車網中國 綜合新聞 車身結構的設計，對于汽車安全性，到底有怎樣的影響?本文就以汽車在百年歷程中的安全性變革和車身結構的變化為例，解讀車身設計的重要性。汽車的安全性不是以鋼板的厚薄，或是車身的重量大小來評判，優良的車架結構才是汽車被動安全的最終保障。

讓我們從汽車誕生開始談起。汽車的安全性在百年的發展歷程中，是越來越被看重的一環，在汽車剛剛誕生的年代，由于內燃機技術的限制，汽車的時速并不比馬車快上多少，汽車的車身結構，也脫胎于馬車。
 

1912年的福特T型車，車身采用非承載式結構，引擎、前后軸都和車底的大梁相連。駕駛者的坐姿跟當年的馬車類似。T型車由于低廉的售價，獲得了空前的成功，從某種意義上講，他解放了馬車，但是那個年代對于汽車的安全性概念幾乎為零。T型車以現今的安全角度去看，是一輛風險系數極高的車。
 

1920年的勞斯萊斯，采用大梁式的非承載式車身設計，這樣的設計雖然能讓車子的底盤擁有不錯的強度，但車身依然脆弱。如果發生碰撞，引擎會直接沖進駕駛室，雖然出現了和今天的汽車相似的A，B，C柱設計，但在事故中車身脆弱的結構根本無法保證駕駛室的安全。這個年代的汽車，注重的是豪華，馬力，汽缸數量，安全性依然是被忽略的一環。
 

汽車的安全性開始得到重視是在上個世紀50年代以后，奔馳W111是第一個擁有碰撞吸能區設計的車型，第一次將車身劃分為剛性區域和吸能變形區域，在碰撞發生時，剛性較弱的吸能區域首先變形吸收碰撞的能量，而乘員區域為剛性較強的區域，則不易發生變形。
 

汽車史上的第一次碰撞試驗，時間為1959年9月10日。測試車型正是奔馳W111，當年的碰撞測試以噴氣引擎驅動汽車正面碰撞硬質壁障，已經具備了今天碰撞測試的雛形。由于碰撞測試的引入，汽車安全性方面的研發開始加速，安全帶，可潰縮的轉向機構，安全氣囊相繼出現。
 

奔馳W111的車體結構示意，引擎倉和尾箱部分，均采用強度較低的吸能區設計，而乘坐倉則經過特別的強化。這樣的設計已經具備了現代轎車車身結構的雛形。
 

美國車給人以寬大厚實安全的印象，但上世紀50年代的車型安全性卻不容樂觀，這臺1959年雪佛蘭汽車在現代碰撞測試標準中表現讓人失望。由此可見空有厚實的外殼，對于安全性能也毫無幫助。
 

隨著上世紀80年代計算機技術的迅速發展，也推動了汽車安全性的革新，借助計算機強大的運算能力，可以實現虛擬的車身強度和安全性研發。模擬碰撞試驗能讓汽車的研發成本更低，更加安全和高效。
 

【計算機模擬碰撞示意】
 

有限元分析軟件，能有效的模擬車架在受力情況下的反應，這為汽車車架構造的設計提供了很大的便利和幫助。以往需要耗費大量時間和財力才能獲得的數據，如今只需要幾個小時就能獲得精確的數據，大大縮短了研發的周期。
 

隨著計算機技術，焊接工藝，材料技術的提升，現代汽車的車身設計更加科學，非承載式車身變為了更加合理的承載式車身，讓車架成為一個整體而不像過去那樣底盤和車身分開。合理的力學分析讓車架能有效分解碰撞時的能量，上圖為豐田的GOA車身。
 

汽車的車身設計近年來提升非常明顯，上圖為上世紀九十年代的帕薩特和捷達在碰撞測試中的表現，可以看到車架的形變量是非常明顯，即使采用了剛性與吸能區結合的車架設計，但當年的材料和制造工藝依然無法讓人滿意。
 

2006款帕薩特(邁騰)在相同的碰撞測試中的表現，相對于上世紀90年代的車型，A柱在碰撞中幾乎沒有形變，從帕薩特的安全性提升上，能看到十年間汽車安全性的變革。
 

邁騰合理的車架設計及高剛度鋼材的使用還有先進的制造工藝，都是其安全性能提升的緣由。國外的測試表明邁騰的車身抗扭剛性達到了32400Nm/degree，這樣的數據表明邁騰的車架剛性是非常優秀的。
 

本田奧德賽使用本田的G-CON安全車身技術，其車身架構設計可以作為一個優秀的案例，紅色部分采用高強度的鋼板，黃色部分強度略低，綠色箭頭表明了再發生碰撞時撞擊力的傳遞方向。A柱，B柱和車底均采用高強度的鋼板沖壓制造，將形變控制在最低的水平。奧德賽在碰撞測試中也獲得不俗的成績。
 

本田飛度采用ACE設計理念，前部吸能區設計了兩個Y字形結構，它可以有效的將正面撞擊的能量進行均勻分配，將沖擊力更好的吸收到車輛上部和下部的車身結構中。(圖中藍色箭頭為能量預設分散方向)
 

馬自達3H高強度車身架構不僅使用在馬自達車型上，連福克斯這樣的歐系車也從中獲益，上圖為第二代福克斯(國內經典福克斯)的3H車身架構，福克斯的安全性能也得到了市場的認可。
 

如今越來越多的車型使用先進的三層籠式車身結構，如上圖所示，車架的主要受力結構采用三層鋼板沖壓，三層鋼板由外到內強度逐級提升，最里層(右側箭頭)材質為強度和厚度最高硼鋼板。
 

汽車安全性不僅是結構上的變化，材質上也在發生著變化，上圖是奧迪A8的ASF全鋁車身，鋁合金比同等強度的鋼材更輕，在不減弱車架強度的同時能有效減輕車身的重量，而車身重量越輕，不僅能讓動態表現更好，更節油，在發生碰撞時產生的能量也越小，也就是說車子會更加安全。
 

復合材質的一體式車架設計目前已經廣泛使用到超級跑車上，這種結構的強度遠遠高于目前普通家用轎車的車身結構，但高昂的造價限制了其運用范圍，相信以后會有更多的車型用上這項科技。
 

McLaren MP4-12C的車身結構，駕駛倉類似浴盆的設計，在發生事故時能最大限度的保證駕駛艙的完好。
 

寶馬在全新7系上開始使用CFRP、鋼、鋁材質制造車架，在保證高鋼性的同時實現輕量化，實現了車輛的被動安全性，經濟性，動態表現的多贏，或許將成為未來汽車車身制造工藝發展的一個方向。
 

美國的IIHS曾經做過一次跨越50年的汽車碰撞測試對比，從中也可以看到汽車安全性能在半個世紀中得到的提升，兩臺雪佛蘭轎車，分別誕生于1959年和2009年。
 

1959年的雪佛蘭Bel Air在碰撞后車頭陷入了駕駛艙，A柱嚴重扭曲，車門嚴重變形根本無法打開，厚厚的引擎蓋沒有任何形變，駕駛者必定兇多吉少。而2009年的雪佛蘭Malibu雖然車頭損失慘重，發動機已經下沉，但駕駛艙完好無損，A柱保持完好，車門可以順利打開，引擎蓋彎折，這樣的碰撞中駕駛者生還希望很大。
 

最后總結：汽車安全性的百年發展是汽車制造水平和制造理念不斷變化的集中體現，汽車的被動安全性的核心來自于優秀的車架設計，鋼板厚薄論是不具備科學依據的。