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汽車被動安全：TA真的很努力！
2019-09-14 20:13:39· 來源：汽車大漫談 作者：漫談君
注意安全，這是老司機們出門的時候，被囑咐的最多的一句話，不要看到小姐姐就光顧開車了，安全第一！開車誠可貴，生命價更高??！開車注意安全，一定要記住了！被
“注意安全”，這是老司機們出門的時候，被囑咐的最多的一句話，不要看到小姐姐就光顧開車了，安全第一！開車誠可貴，“生命”價更高?。￠_車注意安全，一定要記住了！
被動安全裝置是指在交通事故發(fā)生后能盡量減小人身損傷的安全裝置，包括對乘客和行人的保護，被動安全裝置不能防止或避免事故的發(fā)生，但是，它們可以在事故發(fā)生時，最大程度地減輕人身傷害程度。
影響車輛被動安全性能的零部件主要包括車身結(jié)構(gòu)、安全約束系統(tǒng)(安全帶、安全氣囊)、座椅、門鎖等多個分系統(tǒng)，文中將主要從車身結(jié)構(gòu)及安全約束系統(tǒng)兩方面闡述被動安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作原理。
一、 車身硬件結(jié)構(gòu)
堅實穩(wěn)固的被動安全是保護人身財物安全最重要的系統(tǒng)，而安全的車身結(jié)構(gòu)是所有被動安全設(shè)施的基礎(chǔ)，也是車內(nèi)最后一道防線。
1、汽 車車身結(jié)構(gòu)的分類
一般來說，車身結(jié)構(gòu)被分為以下幾種類型:
1）非承載式車身
非承載式車身是不參與承載重量的車身，這種車身通過多個橡膠墊沿車身安裝在大梁上，橡膠墊可以吸收以及緩沖來自不平路面的沖擊和振動，從路面、發(fā)動機、轉(zhuǎn)向機構(gòu)、傳動機構(gòu)、懸架等傳來的振動不會直接傳給車身,從而提高駕乘者的舒適度。
2） 承載式車身
承載式車身的上半部分和底部框架被加工成一個整體，保證了質(zhì)量效益和結(jié)構(gòu)牢固，相比同級別其他車通常采用的上下分離式車身結(jié)構(gòu)，承載式車身為車輛性能和抗撞擊性打下了良好的基礎(chǔ)，承載式車身在其車身結(jié)構(gòu)中大量使用高強度鋼材。
3）半承載式車身
這是一種介于非承載式車身和承載式車身之間的車身結(jié)構(gòu),因此被稱為半承載式車身，它的車身本體與底架用焊接或螺栓剛性連接,加強了部分車身底架而起到一部分車架的作用，例如發(fā)動機和懸架都安裝在加固的車身底架上，車身與底架成為一體共同承受載荷，這種形式實質(zhì)上是一種無車架的承載式車身結(jié)構(gòu)。
因此，通常人們只將汽車車身結(jié)構(gòu)劃分為非承載式車身和承載式車身。
2、安全車身的特點
安全車身是在這三種車身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，有針對性的對其安全性進行改進與優(yōu)化。在事故調(diào)查中，正面及側(cè)面碰撞造成乘員死亡的比例是最大的(如圖所示，35％的死亡事故是由側(cè)面碰撞所產(chǎn)生，而正面碰撞的比例則多達到40％)。
經(jīng)計算可知，在車速80km/h發(fā)生碰撞時，這部分能量占總碰撞能量的70％。因此，在發(fā)生正面碰撞時，車身前部結(jié)構(gòu)吸能與車室變形關(guān)系重大，所以，首先應(yīng)該對汽車車身前部和側(cè)面結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。
安全車身應(yīng)該包括前后碰撞變形區(qū)和高強度乘員艙，前后碰撞變形區(qū)應(yīng)擁有柔軟的吸能區(qū)，吸能區(qū)在正面碰撞中變形越大，對于碰撞能量的吸收就越多，產(chǎn)生二次碰撞的能量也就越小，可以盡可能小的避免撞擊力傳到乘員艙中。
同 時，應(yīng)采用高強度乘員艙，保證碰撞后乘員艙的有效空間，避免乘員受到擠壓，減少乘員受傷的危險，特別是在遭受側(cè)面碰撞時，由于轎車側(cè)面與外界只有一扇車門之隔，因此車門的抗沖擊能力和乘員艙的框架強度成為保護乘員的根本。
對于正面碰撞時的保護，可以在以下方面對前后碰撞變形區(qū)進行改進：利用汽車前部的壓潰變形吸收能量，以緩解碰撞加速度，汽車前部(特別是縱梁)常設(shè)計威S形縱梁或Y形縱梁。
而對于提高側(cè)面抗撞能力可采用以下措施：
除此之外，車身的材料對其安全性同樣起的非常重要的作用。如下圖所示安全車身結(jié)構(gòu)通過使用不同強度的鋼材（圖中不同顏色代表不同強度鋼材），將車身的前后分為多個變形吸能區(qū)域，乘員艙用高強度鋼，保證其強度，在側(cè)面增加了更高強度鋼的加強筋，將側(cè)面碰撞力有效地轉(zhuǎn)移到車身具有保護作用的梁、柱、地板、車頂及其他部件，使撞擊力被這些部件分散、吸收，從而極大限度地把可能造成的損害降低到最小程度。
安全車身通過吸能變形區(qū)的設(shè)計，讓車體的前部在碰撞時吸收大部分能量，讓堅固的乘員艙盡量減少變形以避免乘員受到擠壓。最重要的是要使以下三種情況得到保證：
1）發(fā)生碰撞后乘員艙的變形量極小或者不變形車身前部變形明顯
發(fā)動機蓋向上翹彎，葉子板也向兩旁彎曲，發(fā)動機室里的機件則向上方及兩側(cè)移動，惟獨不朝客艙的方向潰縮。
2）碰撞后車門是否能順利打開
車廂的剛性結(jié)構(gòu)，在將傳至乘員的沖擊力 減小的同時也使車廂的變形減至最小。這樣能夠保護乘員艙的完整性及保護乘員安全逃離，既要防止汽車發(fā)生側(cè)面碰撞時車門自動打開，又要保證碰撞后車門能夠容易開啟，以利于乘員的車外救護。
3）能量吸收機構(gòu)是否可以降低對成員造成二次碰撞的撞擊力
把沖撞力切斷、吸收，再經(jīng)由整體式車身，把力量均勻分散至車身各部分骨架。現(xiàn)代車身的安全設(shè)計以自我犧牲的方式，當(dāng)車子在重撞擊的瞬間，盡可能降低內(nèi)部空間的變型程度，最大限度保護座艙中的駕乘者。
二、可靠的內(nèi)部軟件
汽車被動安全系統(tǒng)的作用是在碰撞過程中減少對乘員的傷害，而安全約束系統(tǒng)直接與乘員相接觸，其性能直接決定了乘員的受傷害程度，基于整車結(jié)構(gòu)耐撞性，提高安全約束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性是提高整車被動安全性能的關(guān)鍵，安全約束系統(tǒng)主要包括安全帶和安全氣囊。
1、安全帶
汽車安全帶是安全約束系統(tǒng)的重要組成部分之一。國內(nèi)生產(chǎn)的車型安全氣囊均是作為輔助系統(tǒng)配合安全帶共同使用，起到保護乘員、降低傷害風(fēng)險的作用。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明。佩戴安全帶將使發(fā)生碰撞事故時乘員的傷亡概率大大降低。
安全帶對乘員的保護原理如下：當(dāng)發(fā)生碰撞事故時，安全帶根據(jù)乘員的姿態(tài)收緊或束縛乘員在座椅上，避免乘員與座椅分離，保護乘員的頭部、胸部不至于向前撞到方向盤、儀表板等零件上，避免乘員受到二次傷害。
1）安全帶工作原理
當(dāng)車輛減速度達到0.45G(或者車輛傾斜角度大于27°)時，敏感鋼球滾動頂起車感臂，車感臂尖與圓盤外齒接觸，圓盤外齒停止轉(zhuǎn)動而芯軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動，棘爪沿圓盤外齒上孔的軌跡 伸出，鎖在支架齒上； 當(dāng)車輛傾斜角度小于12°時，敏感鋼球不得滾動，卷收器不得鎖止。
當(dāng)在往織帶拉出方向以大于等于2.0G的加速度拉出織帶時，帶感擺輪相對圓盤外齒轉(zhuǎn)動，尖端卡在右端蓋上，進而圓盤外齒停止轉(zhuǎn)動，棘爪沿圓盤外齒上孔的軌跡伸出，鎖在支架齒上，達到鎖止目的。
當(dāng)以小于0.8G的加速度拉出織帶時，帶感擺輪不得擺起，卷收器不得鎖止。 當(dāng)卷收器鎖止時在織帶拉出方向加載，力值小于等于14700 N，卷收器不得破壞而失去鎖止功能。
2） 安全帶分類
A. 三點式安全帶
最普通的安全帶
B. 限力式安全帶
相對于普通三點式安全帶，限力式增加了限力桿，限力桿的作用是：在緊急鎖止后乘員前傾的過程中，由于限力桿的扭轉(zhuǎn)，織帶會慢慢被釋放，而釋放的速度取決于所選的限力桿的規(guī)格力值，需要匹配安全氣囊的充氣時間以及乘員胸部可以承受的壓力等綜合因素來平衡取舍。
C. 單預(yù)緊式安全帶
單預(yù)緊式安全帶相對限力式多了一項預(yù)緊功能，通常為肩部預(yù)緊，在設(shè)計安全帶時，為了保證乘員在正常行駛過程中的舒適性，通過設(shè)定適當(dāng)?shù)木砘闪?，使織帶佩戴在乘員身上時不會感覺到太強的束縛感，即預(yù)留了一定長度的活動空間。
所謂預(yù)緊，是指當(dāng)發(fā)生碰撞時，織帶會迅速回卷一部分，消除安全帶與乘員之間的間隙，以使乘客牢牢地被束縛在座椅上，后續(xù)再通過限力作用慢慢釋放織帶，以使胸壓量維持在一個適當(dāng)?shù)牧χ怠?/div>
預(yù)緊限力式安全帶
2、安全氣囊
汽車安全氣囊作為影響汽車被動安全性的重要組成部分。隨著汽車被動安全性能的提升而逐步發(fā)展。氣囊與安全帶的密切配合可大大降低事故發(fā)生時乘員的傷害指數(shù)。
正面氣囊可以減輕駕駛員面部的傷害，側(cè)面氣囊則可以很好地保護乘員的頭部和側(cè)面，膝部氣囊主要起保護乘員腿部的作用。
根據(jù)目前市面車輛的統(tǒng)計情況，正面氣囊及側(cè)面氣囊已基本普及，而膝部氣囊則多數(shù)應(yīng)用在較高端車型上，某款高端SUV(Spots Utility Vehicle)車型配備了前排雙膝部氣囊，這在國內(nèi)的量產(chǎn)車型中不多見，大部分配備膝部氣囊的車型均是主駕駛位置。
1） 安全氣囊工作原理
在發(fā)生一次碰撞后、二次碰撞前，瞬間在乘員和汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間打開一個充滿氣體的氣袋，乘員在慣性的情況下身體某個部位撲在氣囊上，然后通過氣袋的排氣孔釋放氣體，在氣體釋放的過程中吸收乘員的動能，達到保護乘員的目的。
碰撞傳感器接收到汽車碰撞強度信息并將其傳給ECU(Electronic Contml Unit)，ECU接收信息后進行判斷，當(dāng)判斷需要打開氣囊時，發(fā)出點火信號觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點火后迅速產(chǎn)生大量氣體，在乘員與汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間形成一個充滿氣體的氣袋，使乘員在發(fā)生碰撞事故時，身體與柔軟的氣袋相接觸，達到減少傷害、保護乘員安全的目的。
2）氣囊構(gòu)成組分
安全氣囊主要由氣體發(fā)生器、氣袋、碰撞傳感器和控制單元(ECU)組成。
三、結(jié)語
被動安全系統(tǒng)是一套復(fù)雜的體系，在新車型的研發(fā)過程中，需要通過CAE分析、滑臺試驗、實車碰撞試驗、標(biāo)定等進行多個數(shù)據(jù)的采集、分析、整理，找出適合所開發(fā)車型的最優(yōu)匹配方案，只有各個子系統(tǒng)協(xié)同工作，才能發(fā)揮最大的保護作用。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，車輛的安全性能也將越來越高，除了汽車被動安全系統(tǒng)的性能提升，在主動安全系統(tǒng)方面，各主機廠和零部件廠商也在加緊進行研發(fā)和突破，包括ESC(Electronic Stability Controller)、主動剎車系統(tǒng)等，已越來越多地應(yīng)用于新型乘用車上。
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