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松花江路宝轿车的先进安全性结构 |
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作者：哈飞汽车股份有限公司 张钧 |
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摘要：本文介绍了松花江路宝车的车身特点，并着重分析了它的结构安全性的若干措施。
关键词：路宝车 安全性 结构
1 前言
安全是汽车发展过程中的永恒主题。汽车安全性是汽车可持续发展战略中的重要项目。汽车发达国家，越来越关注最大限度地降低汽车事故中的乘员伤害，汽车的安全性已经成为汽车产品竞争力的主要标志之一。松花江路宝是哈飞汽车与意大利宾尼法利纳公司继“松花江中意”之后成功合作开发的第一款轿车，该车采用流线型设计，外形美观，乘坐舒适，尤其在安全性方面，结构更是独具匠心。
汽车的安全性分为主动安全性和被动安全性。主动安全性是指防止汽车发生碰撞的性能，主要是指制动性能，通过性、操作稳定性等；被动安全性是指在汽车发生碰撞事故后将车内人员的伤害降到最低限度的性能。就国内外汽车工业的发展来看，在主动安全性上，各汽车厂家差不多都处在同一水平上，而在被动安全性上，各大汽车厂家均投入了大量的物力和财力。
优秀的车身设计可为乘员提供良好的视线、扩大视野。车身是安装悬挂部件的基础，其紧固可靠为行走安全提供必要的条件，车身零件主要是覆盖件，它具有造型、构成整体和控制碰撞三种功能。车身零件的几何形状和机械物理性能必须满足这三种功能要求，以保证车身的整体性能和质量。汽车车身结构安全性是指用汽车车身结构来保证乘员以及交通参与人的安全，即这样的结构应保证在发生汽车碰撞事故时，对乘员以及交通参与人的伤害程度减少到最低。在实际的新车开发中，也应以此为目标，努力实现车身结构高强度化。然而，车身能够直接发挥巨大作用的，还是提高撞车的安全性。为此，车身应有如下功能：
(1) 为了尽量缓解乘员受到的冲击，必须尽可能缓和和吸收车辆及乘员的运动能量。
(2) 在确保乘员的有效生存空间的同时，还必须保证碰撞后乘员易于逃逸和容易进行车外救护。
当然，这些功能并非由车身独自完成，而是与安全带、安全气囊、能量吸收式转向柱等围绕乘员的一些装置进行配合，共同完成保护乘员的使命。然而，车身所作的贡献最大，如果没有实现上述二项功能的车身，其它任何装置都是徒劳的。所以，车身的安全设计水平，便决定了车辆的被动安全性能。
研究车身的安全性就是研究如何处理这部分能量，使其尽可能少地危及乘员，避免或减少人员伤害。汽车碰撞时的能量大部分是通过车身变形被吸收，所以有关车身结构的安全性，分为以下两大重点：
(1) 利用车身变形吸收能量以减少对乘员的冲击力；
(2) 如何防止作为乘员生存空间的车厢的变形。
这种考虑到车身的缓冲和确保乘员生存空间的车厢构造称为“车身安全单元”。从车辆的安全角度划分，可把整个车身分为三个区域。即：“前撞区”、“乘员安全区”和“后撞区”。车身的三个区设计要求不同，前、后撞区要设计的“软“，当车辆发生碰撞时，“撞区”应尽可能多变形以吸收撞击能量，剩余能量按照设计者意图传至大梁、立柱等处。换言之，使尽可能少的能量传至乘员区。乘员安全区要设计的“硬”。从车辆的安全角度看，乘员区是车辆最重要部分，为保证乘员安全，这部分应尽可能少变形，原因之一是车身变形可直接伤及乘员。再者，车身变形、车门变形直接影响乘员在发生事故后逃逸。另外，为防止侧面碰车对人员伤害，乘员区左右两侧亦应有足够高的硬度。
综上所述，考虑撞车安全性的车身结构设计的基本思想是利用车身的前、后部有效地吸收撞击能量。车室要坚固可靠，确保乘员的有效生存空间。即从安全角度看，车身总的设计原则是：两头“软”，中间“硬”。
2 碰撞力的传递路径
松花江路宝车碰撞过程中碰撞力沿车身传递的路径主要有两条：
(1) 保险杠→保险杠支架→前纵梁→减震器支架下部→纵梁连接板→前底板小纵梁→整个底板→车身后部；
(2) 保险杠→散热器框架、前大灯框架→副梁→前立柱→车门、车门防撞杆，地板和门槛梁→中立柱。
这样，在发生碰撞时，由汽车前部吸收了一部分碰撞能，没有吸收的碰撞能量沿上述路径向后传递，保证乘员舱变形尽量小，从而保证乘员的人身安全。
3 安全的车身结构
3.1 缓冲吸能、防止轻度碰撞的前保险杠系统
保险杠是安装在汽车前后部防止轻度碰撞时损坏汽车的部件。由于在车辆的正面碰撞过程中，在交通参与人（行人或骑车人）首先接触的是车体的前保险杠系统，它直接影响到行人的安全。因此，有必要对前保险杠系统进行适当的讨论。
现代化的前保险杠系统要求如下特性：在规定的速度范围内发生碰撞时，没有损坏。按照汽车法规要求，碰撞速度低于4km/h 时，保险杠绝对不允许留有损伤（指具有可逆变形的弹性保险杠悬置系统）；碰撞速度最大16km/h 时，面对不同的障碍——如车辆或其他物体，碰撞后保险杠系统没有内部结构损伤。正面碰撞是碰撞事故中最常见的一种。为满足安全方面的要求，该车的车头部分在结构设计时特别考虑到碰撞时能量分布情况，将车头分为以下几个能量区：
(1) 第一区段为行人保护和车辆低速防护区。采用保险杠装置，保险杠表面是光滑柔软的塑料蒙皮，能够减少被撞行人受伤程度；中间是可变形的塑料骨架；内部是刚性金属骨架，可为车辆提供有效的低速保护。
(2) 第二区段为相容区。也就是说该区段的设计必须在不同质量的两车相撞时，在两个撞区产生最佳的能量分布。从整个车身结构上考虑，将头部设计的软一些，正面碰撞的能量靠车头的变形来吸收，并通过纵梁将撞击力导入地板结构中。
(3) 第三区段为自我保护区。在结构上将乘客仓设计的相对强些，保证在碰撞过程中为乘员提供足够的生存空间。相应的，汽车前部的发动机、变速器必须采用相应的措施向下转移，使其不致侵入驾驶室。
汽车前部结构的一种理想特性曲线见图1。要保证低速情况下汽车的碰撞特性符合图1 的理想特性曲线，前保险杠的作用非常重要。路宝车的保险杠由中间主截面逐渐向两旁过渡而成，与防雾灯组合成整体，并与前轮罩及前翼子板连接。前轮罩外围部分的保险杠，可减少被撞的人或物所受到的伤害。保险杠外部取较大的曲率半径并作大圆弧过渡，避免了尖锐处对行人的伤害。保险杠是汽车上较大的外覆盖件之一，作为一个独立的总成在汽车上安装，它对车辆的安全防护、造型效果、空气动力性等有着较大的影响。因此，保险杠结构设计有着较严格的外部条件约束和复杂的内部结构关系，在路宝车的前、后保险杠设计中，我们充分考虑了这诸多方面的因素，在装饰性能、缓冲吸能能力、安全防护方面有其独特的特点，是汽车的被动安全性有很大的提高。
3.2 吸收能量的前机舱结构
车身前部是车身的重要组成部分，包括车前钣制零件、装饰件及相应附件。其外部造型是决定整车艺术效果的关键。车身前部主要构件诸如翼子板、发动机罩、散热器面罩及保险杠等的形状、位置和配合，是整车形象特征的体现。对于高速行驶的现代轿车，考虑撞车安全性，车身前部的强度和刚度与车身本体乃至整车的良好配合，可以保证轿车在轻度碰撞时能充分吸收撞击能量，从而维持正常行驶。而在高速行驶撞车时，能有效地减轻撞击事故造成的车辆损坏和人员伤害。
在综合考虑造型、载荷、整车空气动力性等诸多因素的基础上，路宝车前机舱结构如图2 所示，该结构依靠各零件的弯曲变形和压溃变形来吸收撞击能量，采用合理布置加强筋及凸台以及变截面边梁来提高边梁的耐碰撞能力。对于在碰撞过程中基本不产生变形的零部件，如发动机、变速箱、差速器等，为防止这些部件侵入驾驶室，采取相应措施使其向下转移。
图2 路宝车前机舱结构
对于前地板中央通道也做了加强。这样的结构可以适当的阻挡发动机等向后挤入驾驶室，从而保证了乘员区的坚固可靠。图3为该车的碰撞模拟曲线。
图3 路宝车碰撞模拟曲线
路宝车的车厢内部很好地体现了安全车厢的设计概念。车厢内突兀的、棱角分明的中央通道，前部的地板横梁，后座位置的横向结构都使该车的车厢有较大的刚度和抗扭能力，同时也使得车身防侧碰撞能力得到加强。在车体的前风窗立柱处，它采用的是双腔式的截面结构， 在力学中，横梁受力和挠度的关系遵循如下公式：
式中 P 表示梁受到的力的作用；
l 表示梁的长度；
E 表示材料的弹性模量；
I 表示梁的惯性矩I=πd4/64。
可见，受力相同，截面积越大，挠度越小。而腔形结构不但使车体重量减少，而且车体的抗变形能力提高，从而使车体抗撞击的能力增强，腔形的结构在车体上得到了很广泛的应用，它的作用相当于受力的梁。
在通常的车身构造中，由于主要承载元件一般通过车身的前后方向，所以对于横向冲击力承受的强度较低，车身会发生很大变形，直接威胁到车厢的安全。为此，路宝车侧向碰撞的能量吸收的车身构造采取如下措施：
(1) 改进车身横向刚度，例如加强地板上的横梁。
(2) 内车门与内侧装饰件之间插入缓冲垫，缓冲垫与内装饰板串联成两极扩散碰撞载荷的吸能层，可起到缓解对乘员冲击和吸音、减震的作用。
(3) 车门内安装防撞杆，增加车门的刚度。由高强度钢板制成的防撞杆形成第一道抗冲击碰撞的屏障，可将侧面或前面的撞击载荷均匀地传递到车身的主要构件上。
(4) 车门外板内表面粘贴增强材料，提高车门的刚度。
3.4 可靠的内部安全措施
内部安全措施包括所有与车辆乘员有关的技术措施，目的是使事故发生时，作用于乘员的力和加速度限制在最低，为乘员提供足够的解救空间，保证乘员的安全。为此，路宝车在车身内部采取了以下一系列措施来满足有关安全方面的要求。
3.4.1 冲击能量吸收型内饰
冲击能量吸收型内饰也是提高车辆安全性的措施之一。路宝车具有适当硬度和柔软性的内饰（聚氨酯成形硬顶、带织物的车门内饰等）可以吸收撞车时的冲击能量，以减轻对乘员的冲撞伤害程度，降低HIC(头部伤害评价标准)。
3.4.2 采用安全带
座椅安全带提高了汽车碰撞时的安全性，它将人体用高强度的织带约束在座椅上，避免撞车时人体由于强大的惯性而摔出车外或与车内其它部位第二次碰撞而造成伤亡。
3.4.3 安全气囊
在汽车发生碰撞是安全气囊能够有效的减少人员伤亡，它的安装与否，已成为考核汽车安全性能的重要指标。气囊系统配合安全带一起使用，能够有效的保护乘员生命。
3.4.4 胶粘式前、后风挡玻璃
胶粘式的前风挡玻璃可使车身强度大大提高，国内外的实验表明，胶粘式前风挡玻璃的汽车在整车的强度上要比镶嵌式前风挡玻璃的汽车高出40%左右。
3.4.5 阻燃性材料
路宝车上阻燃材料广泛应用于车辆的各个部位，包括座椅安全带、硬顶、车门护板、侧围护板、座椅垫、座椅靠背、扶手、地毯等，并已通过阻燃试验，能够确保在车辆发生意外火灾时，为乘员提供足够的撤离时间。
3.4.6 采用安全玻璃
为减少车辆在碰撞过程中玻璃对乘员的伤害，该车的前风挡采用了夹层玻璃，车门窗及侧围角窗均采用了符合法规要求的钢化玻璃。
4 结束语
“松花江路宝”作为东西方智慧的结晶，其造型特点及结构设计思想独具匠心，不仅外形美观，行驶性极佳，它的结构安全性与同类车相比也是堪称一流。同时，路宝车有哈飞自己的知识产权，在探索“哈飞汽车之路”的同时，也是在探索中国的汽车之路。相信在不久的将来，会有真正属于中国人自己的汽车！(end)
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(6/9/2005) |
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