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听听研发人员谈汽车结构安全

我的一个朋友在德国留学后留在当地工作,目前任职于某德国一线豪华品牌汽车公司研发部门,负责安全构造设计领域,具体是负责CAE碰撞安全模拟工作。这几天他休假回国,我和他聊天,自然问到了许多我关注的问题,他也乐于解答。

为了保护这位“线人”(因为我还从他那里打探了一些该品牌的未来产品动向),我不会公布他具体任职于哪个品牌,但以下内容基本上是他以一线工作经验、从一个技术人员的角度、基本不带任何预设立场给出的个人观点,我觉得很值得跟大家分享(问题基本上是我提的,回答经过我整理)。

Q:日系车普遍在E-NCAP等碰撞测试中成绩出色,是否存在“应试教育”?

A:日系车在碰撞测试中得分不错,说明他们的结构确实优化得比较好,只有足够优化的结构才能实现较好的吸能效果。因为E-NCAP也好、IIHS也好,都是以车内乘员碰撞时受到的冲击力大小来衡量安全性的(当然基本的生存空间也会被考量),所以E-NCAP测试成绩好,起码说明这车的吸能(卸除撞击力)表现出色。汽车厂商做的安全结构研发,说白了也就是不断地优化构造。

Q:是否存在一种可能性:同样两款车,在64km/h撞击下A比B成绩好,但提升到80km/h或更高速度的撞击时,B反而比A好?

A:可能性较低。因为64km/h撞击表现好,说明这车的主体结构比较出色,好的结构在各种条件下应该都能起到作用。但也有一种情况:有的车可能会有针对抵御高速碰撞的结构设计(极端的例子就是赛车的防滚架),专门用来保护很高速度下的碰撞安全性,某些高端车型或高端品牌的车确实有这样的设计。说到“应试”,也不是所有的安全研发都是围绕“考试”项目展开的,大的厂商也会做一些法规没有规定、但对实际环境有价值的测试研发,例如两车64km/h对撞试验(这样相对速度就是128km/h)。这种对撞试验是目前全球法规都没有强制测试的,但奔驰、宝马(包括日系的丰田、本田)都有在内部进行这样的试验,从中优化某些结构(例如防撞梁的高度,这在标准NCAP测试中是体验不出差别的,但在实车对撞中就很有讲究),使产品在真实环境下有更好的安全性。这类开发可以被说成“不为应试,只为实际环境而做”。

Q:那么,这种应对高速碰撞而做的测试研发,会不会有可能降低了它在标准碰撞测试中的成绩?

A:理论上存在这种可能性,因为某个位置的结构强化,可能会导致其它位置变弱,影响全盘的构造安全性。安全结构的设计是要从整车整体去考虑的,有时真是牵一发会动全身,这需要设计人员作一个平衡。但从厂商角度说,如果有能力在E-NCAP这样的测试中拿高分,他们一定不会故意放弃高分,因为厂商、研发人员基本都认同E-NCAP这样的测试标准是有真实价值的,不仅仅是一个考试。

Q:关于高强度钢——高强度钢是时下汽车安全领域的一个热门词,很多厂商都拿高强度钢的标号作为标榜安全性的宣传亮点。那么消费者应该怎样看待高强度钢?是否只比较钢材的强度、看用材的标号,就能评判一部车的结构强度高下?

A:不是的。举个简单例子,以A柱所用的钢板为例,同为600MPa高强度钢,但钢板的厚度分别做成2mm和3mm,实际刚性就完全不同。有些车型虽然没有用高强度钢板,但用3片普通钢板组成一个结构件;另一个车用上高强度钢板,但简化为一片的结构,可能前者的实际强度还高于后者。所以,结构强度永远是材料、尺寸、构造这三者整合的结果,只看其中任何一个都说明不了实际性能。

Q:用高强度钢的最大好处是什么?

A:所谓高强度钢,就是通过热处理等方式改变钢材的内部分子结构,使之强度增加。这种钢板生产成本是高的,但好处是在钢板强度增加的同时,密度并不会成正比地增加,通常标号强度翻倍,重量最多也只增加1~2%。举个例:本来用两片普通钢板叠加的架构,改用强度高一倍的高强度钢板,就可以仅用一片同等厚度钢板达到和原来两片相同的强度,同时重量减轻了一半。所以某程度上,汽车界使用高强度钢的最大驱动力并不是增加结构刚性,而是在保持一定结构刚性的前提下,实现轻量化。因为结构刚性只要增加钢材的用料、厚度并不难实现,而且成本也没有用高强度钢来得高,但那样会大大增加重量,影响整车的许多性能。有了高强度钢,就解决了强度与重量的矛盾,唯一要面对的就是成本问题,这一点倒过来又要求优化结构,结构优化得好,钢材也可以少用一点。这个例子可以直接高声驳斥“车越重越安全”的谬论。

Q:最后我想到一个网友问过的问题:三厢车和两厢车,被追尾时安全性有差别吗?

A:三厢车和两厢车的车身后部吸能结构并没有什么不同,都是靠下方的纵梁去吸收和传递碰撞能量。三厢车的纵梁的确比两厢车伸出更长,理论上确实有更多的吸能空间(以后排乘客的位置来说)。但两厢车有一个优势:它的C柱或D柱造型可以延伸到下轮拱,使得车身侧围(车身侧面的主要受力框架)的后端可以和后轮拱相连,而三厢车该部件是向后延伸的,刚性可能会低于两厢车的构造。两者此消彼长,结果是两厢车的抗追尾安全性并不见得逊色于三厢车,在各种试验中也没有得出过这样的结论。

这回我想到的问题就是这么多。由于这位朋友相当专业和资深,我已经决定“聘用”他为专业顾问,如果大家有关于汽车安全构造方面的问题,也欢迎在这里提出,有价值的我会转告顾问,让他说说专业角度的观点。抛砖引玉,欢迎讨论。


【关于汽车结构安全,我们的确有太多误区需要消除】

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