵福全,吴成明,潘之杰,刘卫国,刘巍. 中国汽车安全技术的现状与展望[J]. 汽车安全与节能学报,2011,(02):111-121.

[4]溃缩吸能. 百度百科

[5]汽车之家. 越硬就越好吗?聊聊汽车上的吸能设计.

所有跟帖: 

Wikipedia 上图文并茂,把汽车吸能设计理念讲得更清楚 -basicenglish- 给 basicenglish 发送悄悄话 basicenglish 的博客首页 basicenglish 的个人群组 (64813 bytes) () 10/17/2017 postreply 19:44:56

1962 Cadillac (4500磅)对撞 2002 Cadillac (3800磅) -basicenglish- 给 basicenglish 发送悄悄话 basicenglish 的博客首页 basicenglish 的个人群组 (212 bytes) () 10/17/2017 postreply 20:01:02

为啥不把校车做成吸能的呢? -Tiger666- 给 Tiger666 发送悄悄话 Tiger666 的个人群组 (0 bytes) () 10/20/2017 postreply 19:37:43

吸能没错,但不光是转为热量而是变形,但是软硬都有个限度不是?如果能硬到不变型当然最好 -chinomango- 给 chinomango 发送悄悄话 chinomango 的博客首页 chinomango 的个人群组 (0 bytes) () 10/17/2017 postreply 19:56:21

仔细读读 Wikipedia 的内容,是该软的部分软、该硬的部分硬才最好 -basicenglish- 给 basicenglish 发送悄悄话 basicenglish 的博客首页 basicenglish 的个人群组 (212 bytes) () 10/17/2017 postreply 20:08:34

就怕该软的软了,该硬的硬不起来。(如用了某厂的名义上合格的材料) -coolwin- 给 coolwin 发送悄悄话 coolwin 的博客首页 coolwin 的个人群组 (0 bytes) () 10/17/2017 postreply 20:14:54

对有正常思维能力的人来说,啥材料都没关系,只要能在实际车祸中死亡率更低! -basicenglish- 给 basicenglish 发送悄悄话 basicenglish 的博客首页 basicenglish 的个人群组 (0 bytes) () 10/17/2017 postreply 20:19:15

仔细读读 Wikipedia 的内容,是该软的部分软、该硬的部分硬才最好 - basicenglish - -coolwin- 给 coolwin 发送悄悄话 coolwin 的博客首页 coolwin 的个人群组 (0 bytes) () 10/17/2017 postreply 22:15:48

冲撞中保护人体组织, 最好能软, 没有软的办法才用硬的。 -PrimeryColor- 给 PrimeryColor 发送悄悄话 PrimeryColor 的个人群组 (0 bytes) () 10/17/2017 postreply 21:01:25

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