合理的安全车身设计应该是怎样的

摘要:德系所占份额甚少.日系最近几年在各大碰撞评分体系中,所呈现出一骑绝尘的态势,很大一部分因素在于其“以人为本”的车身安全设计理念,而这其中尤其以丰田goa设计最被人熟知.在丰田的官网上,对于goa的解说是这样的:goa是世界顶级水平的……

原标题:合理的安全车身设计应该是怎样的

文:kimi  

经常在4s店保养的时候,总会看到一些顾客在轻轻敲击车的发动机罩、翼子板、门板以及开闭车门,通过声音的沉闷来判断车的钢板是否厚实,进而判断这车是否安全.不知道这种认识的误区是从什么时候开始出现亦或缘何而起,甚至延伸出“日系车钢板薄、不安全,德系车钢板厚,车更重更安全”的说法.

关于这两种判断的说法,是否真的科学呢？

首先,作为一名汽车行业多年的从业人员,我想说的是:声音是会骗人的.敲击音与发动机罩、翼子板、门板的材质（现在很多是铝合金和工程塑料）、厚度以及空腔填充物有很大关系.而门的开闭音还与车门密封条的压缩力、门饰板内的隔音棉、限位器的档位以及关门气压有关系.

前段年时间看到丰田举办了一个科学安全实验室的活动,这个活动很有意思,活动过程中将同样的两个卡罗拉的前门进行开闭音的试验.这个试验是分别在门上安装密封条和隔音棉与不装这两项时候进行开关门声音的对比,发现前者明显声音偏厚重,后者更清脆.同样的车门,钢板都完全一致,只是在于这些车门附件的差别,产生的声音完全不一样.可见听声音的说法完全就是谬论.

其次,关于日德系车谁更安全的话题,大家看看最近几年欧洲e-ncap和美国iihs发布的碰撞成绩排行就能发现,在a、b级车型前十名车型中,日系要占到半壁江山,其次是以通用和福特为代表的美系,德系所占份额甚少.

日系最近几年在各大碰撞评分体系中,所呈现出一骑绝尘的态势,很大一部分因素在于其“以人为本”的车身安全设计理念,而这其中尤其以丰田goa设计最被人熟知.在丰田的官网上,对于goa的解说是这样的:goa是世界顶级水平的安全设计(globaloutstanding assessment)的缩写.它是由丰田公司开发的一种车身技术,目的在于在车辆发生不可避免的碰撞时,将碰撞力分散从而保证乘员舱不变型,最大限度的保证车内乘员的安全.

丰田的goa车身安全设计是不是像丰田介绍的真的这么安全和科学呢？

熟悉kimi的读者都知道,kimi的文章向来喜欢有图有真相（可不想被你们说:没图你说个xx！）.接下来我将挑选一款经典家用a级车来作为解读,挑选a级家用车的理由是因为它是我们日常生活最能接触到的.

丰田在家用a级车领域最具代表性的要数卡罗拉了,这款传奇车型历经60年,延续了十一代,依然备受全球消费者的青睐.而丰田在这一代做了一个很大胆的尝试,将欧版和美版的卡罗拉引入到国内分别交给一汽丰田、广汽丰田两个合资厂来生产,不免让人产生一种手足相残的错觉.其实不然,雷凌更像是卡罗拉的时尚家庭版,外观更锐利、动感,而1.8l+8速s-cvt变速箱的匹配,动力更强悍,带拨片换挡的方向盘以及运动座椅,使雷凌迅速俘获了很多年轻家庭的心,瞬间拉开与卡罗拉的区别.所以雷凌更像是丰田布局在中国的一款兼具家用与时尚的轿车,满足了更多人的需求.

从正碰撞能量传递图详解雷凌和卡罗拉goa车身设计是否合理

说了这么多有点像给雷凌和卡罗拉做广告的嫌疑了,作为一名工程师,对于全球保有量最大的轿车产品,给予适当的尊重和溢美之词是应该的.在详解雷凌和拉罗拉goa车身设计是否安全之前,先带大家从看看在车辆发生正碰时能量的传递路线图.

从图中我们可以看出,在碰撞的瞬间,汽车的前防撞梁承担100%的能量.然后再将通过前纵梁将能量的64%传到到地板和门槛梁,11%的能量传递给侧围a住和上边梁,12%的能量传递到门加强板和防撞杆.依此图,我们可以很清楚的发现,一个合理、安全的车身结构设计,防撞梁一定要有足够的强度来抵抗撞击的能量,并且通过防撞梁后端的吸能盒和前纵梁的溃缩引导区将碰撞产生的能量通过金属的变型来吸收一部分,再将剩余的能量向后传递.这样设计的目的是降低了碰撞的加速度,减小了碰撞过程人体所受到的冲击,同时降低从前端对于乘员舱的侵入量.所以防撞梁、吸能盒以及前纵梁的截面腔体的设计和材料的选择就决定了发生正碰时车身的安全性.那我们来看看雷凌和卡罗拉（鉴于卡罗拉和雷凌同根同源,只是外覆盖见的区别,内部主题结构在丰田精细化的设计管理下,零件高通用化,后面行文的解剖图多以卡罗拉图片来解说）goa车身的防撞梁、吸能盒以及前纵梁设计是否安全、合理,来看看丰田科学实验室活动的车身解剖以及碰撞图.

从试验现场的介绍来看,卡罗拉和雷凌的前防撞梁（图中蓝色）通过辊压成型工艺,采用屈服强度为1470mpa的高强度钢而成,有足够的强度去低于外部冲击,同时向后分散撞击能量.防撞梁前端的黑色泡沫为前防撞梁与前保之间的填充物,对行人的腿部保护可以起到缓冲作用.

碰撞后吸能盒完全溃缩,同时吸能盒与前纵梁之前通过螺栓连接,便于低速碰撞之后,防撞梁的维修更换.

雷凌在c-ncap的正面100%碰撞后的照片,可以发现除了车头溃缩,整个驾驶舱保持完好,气囊完全打开,车门能正常开启,假人腿部未受挤压.且从这个图可以看出,雷凌的发动机罩在正碰变型引导设计上做的比较合理,中间折弯可以有效的防止其向乘员舱侵入,伤害驾驶员和前排乘客.

通过车身剖视和碰撞后车身的变型结果,可以看出在正面100%碰撞中,卡罗拉/雷凌goa车身设计是非常合理和科学的.防撞梁提供了足够的强度,同时吸能盒和前纵梁变形引导区的合理设计,很好的保护了车身驾驶舱的空间.最后c-ncap的正面100%碰撞15.54分（得分率86.3%）的成绩也充分说明了其设计合理性.

从40%偏置碰能量传递图详解雷凌和卡罗拉goa车身设计是否合理

小重叠偏置碰撞,在最近几年汽车安全领域的研究中,被认为是对驾驶者伤害最大的一种碰撞.再来带大家看一个安全,合理的车身结构针对于40%偏置碰这种恶劣工况应该如何设计,以及与全正碰上有什么不同,还是通过偏置碰的能量传递图来解读.

依此图,我们可以明白的发现偏置碰有80%的能量要靠单侧的地板梁和上车体侧围加强结构去吸收.因此为了保证40%偏置碰时,前防撞梁和纵梁传递过来的力和能量向车身后端和右侧承力结构传递,保护车身门洞区域不会因为挤压变形而将门卡住,影响乘客的逃生或者救援,车身上车体a柱加强板,门槛内外板,地板纵梁均需采用高强度钢来提供足够的强度,其中a柱加强板的强度尤为重要.那雷凌和卡罗拉的goa车身设计是否合理呢？来看看卡罗拉的侧面剖视图和碰撞图.

带颜色区域为高强度高板,卡罗拉解剖图可以看出整个a柱加强板以及上边梁均采用高强度钢板.

雷凌在c-ncap40%偏置碰后的车身变型状态

在c-ncap的40%偏置碰撞试验中,雷凌气囊和侧向气帘全部打开,雷凌车门能正常开启,且仪表并未向乘员舱有太大的侵入,假人腿部未被过渡挤压.

从以上丰田科学实验室活动现场剖切车身和雷凌在c-ncap的40%偏置碰撞后的车身变型结果来分析,a柱加强板及上边梁应采用了高强度钢板,而前门门洞区域保持足够的完整性,仅有a柱外边面轻微的变型,气囊和气帘均打开,车门能够开启,说明卡罗拉和雷凌在应对偏置碰的这种恶劣工况下的车身结构是非常安全合理的.最后卡罗拉c-ncap的正面40%碰撞16.85分（得分率93.56%）,在c-ncap测试的所有轿车类车型（包括小型车、a类车和b类车）中排名第一的成绩也充分证明了这一结果.

从可变形移动壁障侧面碰撞能量传递图详解雷凌和卡罗拉goa车身设计是否合理性

最后再来看看一个合理、安全的可变形移动壁障侧面碰撞的车身结构如何设计,还是先从侧碰能量传递图来解读.

这张图为侧碰时能量在白车身的传递路线

这张为侧碰能量在白车身与开闭件的能量传递路线

从这两张图可以很直观的看出,要保证侧碰时,车身有足够的强度,降低侧碰b柱和车门向乘员舱的侵入量,必须使侧围b柱加强板、门槛、地板横梁、顶盖中横梁和门槛防撞杆有足够的强度.所以在设计的时候这些区域的材料必须采用高强度钢板,以及空腔截面要尽可能的大.雷凌和卡罗拉在可变形移动壁障侧面碰撞的goa车身设计是否依然表现出色呢？继续看图.

丰田科学实验室给出的雷凌和卡罗拉车门防撞杆的材料为屈服1470mpa的超高强度钢

地板横梁（蓝色件）也采用了高强度钢板

顶盖横梁也采用高强度钢板

雷凌侧碰后b柱变形量不大,侧气帘完全弹出

通过剖视车身和雷凌c-ncap试验侧碰后车身变型状态可以看出,卡罗拉和雷凌在顶盖横梁,地板横梁区域均采用高强度钢,同时门防撞杆采用了超高强度钢,使车身有足够侧向的强度来抵御侧碰的冲击,降低侧碰b柱和门向车内的侵入量.而最后c-ncap的可变形移动壁障侧面碰撞满分18分的表现足以证明卡罗拉和雷凌goa车身设计在这一区域结构设计的出色.

正碰、偏置碰、侧碰成绩的出色是都就意味着是一款五星安全的车身设计？

从全正碰,40%偏置碰和侧碰的表现来看,卡罗拉和雷凌的goa车身设计表现是比较出色的,但是还需要看看鞭打试验的结果.鞭打试验检测的是汽车在被追尾情况下,碰撞冲击对人体颈椎,腰椎等造成的伤害,它跟座椅的设计以及车身尾部对碰撞能量吸收多少,是否能降低后碰对人体冲击都有一定关系.

c-ncap雷凌驾驶席座椅鞭打模拟试验

通过以上的分析,我们发现卡罗拉和雷凌的goa车身安全设计,在碰撞的各项评价中均表现优异,因此可以断定雷凌和卡罗拉的goa车身安全设计是足够出色的设计.而卡罗拉在2014年的c-ncap碰撞测试中,以总分58.4分的高分成就了c-ncap轿车历史最高分,获得了五星的安全评价,雷凌在2015年的c-ncap和以严格著称的北美nhtsa测试（应试的是北美卡罗拉,其实也就是国产雷凌的前身）成绩中同样取得五星的安全评价成绩也足以佐证这一点.

北美的碰撞标准,被内业称作最为严格标准

说了这么多,突然发现个问题:对于这两款在安全上同样出色的车型,消费者怎么选择？这个问题对于外貌协会的我来说似乎不是难题,雷凌时尚的造型打动了我.同时雷凌在其他主动安全领域也有着比较有诚意的配置.德国博世公司的第9代abs+ebd(电子制动力分配)+eba（电子控制制动辅助）+trc（牵引力控制）+vsc（车身稳定控制系统）主动安全套餐,给雷凌带来了可靠的行驶稳定性.其中trc和vsc是新卡罗拉所不具备的.

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