主题：【讨论】后防撞钢梁重要么？某些日系车表现似乎.... -- 清水

那么结构的完整性相当的重要. 首先申明, 我既不是学汽车制造的, 也不是学材料的力学的. 仅仅是发表我自己的看法.

现在的汽车都是靠结构保证安全, 不再一味的靠重量和材料强度. 这种方式的极限就是f1. 每当f1出车祸的时候就是零件漫天飞, 车体撞的七零八碎. 发动机完全和车体分离也是非常常见的场景. 但是, 在f1这种高速高危的运动中, 车手死伤的比例确如此之小,而且F1赛车本身也是如此的小, 所谓缓冲区的空间也是非常的小. 但是在一部关于f1的纪录片中, 我了解到. f1赛车的结构就是被设计成如此. 乘员舱以外的零件在收到碰撞时迅速和车身分离, 但是成员舱确实异常的坚固. 正式如此, 我们很容易看见f1车尾引擎的部分指令破碎, 但是我从来没有看见过任何一个f1驾驶舱在比赛事故中出现过重大的形变. 就连当年赛纳以200公里每小时在弯道冲出赛道径直装上隔离墙的以致送命的那场事故, 他的驾驶舱也是基本完整的. 无奈速度实在是太快, 头部受到的冲击太大, 最后还是没有能幸免.

F1的例子说明了什么. 在现代车身安全中, 该硬的地方要硬, 该软的地方要软. 比如成员舱的地板大梁(车门下方的横梁以及横向的加强筋), a柱, b柱,c柱, 门里的防撞杆, 仪表盘前部和发动机舱相隔的部分, 以及尾部和车尾相隔的部分. 这些部分组成了一个完整的成员舱. 这个部分应该是整个车身中(除了发动机, 变速箱这些由于工作环境需要采用高密度高强度合金), 强度最高的(梁, 不是每个板子, 主要受力的部分). 其他的部分在车祸中都能支离破碎, 恰恰这个部分要保持足够的完整性. 不然的话, 不要说什么吸能, 成员在车祸中连生存的空间都没有. (车顶由于很少受到撞击, 所以一般都是轻材料.但是a,b,c柱应该有足够的强度, 再出现翻滚的时候, 保证成员头部的生存空间). 在拉力赛中常见的roll cage (防滚笼)也就是这个道理.

在下图中我们可以清楚的看见, 前部防撞杆, 吸能区. 车体的下部的加强筋, 侧面门里的防撞杆, 成员舱底部的横向加强筋.

现在的问题是讨论, 如果没有最前面的防撞杆(等同于没有车尾防撞杆, 被追尾), 在发生撞击的时候是个什么状态. 我们只讨论从前方撞击(等同于从后方被追尾), 侧面撞击和前后两个防撞杆联系不大, 就不讨论了.

如果撞击是100%正面碰撞, 就是说两个车一样大小, 车头一丝不差的正面碰撞了. 那么防撞杆后面的两个吸能区全部都起作用(也就是防撞杆后面左右纵向的两个大梁),形变吸能, 假如两个车没有前防撞杆, 而且撞的如此的精确, 那么大家的损失都差不多. 大梁对梁, 水箱对水箱等等. 加入两个车都有防撞杆, 那么首先是防撞杆相碰, 然后力量在到达水箱之前就已经传递到了两侧大梁. 如果撞击力量小, 说不定就停住. 如果力量足够大, 那么继续是两侧大梁继续形变, 水箱形变, 发动机支架形变, 甚至发动机形变.(发动机是高密度, 高强度铝合金. 因为要承受巨大的缸内压力, 所以在撞击中很少出现巨大形变. 都是连接发动机和车身的支架首先形变. 而且现在汽车都是设计发动机在受到撞击之后, 往下掉, 以免退入成员舱).

等等, 刚才说到了什么??? 力量传递?? 没错, 在我们上述理想状态下, 如果有防撞杆, 那么在碰撞的一瞬间, 防撞杆开始形变,力量同时会通过防撞杆传递到两侧吸能区上, 也就是说在碰撞的一瞬间, 左右的吸能区已经开始工作. 而且有可能在伤到内部零件之前就停止. 那么如果这种情况下如果一个车有防撞杆一个车没有, 是什么状况? 有防撞杆的一方瞬间防撞杆和两侧吸能区开始工作, 没有的一方, 几乎也是瞬间, 不过吸能是由大梁直接受到冲击, 不是来自防撞杆的传递, 正面和对方防撞杆接触的是水箱,后面是发动机. 如果速度低, 对方防撞杆, 大梁受损,我方水箱大梁受损. 如果速度高, 好像都差不多, 没啥区别, 两侧发动机都受损.不过有防撞杆的防撞杆还能吸收一部分能量, 似乎占了便宜.

可惜这种理想状态在现实中很少, 一般车祸都不可能是100%正面相撞, 而是相互有个交错. 也就是两个车撞击的重叠不到100%. 现在问题出来了. 假设一个车的右侧和一个车左侧迎面相撞. 重叠是50%. 一辆车有防撞杆, 另一辆没有. 那么有防撞杆的车在撞击的一瞬间,防撞杆开始形变, 由于防撞杆力的传递, 两侧吸能区都开始工作, 当然是靠近撞击区的这一侧受力更大, 形变更大, 那么另一侧形变不? 这个是肯定的. 因为防撞杆和两侧大梁是刚性连接的.也就是说这时两个吸能区都在工作. 再看没有防撞杆的这一辆. 由于没有防撞杆, 首先是被撞这一侧的大梁开始形变, 然后水箱, 发动机等等..... 那么没有受到直接撞击的另一侧呢? 形变不? 也是要的? 为什么, 不是没有防撞杆么? 是的, 但是发动机是通过发动机支架固定在两侧大梁上的.前轴也是, 当这两者收到冲击的时候, 两侧大梁都要受力. 那么吸能区有没有正确工作呢?? 没有!!!因为大梁的吸能是有一定的方向性的. 前面大梁的吸能主要靠的是形变的距离!!! 沿着纵向, 形变的距离更长, 吸收的能量最多.这时没有防撞杆, 几乎没有力是从纵向传播过来的. 都是通过支架, 前轴, 从侧面来得. 于是未受到直接撞击的一侧, 吸能区的效率大大下降, 几乎没有能够吸收太多的能量.如果这次碰撞的力量在一侧大梁吸能的范围只能, 那么皆大欢喜. 大梁发动机等等把能量吸收的差不多了. 那么成员舱基本没有形变(形变是肯定有的, 多少而已的, 都是刚性连接, 力是要传播的). 但是如果撞击的力量再大, 一侧已经不能完全吸收了怎么办??有防撞杆的车, 另一侧的吸能区还在工作(其实两边同时开始形变, 不一定同时结束,这里只是个比喻, 就是说能够比没有防撞杆的情况吸收更多的能量), 虽然不是两侧各吸收50%的能量, 但是总的来说, 通过防撞杆的力量传递, 另一侧能够吸取更多的能量, 一直到另一侧无法继续吸能之后, 或者是传递的力量无法在使另一侧继续形变之后, 这时剩余的能量都要靠成员舱来承受. 而没有防撞杆的一侧, 由于力量无法正确的传递到另一侧大梁, 所以总的撞击能量减去被撞这一侧的吸能区吸收的能量, 剩下的全部要靠成员舱承受!!!! 我们假设一侧吸能区能够吸取的能量是1, 防撞杆自身能够吸收0.1. 那么有防撞杆的车能量吸收是0.1+1+0.5(估算未直接碰撞一侧形变50%, 直接碰撞一侧形变100%), 没有防撞杆的就是吸能是1. (发动机已经零件形变吸收能量忽略不计). 由此可以看出, 防撞杆在高速碰撞的时候, 主要的作用是进行力的传导, 使两侧的吸能区更加均衡的工作, 最大可能的利用吸能区的形变, 吸收能量, 减小对成员舱的冲击.

说完了前面, 现在说后面. 后面的情况和前面基本是一致的. 不过要考虑的是, 追尾的时候, 一般的车前面都有防撞杆!!还有水箱, 发动机, 变速箱等等全车最最坚固的部件. 而被追尾的车后面乘客身后什么也没有, 只有一个空空的行李舱.这个时候, 如果没有后防撞杆进行力的传导, 充分利用两侧的吸能区减小对成员舱的冲击, 那么对于后排乘客的是致命的!!!由于没有充分的利用吸能区, 外加没有水箱形变, 发动机下坠等吸能方式,后面只有一层薄薄的铁皮. 从尾部到成员舱后部(c柱之后)的区域将迅速坍缩, 形变. 大部分能量直接作用在成员舱后部,大大加大了成员舱形变的可能性. 造成后排 乘客(一般后排都是坐的孩子!!!!!)的致命损伤!

所以, 综上所述, 前后的防撞杆在整个防撞体系中都是非常非常重要的,他们的存在, 保证了整个防撞结构的完整!在低速小能量碰撞的时候, 防撞杆通过自身的形变和力传导, 能够降低损失. 在高速致命的情况下, 能够将撞击的能量充分的分摊到两侧的吸能区, 最大程度的吸收撞击的能量,减小成员舱形变的可能性. 由此看来有防撞杆肯定是要比没有好, 而且好很多.

是不是有了防撞杆就高枕无忧??当然不是, 当撞击能量过大的时候, 也就是速度过快的时候. 什么样的车也救不了你. 开坦克也能被冲击力震死.所以安全驾驶才是最最主动的安全防护!

声明: 分析中关于防撞杆吸能的数据只是一个按比例估计的形象数字, 没有通过正统的力学计算. (但是可以肯定的是有肯定比没有吸收的更多, 不在于自身的形变而是力的传导!)

多谢大家关于动量守恒问题的指正. 最后这段我就删除啦. 几年没上物理, 知识都还给老师了, 真是惭愧啊....