汽车碰撞吸能区的设计及作用

　　由于汽车碰撞安全法规是指导汽车碰撞安全性设计与改进的依据，改善碰撞安全性的措施一般都瞄准如何直接和间接地降低法规所规定地伤害指标这一总目标。纵观国内外现有技术状况，汽车碰撞安全措施主要可分为两类：

　　1、汽车结构缓冲与吸能措施；2、车内乘员保护措施。

　　碰撞吸能区的作用

　　碰撞吸能区的概念是梅塞德斯·奔驰在20世纪60年代首次提出来的。其设计为在发生撞击时车身发生逐渐变形，以吸附事故中产生的绝大部分的撞击能量。车身改为这种可以变形的设计后，乘员所承受的强烈的撞击力就可以大大减小。

　　汽车车身结构几乎都是由薄壁金属件构成，在发生碰撞时，受到强烈撞击的薄壁构件会发生塑性变形，这种塑性变形本身伴随着碰撞能量的吸收。因此，车辆结构的碰撞吸能设计很大程度上是薄壁件的碰撞性能设计。与一般的吸能元件不同，薄壁构件的碰撞吸能除了与本身的材料有关外，还与焊点、材料壁厚、横截面以及预变形密切相关。

　　焊点与吸能

　　薄壁构件的形成是通过对金属薄板进行冲压、弯折等冷加工变形后，再通过焊点（点焊）连接而构成，焊点断开或焊点处材料撕裂能够有效的吸收碰撞动能，当焊点强度过低则会严重影响薄壁构件对碰撞能量的吸收。

　　在设计碰撞吸能用的薄壁构件时，为了不影响其撞击吸能特性，应尽量避免焊点在碰撞过程中过早的脱开。一般情况下，焊点的开裂与以下因素有关：

　　1． 焊点强度：包括法向拉脱力FNS与切向剪切力FTS。当焊点实际受力与FNS及FTS满足一定的关系时，焊点就会开裂。

　　2． 焊接形式：主要是指焊接形式，不同的焊接将导致截面承受碰撞的能力各不相同。

　　3． 焊点的疏密程度。

　　壁厚与吸能

　　薄壁构件的壁厚与碰撞吸能是直接相关的，对于同样模式的变形，变形所吸收的能量与壁厚之间式指数增长的关系。在结构设计中，壁厚的选择必须与实际情况相适应，壁厚太小容易变形，但可能不具备足够的吸能能力，而壁厚过大又不易变形吸能。

　　安全区与缓冲吸能区的关系

　　“一次碰撞”在很大程度上决定了“二次碰撞” 的剧烈程度，因此“一次碰撞”对人体损害有很大影响。控制好“一次碰撞”，对减少人体损伤有重要意义，合理设计汽车结构的缓冲与吸能特性是控制好“一次碰撞”的关键。

部分吸能区域

　　仅从乘员不被汽车碰撞变形后产生挤压受伤的角度看，乘员安全区在碰撞中的变形越小越好。要使乘员安全区变形小，就要求缓冲吸能区有较大的总体刚度， 但缓冲吸能区的刚度过大又会影响汽车的缓冲吸能性能。从缓冲吸能角度看，缓冲吸能区的刚性应足够小，变形应足够大，这就导致了乘员安全区变形小与缓冲吸能区变形大的矛盾。

　　缓冲吸能区的特点

　　为解决这一矛盾，缓冲吸能区必须设计成“外柔内刚”式的结构，即缓冲吸能区与乘员安全区交界处设计成具有较大刚性的结构，而在缓冲吸能区外围设计成具有较小刚性和较好缓冲吸能的结构。由于汽车的结构特点所限，缓冲吸能区抗侧向和上方的碰撞能力较差，而抗前撞和尾撞的能力相对较好。

理想的车辆前碰撞变形特性曲线

　　为了满足上述基本要求，设计的第一步是要使乘员室的结构刚度大于前部变形区域的刚度，并要达到一定的指标限值，这可通过整车结构的刚柔匹配以及采用特殊的传力路径等来实现。对于碰撞变形区域，设计相对复杂，因为除了要尽可能多的吸收撞击能量外，其变形形式以及变形特性等还要满足一定的要求，即低速碰撞时，车辆的变形以及变形力值都较小，以保护行人或车辆自身；当发生中等速度碰撞时，变形力值应尽量均匀，以最大限度的降低撞击加速度峰值；当发生高速碰撞时，为了阻止变形扩展到乘员室，从悬架到车身前围钣金之间的变形力值应急剧上升。这种特性即是理想的车辆前碰撞变形特性。

　　汽车尾撞缓冲区设计

　　针对汽车前撞和尾撞的缓冲吸能机构，一般多采用不同截面形状的金属薄壁吸能管，如：矩形截面点 焊式，矩形截面缝焊式，三角形截面缝焊式。这类薄壁吸能管在经受一定的轴向载荷后便会产生折叠式的塑性变形，从而消耗大量碰撞动能，达到缓冲目的。通过改变吸能管的截面形状、尺寸、壁厚和材料特性等参数，就能使其具有不同的缓冲吸能特性，从而满足不同汽车结构和性能的要求。C-NCAP进行的正面碰撞尽管薄壁吸能管已成为国内外前撞和尾撞缓冲吸能的主要结构措施，但汽车其他结构的缓冲吸能性能也不容忽视，如车身骨架和覆盖见等在前撞和尾撞中都有重要的缓冲和吸能作用。

　　对于尾部碰撞的情况，虽然其理想碰撞特性应与前部相同，但考虑到现实情况一般是相对碰撞速度较低，并且尾部一般也有足够多的碰撞吸能区间，所以车辆尾部的吸能设计远不如前部重要。尾部碰撞时车辆乘员受到的最主要伤害形式时颈部冲击损伤，因此，车辆尾部区段应尽量软化，同时，座椅头枕要起到很好的保护作用。