越硬就越好吗？ 聊聊汽车上的吸能设计
[汽车之家 安全技术] 钢板越厚越安全，似乎这个“理论”已经根深蒂固于大多数人的心中，然而今天我们要说的是，其实现在的汽车更像是个“软蛋”，因为它在设计开发阶段就预先想好了在碰撞时应该如何正确地“受伤”，其目的只有一个就是提升被动安全性，所以下面我们就来聊聊汽车为什么“软”？以及“软”在哪里？
在前段时间我们对关于钢板厚度与安全性的问题进行了问卷调查，其中百分之四十多的人认为钢板厚度与碰撞安全性没有直接关系，而今天我们进一步探讨碰撞安全性，并且告诉您钢板越厚不代表安全性越高，甚至部分结构的“软”才能让汽车更安全。
● 什么！？最先“软”的不是日系车是奔驰？
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。那是不是日系品牌开创了碰撞吸能的设计理念呢？
比拉•巴恩伊出身于匈牙利一个很有名望的军官家庭，良好的家庭环境让他完成了维也纳大学机电工程系的学业，让家族骄傲的是比拉•巴恩伊一生有2000多项专利，这个数字是爱迪生发明专利数量的两倍。
他将车身分为三部分，乘员舱部分由刚性较强的材料构成，尽可能保证发生碰撞时不会变形，而乘员舱前后两个区域则是可以溃缩变形的缓冲区，用来吸收碰撞时的能量。1959年，奔驰将这样的设计应用在了第三代奔驰S级（W111）上，使它成为了历史首款具备碰撞吸能设计的车型。
基于比拉•巴恩伊的理念，随后的碰撞安全技术不断发展，这种“以柔克刚”的理念运用到了汽车各个部分的结构设计。通过不同的材料设计、结构设计，汽车能够在碰撞的一瞬间完成多项溃缩吸能的动作。下面我们就把这一瞬间分解开来，看看汽车在逐渐被撞扁的过程中都是哪些部件吸收了能量。
● 第一层防护——保险杠
提到碰撞安全性我们最先想到的也许就是保险杠，没错，一般来说在碰撞事故中保险杠是最先来承受撞击力的。了解老爷车的朋友一定知道，早期汽车的保险杠是由金属材质制成的，那为什么如今都改用了塑料材质？
如何没有保险杠的话，那么车辆可能因为一些轻微的碰撞就会损坏到车灯、散热水箱等比较重要的部件，维修成本相应的也会比较高，所以我们不能因为对行人伤害大就直接取消掉保险杠，而是通过结构的优化、材料的改善逐渐将其演化发展。
可以说塑料保险杠主要在车速较低的轻微碰撞或者与行人发生事故中发挥吸能作用，那如果事故再严重一点，更大的碰撞能量该怎么吸收呢？
● “吸能大法”——防撞梁与吸能盒
在早期的保险杠形式逐渐变成塑料的车身外观部件之后，其实汽车在保险杠的后面也演化了防撞梁和吸能盒设计。对于一般中低速度的碰撞事故，它们能够很好的化解掉碰撞能量，保护主要的车体结构。
在防撞梁与车身纵梁的连接处一般还会加装有吸能盒，普通吸能盒也是由钢板做成，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。
一般来说，汽车的前后防撞梁都会与吸能盒搭配出现，防撞梁较吸能盒的强度要更大一些，这是为了在碰撞时通过防撞梁更均匀地将冲击力分散到车身左右的纵梁上，提升被动安全性。
- 没有防撞梁的车是不是不安全？
当提到碰撞安全性时，很多朋友特别关心的是汽车有没有后防撞梁，他们认为没有防撞梁就不安全，其实这样的结论并不准确，因为这个问题需要分两个情况讲：一种情况是汽车从设计之初就是没有后防撞梁的，通过车身结构设计（例如强化车身尾部的结构）也能一定程度上实现防撞钢梁的作用，所以就不能以偏概全的说它们的安全性不如有防撞梁的车型，甚至有防撞钢梁的车型如果钢梁的设计不合理，其效果可能也是形同虚设；另一种情况是，一款车型在设计之初是有后防撞梁的，但后期却把它省掉了，而且省掉后没有相应地车身结构加强，那么肯定是对碰撞安全性有影响的。
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。
● 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
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。
● 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，如何让中央传动轴也跟着溃缩折断？在吉凯恩（GKN）公司提供的中央传动轴上，我们看到了一种碰撞吸能的解决方案。
除了通过传动轴的溃缩来吸能能量，其实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。
● 转向柱溃缩、断裂设计
方向盘、转向柱等转向系统部件在车辆行驶过程中发挥着不可或缺的转向功能，然而在碰撞事故中它也有可能扮演着杀手的角色。因为在车辆受到剧烈的撞击时，驾驶者的身体往往会因为巨大的减速度而向前倾，头部或者胸部便会和方向盘发生碰撞。
除了安全气囊的保护，其实转向系统中的转向柱是别有乾坤的，它能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。
● “断=安全”——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。
为了避免油门踏板在正常行驶时断裂而发生危险事故，其断裂时的受力上限必须经过合理的设计，并且国家在这一方面也推荐了相应的行业标准。
● 总结
除了安全带、安全气囊，在被动安全设计中其实很大一部分得益于车身结构的溃缩、折断吸能，例如我们所讲到的防撞梁、吸能盒、发动机舱盖、中央传动轴等等都体现出了这样的设计理念。在目前的大多数汽车上几乎都具备这些典型的吸能设计，当然，随着材料科学的发展，相信我们未来能在汽车上找到更多具备吸能作用的零部件。这就如同中国自古传承“以柔克刚”的武术哲学，汽车也是通过自身“软”使车身结构在撞击力的作用下进行合理地诱导变形、断裂，也正是因为这样的“软”才能在碰撞时更好地保护车内的驾乘人员。所以，相信以后再提及是不是越硬越安全的话题时，我们心中都会有自己正确的判断。（汽车之家 文/图 夏志猛 部分图片来自于网络）
