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主题:【讨论】后防撞钢梁重要么?某些日系车表现似乎.... -- 清水

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    • 家园 既然现在的车都是靠车身结构保证安全

      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.

      点看全图

      外链图片需谨慎,可能会被源头改

      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....

      通宝推:九三年,
      • 家园 这篇咚咚煽惑师奶买日车绝对没问题了~

        尤其是红字部分,绝对煽情!

        不过,对付工科男,还要加把力才行~

      • 家园 写这么多,辛苦辛苦!实在有料,宝推宝推,鼓掌鼓掌

        最近铁手优惠酬宾,宝推花两宝送一宝大返利,多谢多谢

        • -- 系统屏蔽 --。
      • 家园 还有一点,其实车后箱的安全性相对容易保证

        车头有发动机,变速箱等超级硬的东西,这些东西不是车体的一部分,不增加车体刚性。碰撞时还因为特别硬,吃掉了宝贵的溃缩空间,要专门设计溃缩线路。

        后舱就没有这样的问题,行李箱很大,有足够设计自由度来达到理想的碰撞特性。而且后部不是想象的那样软:后悬挂那块的地方还是车体的主承力点,绝对不会软。除非设计师有意谋财害命胡乱设计,不然的话后部安全设计比车头容易的太多...

      • 家园 如果有不同的车体设计,就不能单看后防撞杆了

        比如行李箱后边缘造的足够粗壮,可以替代防撞杆(或者说是整体式后防撞杆)。而且作为车体的整体结构,加强整车刚性。

        个人觉得后防撞杆这个问题,比较搞。因为不知道每个车体的设计理念和实现方法,有些技术细节实在不能直接比。

        就好像说看着人脑袋大所以他聪明或者intel的cpu频率高所以速度快...其实很难讲

      • 家园 我也来挑个刺哈!

        你说能量守恒是对的,动量在任何情况下都是守恒的,只有动能在一般情况下是不守恒的.

      • 家园 够详细,超级分析,学习。

        虽然此视频只是简单的防撞梁比对,没有框架力学等详细分析,但在国内也引起较大反响。

        中国人家庭成员较多,亲属多做在后排,在加上国人开车也比较猛,你守规矩了后面的不一定啊,后面少个防撞梁消费者心理应该是不太舒服的。

      • 家园 基本正确,不过动量守恒是不需要刚性碰撞的。

        飞行员应该是对的。

        • 家园 碰之前要两头都要硬,碰之后又不要刚性碰撞?
          • 家园 吸能不能单单以软硬来衡量

            如果吸能区太软, 那么能够吸收的能量很少. 很小的力就能使吸能区产生形变. 如果吸能区太硬, 比如和乘员舱的强度相同. 那么两个部分几乎会同时形变(刚性连接).没有起到吸能区的作用. 之隔吸能区到底在什么时候开始形变是和每个车的结构设计, 材料的使用都有很大的关系. 不能单单说比谁软比谁硬.

            但是简单来说, 比如日本车, 如果乘员舱的强度材料和结构强度小于欧洲和美洲车, 那么他的吸能区必定要做的比乘员舱更"软". 不然就没有了吸能的作用. 如果甚至反过来, 那么乘员舱就成了吸能区.(只是如果, 日本车的具体数据未知!!)

            所以在撞墙的碰撞试验中, 由于只有车本身形变, 所以不管吸能区相对比较"软"的或者是比较"硬"的, 都能取得很好的成绩. 但是车和车碰撞的时候, 就有比较大的差别.

            我还是说, 防撞杆的主要作用并不是硬度. 然后力的传导, 使得左右两侧纵向大梁的吸能区能够充分的工作. 同时也能一定程度上的吸收撞击能量. 特别是在低速碰撞的时候, 将损失降低.但是如果防撞杆太"软", 那么在能够充分传递能量之前, 其结构已经严重变形, 无法再起到作用.所以我推测, 防撞杆的强度和吸能区差不多, 或者只弱一点.(我想如果弱一点, 不会在低速碰撞的时候, 立刻导致两侧大梁的形变)

            以上的分析纯属推测, 我本身不是工程师, 没有进行正规的力学计算. 静等大牛科普.

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