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汽車(chē)被動(dòng)安全：TA真的很努力！

2019-09-14 20:13:39·  來(lái)源：汽車(chē)大漫談  作者：漫談君  
　
注意安全，這是老司機(jī)們出門(mén)的時(shí)候，被囑咐的最多的一句話，不要看到小姐姐就光顧開(kāi)車(chē)了，安全第一！開(kāi)車(chē)誠(chéng)可貴，生命價(jià)更高啊！開(kāi)車(chē)注意安全，一定要記住了！被
“注意安全”，這是老司機(jī)們出門(mén)的時(shí)候，被囑咐的最多的一句話，不要看到小姐姐就光顧開(kāi)車(chē)了，安全第一！開(kāi)車(chē)誠(chéng)可貴，“生命”價(jià)更高?。￠_(kāi)車(chē)注意安全，一定要記住了！ 
 
被動(dòng)安全裝置是指在交通事故發(fā)生后能盡量減小人身?yè)p傷的安全裝置，包括對(duì)乘客和行人的保護(hù)，被動(dòng)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(shí)，最大程度地減輕人身傷害程度。
 
影響車(chē)輛被動(dòng)安全性能的零部件主要包括車(chē)身結(jié)構(gòu)、安全約束系統(tǒng)(安全帶、安全氣囊)、座椅、門(mén)鎖等多個(gè)分系統(tǒng)，文中將主要從車(chē)身結(jié)構(gòu)及安全約束系統(tǒng)兩方面闡述被動(dòng)安全系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及工作原理。
 
一、 車(chē)身硬件結(jié)構(gòu)
堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的被動(dòng)安全是保護(hù)人身財(cái)物安全最重要的系統(tǒng)，而安全的車(chē)身結(jié)構(gòu)是所有被動(dòng)安全設(shè)施的基礎(chǔ)，也是車(chē)內(nèi)最后一道防線。
1、汽 車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)的分類
 一般來(lái)說(shuō)，車(chē)身結(jié)構(gòu)被分為以下幾種類型:
1）非承載式車(chē)身
非承載式車(chē)身是不參與承載重量的車(chē)身，這種車(chē)身通過(guò)多個(gè)橡膠墊沿車(chē)身安裝在大梁上，橡膠墊可以吸收以及緩沖來(lái)自不平路面的沖擊和振動(dòng)，從路面、發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、懸架等傳來(lái)的振動(dòng)不會(huì)直接傳給車(chē)身,從而提高駕乘者的舒適度。
2） 承載式車(chē)身
承載式車(chē)身的上半部分和底部框架被加工成一個(gè)整體，保證了質(zhì)量效益和結(jié)構(gòu)牢固，相比同級(jí)別其他車(chē)通常采用的上下分離式車(chē)身結(jié)構(gòu)，承載式車(chē)身為車(chē)輛性能和抗撞擊性打下了良好的基礎(chǔ)，承載式車(chē)身在其車(chē)身結(jié)構(gòu)中大量使用高強(qiáng)度鋼材。
3）半承載式車(chē)身
 這是一種介于非承載式車(chē)身和承載式車(chē)身之間的車(chē)身結(jié)構(gòu),因此被稱為半承載式車(chē)身，它的車(chē)身本體與底架用焊接或螺栓剛性連接,加強(qiáng)了部分車(chē)身底架而起到一部分車(chē)架的作用，例如發(fā)動(dòng)機(jī)和懸架都安裝在加固的車(chē)身底架上，車(chē)身與底架成為一體共同承受載荷，這種形式實(shí)質(zhì)上是一種無(wú)車(chē)架的承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)。
因此，通常人們只將汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)劃分為非承載式車(chē)身和承載式車(chē)身。
2、安全車(chē)身的特點(diǎn)
安全車(chē)身是在這三種車(chē)身結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的對(duì)其安全性進(jìn)行改進(jìn)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(dá)到40％)。
經(jīng)計(jì)算可知，在車(chē)速80km/h發(fā)生碰撞時(shí)，這部分能量占總碰撞能量的70％。因此，在發(fā)生正面碰撞時(shí)，車(chē)身前部結(jié)構(gòu)吸能與車(chē)室變形關(guān)系重大，所以，首先應(yīng)該對(duì)汽車(chē)車(chē)身前部和側(cè)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
安全車(chē)身應(yīng)該包括前后碰撞變形區(qū)和高強(qiáng)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(duì)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(shí)，應(yīng)采用高強(qiáng)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(xiǎn)，特別是在遭受側(cè)面碰撞時(shí)，由于轎車(chē)側(cè)面與外界只有一扇車(chē)門(mén)之隔，因此車(chē)門(mén)的抗沖擊能力和乘員艙的框架強(qiáng)度成為保護(hù)乘員的根本。
對(duì)于正面碰撞時(shí)的保護(hù)，可以在以下方面對(duì)前后碰撞變形區(qū)進(jìn)行改進(jìn)：利用汽車(chē)前部的壓潰變形吸收能量，以緩解碰撞加速度，汽車(chē)前部(特別是縱梁)常設(shè)計(jì)威S形縱梁或Y形縱梁。
 
而對(duì)于提高側(cè)面抗撞能力可采用以下措施：
除此之外，車(chē)身的材料對(duì)其安全性同樣起的非常重要的作用。如下圖所示安全車(chē)身結(jié)構(gòu)通過(guò)使用不同強(qiáng)度的鋼材（圖中不同顏色代表不同強(qiáng)度鋼材），將車(chē)身的前后分為多個(gè)變形吸能區(qū)域，乘員艙用高強(qiáng)度鋼，保證其強(qiáng)度，在側(cè)面增加了更高強(qiáng)度鋼的加強(qiáng)筋，將側(cè)面碰撞力有效地轉(zhuǎn)移到車(chē)身具有保護(hù)作用的梁、柱、地板、車(chē)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(chē)身通過(guò)吸能變形區(qū)的設(shè)計(jì)，讓車(chē)體的前部在碰撞時(shí)吸收大部分能量，讓堅(jiān)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(chē)身前部變形明顯
發(fā)動(dòng)機(jī)蓋向上翹彎，葉子板也向兩旁彎曲，發(fā)動(dòng)機(jī)室里的機(jī)件則向上方及兩側(cè)移動(dòng)，惟獨(dú)不朝客艙的方向潰縮。
 
2）碰撞后車(chē)門(mén)是否能順利打開(kāi)
車(chē)廂的剛性結(jié)構(gòu)，在將傳至乘員的沖擊力 減小的同時(shí)也使車(chē)廂的變形減至最小。這樣能夠保護(hù)乘員艙的完整性及保護(hù)乘員安全逃離，既要防止汽車(chē)發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)車(chē)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，又要保證碰撞后車(chē)門(mén)能夠容易開(kāi)啟，以利于乘員的車(chē)外救護(hù)。
3）能量吸收機(jī)構(gòu)是否可以降低對(duì)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(chē)身，把力量均勻分散至車(chē)身各部分骨架?，F(xiàn)代車(chē)身的安全設(shè)計(jì)以自我犧牲的方式，當(dāng)車(chē)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(hù)座艙中的駕乘者。
 
二、可靠的內(nèi)部軟件
汽車(chē)被動(dòng)安全系統(tǒng)的作用是在碰撞過(guò)程中減少對(duì)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(chē)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(chē)被動(dòng)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(chē)安全帶是安全約束系統(tǒng)的重要組成部分之一。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的車(chē)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(hù)乘員、降低傷害風(fēng)險(xiǎn)的作用。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明。佩戴安全帶將使發(fā)生碰撞事故時(shí)乘員的傷亡概率大大降低。
安全帶對(duì)乘員的保護(hù)原理如下：當(dāng)發(fā)生碰撞事故時(shí)，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(hù)乘員的頭部、胸部不至于向前撞到方向盤(pán)、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(chē)輛減速度達(dá)到0.45G(或者車(chē)輛傾斜角度大于27°)時(shí)，敏感鋼球滾動(dòng)頂起車(chē)感臂，車(chē)感臂尖與圓盤(pán)外齒接觸，圓盤(pán)外齒停止轉(zhuǎn)動(dòng)而芯軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪沿圓盤(pán)外齒上孔的軌跡 伸出，鎖在支架齒上； 當(dāng)車(chē)輛傾斜角度小于12°時(shí)，敏感鋼球不得滾動(dòng)，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(shí)，帶感擺輪相對(duì)圓盤(pán)外齒轉(zhuǎn)動(dòng)，尖端卡在右端蓋上，進(jìn)而圓盤(pán)外齒停止轉(zhuǎn)動(dòng)，棘爪沿圓盤(pán)外齒上孔的軌跡伸出，鎖在支架齒上，達(dá)到鎖止目的。
當(dāng)以小于0.8G的加速度拉出織帶時(shí)，帶感擺輪不得擺起，卷收器不得鎖止。 當(dāng)卷收器鎖止時(shí)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(diǎn)式安全帶
最普通的安全帶
B. 限力式安全帶
相對(duì)于普通三點(diǎn)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(guò)程中，由于限力桿的扭轉(zhuǎn)，織帶會(huì)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(shí)間以及乘員胸部可以承受的壓力等綜合因素來(lái)平衡取舍。
C. 單預(yù)緊式安全帶
單預(yù)緊式安全帶相對(duì)限力式多了一項(xiàng)預(yù)緊功能，通常為肩部預(yù)緊，在設(shè)計(jì)安全帶時(shí)，為了保證乘員在正常行駛過(guò)程中的舒適性，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)木砘闪Γ箍棊宕髟诔藛T身上時(shí)不會(huì)感覺(jué)到太強(qiáng)的束縛感，即預(yù)留了一定長(zhǎng)度的活動(dòng)空間。
所謂預(yù)緊，是指當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，織帶會(huì)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(guò)限力作用慢慢釋放織帶，以使胸壓量維持在一個(gè)適當(dāng)?shù)牧χ怠?/div>
預(yù)緊限力式安全帶
2、安全氣囊
汽車(chē)安全氣囊作為影響汽車(chē)被動(dòng)安全性的重要組成部分。隨著汽車(chē)被動(dòng)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(shí)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(hù)乘員的頭部和側(cè)面，膝部氣囊主要起保護(hù)乘員腿部的作用。
根據(jù)目前市面車(chē)輛的統(tǒng)計(jì)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(chē)型上，某款高端SUV(Spots　Utility　Vehicle)車(chē)型配備了前排雙膝部氣囊，這在國(guó)內(nèi)的量產(chǎn)車(chē)型中不多見(jiàn)，大部分配備膝部氣囊的車(chē)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(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間打開(kāi)一個(gè)充滿氣體的氣袋，乘員在慣性的情況下身體某個(gè)部位撲在氣囊上，然后通過(guò)氣袋的排氣孔釋放氣體，在氣體釋放的過(guò)程中吸收乘員的動(dòng)能，達(dá)到保護(hù)乘員的目的。
碰撞傳感器接收到汽車(chē)碰撞強(qiáng)度信息并將其傳給ECU(Electronic Contml Unit)，ECU接收信息后進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷需要打開(kāi)氣囊時(shí)，發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點(diǎn)火后迅速產(chǎn)生大量氣體，在乘員與汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間形成一個(gè)充滿氣體的氣袋，使乘員在發(fā)生碰撞事故時(shí)，身體與柔軟的氣袋相接觸，達(dá)到減少傷害、保護(hù)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(yǔ)
被動(dòng)安全系統(tǒng)是一套復(fù)雜的體系，在新車(chē)型的研發(fā)過(guò)程中，需要通過(guò)CAE分析、滑臺(tái)試驗(yàn)、實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)、標(biāo)定等進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)的采集、分析、整理，找出適合所開(kāi)發(fā)車(chē)型的最優(yōu)匹配方案，只有各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)同工作，才能發(fā)揮最大的保護(hù)作用。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，車(chē)輛的安全性能也將越來(lái)越高，除了汽車(chē)被動(dòng)安全系統(tǒng)的性能提升，在主動(dòng)安全系統(tǒng)方面，各主機(jī)廠和零部件廠商也在加緊進(jìn)行研發(fā)和突破，包括ESC(Electronic Stability Controller)、主動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)等，已越來(lái)越多地應(yīng)用于新型乘用車(chē)上。 
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