小姐好白电影百度影音:德系VS日系YYP观点（六）关于吸能的扫盲

[评论](175) 发表于：2011-12-05
标签：德系 |日系 |YYP观点 |安全 |吸能 |碰撞
德系VS日系YYP观点（六）吸能是日系车专利吗？
之前我们讨论了德日系车的技术理念，如果说那些都只属“口角”，那么今天要涉足的安全问题，意义就不一样了，它会直接影响到消费者选车的抉择。
写这个安全篇之前，我百度了一些相关词汇，发现出自资深人士或权威媒体的内容极少，出自民间（或貌似）的内容极多，却几乎全部都存在或多或少的谬误，严重的甚至通篇说得头头是道，却是根本性歪曲真相，害人不浅。所以我决定再次离题，先搁下德日差异不说，插入这篇对现代汽车安全知识的介绍。
什么是汽车的安全性？汽车安全性包括被动安全和主动安全，被动安全主要指汽车发生事故时（包括自己撞、对撞与被撞，还包括撞人）的安全性，主要是如何保护好人，减低伤亡程度；主动安全则是如何让汽车减少发生事故的机会，包括防止失控、防止追尾、防止驾驶员疲劳、改善视野和人体工程等。被动安全是基础，主动安全是上层建筑（但未来可能会扭转），所以我们先来说被动安全。
简单理解，人坐车，车是一个金属壳体，人是血肉之躯，车将人包裹起来。大家自然会觉得，汽车这个“壳”越坚固，保护性就越高。在汽车发明之初的大半个世纪里，人们的确都是这样想的，但后来却发现这是个错误的观念。
推翻这个理论最著名的一个试验是“鸡蛋试验”，是由德国人做的（我在厂商活动上看过这个试验的视频，但在网上找不到，如果找到的朋友请不吝告知，有重酬）。将一只鸡蛋固定在一个小木头车上，以一定速度撞向另一块固定的木桩。木头车直接碰到木桩后停住，车没有任何损坏，但车上的鸡蛋却破碎了。第二次试验，鸡蛋固定方式和撞向木桩的速度都不变，但在木头车的前端加贴上几个空的火柴盒，结果碰撞时火柴盒全部被压瘪，鸡蛋却保持了完好。
不难理解，这个试验模拟的就是人这种血肉之躯身处在高速运动中的汽车内的情况，鸡蛋好比人，硬木头车好比坚硬的车壳。如果车壳是一个刚性体，撞击的冲力就全部由人去承担，人能承受的冲力比鸡蛋大，但也是有限的，只要速度快到一定程度，碰撞时瞬间减速度超过人体的承受值，人就会受伤——从物理学原理说，车壳越硬，撞击的瞬间越短，转移到人身上的冲击力就越大，人伤得越重。
于是，汽车界在上世纪60年代出现了“缓冲吸能”的理论思想，最先涉足这个领域研发的是德国的奔驰。那时的“安全先驱”意识到，汽车安全的核心是人的安全，关键不是在碰撞中保证车不变形，而是保证里面的人不“变形”！因此，车壳不是越坚硬越好，它（乃至整部车）要对乘员有一定的保护能力，为乘员分担和吸收一部分（最好是全部）撞击能量，就好比上述“鸡蛋试验”里处于木头车与木桩之间的火柴盒的作用一样。
上面我说的“车壳”实际上是个简化了的形容，汽车的“车壳”其实是由里外两部分构成，里面是金属焊接成形的框架，用高强度的钢条钢件制造，俗称“车架”；贴在这个框架外层的覆盖件，以低强度的金属薄片制作，俗称“车皮”或“蒙皮”。骨架+蒙皮的这个构造，从汽车诞生至今几乎没有本质变化。其中，车架是承受车体绝大部分重量和外力，并在撞击时承担主要保护功能的部件；车身的蒙皮主要是为了让车可以遮风挡雨和更加好看，它不承受汽车使用中的主要外力，唯一承受的外力只有空气的阻力和压力。打个比方，车架就好比我们现代建房子的钢筋水泥结构，而车皮就好比房子的砖墙。
车壳要能为乘员吸收撞击能量的这一观念转变，对汽车车体构造的研发产生了根本性影响。过去汽车工程师想方设法将车体各个部分都造得尽可能硬，而如今，几乎全世界所有厂商进行车体研发时，都会考虑在车体的前、后部预留一定的撞击缓冲吸能区，就如同“鸡蛋试验”中给木头车增设的“火柴盒”。
汽车车架的吸能区，原理是采用一些刚性较低的金属构件，这些构件在受到一定程度撞击时比较容易发生折叠、变形，这个变形的过程就好比木头车前的火柴盒变形一样，是可以减缓撞击时间、化解一部分撞击能量，从而让最终传递到乘员身上的冲击力降低。

【典型的车身结构件分布图】
有人质疑汽车车头的缓冲空间最多只有1米多的长度，能起到多大的吸能效果？你如果把这1米多空间贴满火柴盒，当然不能起到对汽车的撞击缓冲效果。但如果用恰当硬度的金属，按照力学原理做成能控制折叠方向和幅度的结构，就可以起到一定的缓冲效果。这正是非常考验设计、计算能力的环节，缓冲吸能构造的设计有好坏之分，其吸能缓冲的效果也有高下差别。
也有人说我干脆不要缓冲区，就要一个足够坚固的车壳，对乘员的缓冲保护的任务应该是安全带和气囊的责任，对吗？理想化是那样的，但实际上安全带和气囊所能化解的冲击力非常有限，仅靠它们，只能保证在很低速度下乘员不受伤害。坐在一部没有任何缓冲吸能设计的车上，即便使用安全带、有气囊保护，在高速碰撞下的结果是什么？就是安全带把乘员勒至内伤甚至勒死。
至此我们必须肯定缓冲吸能理论的作用，事实就是无论德系、日系还是什么系的车，全部都认可这一理论并且在贯彻执行。绝对不要一听说“缓冲吸能”就觉得这车会很“软”，在很多实际碰撞案例中，往往是车头、车尾损伤变形大的车，乘客受伤程度反而小，而变形小的车，乘客反而伤得更重。
此外也有人一听说缓冲吸能，就觉得自己的车不堪一击，一撞就瘪，失去了安全感。实际上，缓冲吸能构造与整个车体的刚性构造并不矛盾，而是相结合的——吸能结构位于车体的前端和后端，相对“软”；而位于中央的乘员舱框架结构不会有吸能效果，还是会尽可能做得“硬”。这两个部分通常都是用不同的材料分开制造，再组合到一起的，发挥不同的结构作用。最理想的整体车体构造应该是既有前后两端高效的撞击缓冲吸能区，又有一个足够刚强的乘员保护舱。速度不太高的碰撞，由吸能区去吸收和化解冲击力，尽可能让冲击力少传递到乘员身上；一旦碰撞速度太高，吸能区溃缩完了，冲击力依然没被吸收完，剩下的乘员舱也不会再试图去吸能，而是会“以硬抵硬”，保证乘员有尽可能多的生存空间，不被挤压致伤。此外其实在“软”和“硬”之间也有相融和配合，缓冲区不仅自身会折叠，也会在折叠过程中将一部分能量传导到刚性座舱的结构上，让整个车身分担冲击力。
这就是当下汽车普遍的被动安全结构开发理念，无论是德系、日系、任何系，基本上都完全遵循这套理念。因此有两个误区可以消除：一是以为只有日本车吸能，德国车不吸能；二是以为有吸能设计的车只擅长应付低速碰撞，而无吸能设计的车高速碰撞起来更安全——那都是不符合物理定律的事。
上面讲到，再好的吸能区效用也是有限度的，就好比“鸡蛋试验”里的火柴盒，只能在一定的速度范围内起到保护鸡蛋的效果，速度太快的话，火柴盒彻底瘪掉，鸡蛋还是照样要碎。那么汽车吸能区可以起到的保护效果有多大呢？我们可以参看Euro-NCAP（欧洲碰撞测试）的碰撞速度。
欧洲NCAP采取的正面40%偏置碰撞（最接近真实道路上发生的迎面碰撞情况）速度为64km/h，从1997年成立起到2001年，才有第一款车拿到5星的碰撞评价。到2008年，参加欧洲NCAP测试的半数以上车型都拿到了5星，而这期间车内的安全设施——安全带和气囊其实并没有大幅度改进，真正的进步就在于车架的吸能缓冲技术上。可以这么说，以目前吸能结构技术，能在64km/h以内的碰撞中（还是要满足实验室条件，包括撞击对象、角度等）做到基本不让乘员受到致命伤害。当然真实环境里的碰撞比实验室复杂得多，也没有两个事故是完全一样的，所以64km/h只是一个参考标尺，绝不是说所有低于这个速度的事故人都会没事。
那些超出了64km/h（还有其它试验条件）的碰撞又怎样，比如说100km/h下发生的碰撞？显然，这种速度的撞击能量已经大大超过现有的缓冲吸能技术的化解能力，乘员的伤亡程度无法保证。这不是厂家只为达到各国碰撞测试的“应试”要求就不再去提升保护能力，而是以现行技术根本就做不到更高。做得到的话，早有人做了，无论德、日系都一样。
至此，本文还很少提到我们议论的主题——德系、日系。但实际上我从头到尾就在说一个和德日系争论有关的话题——有人说德系车硬，所以坚固，日系车软，因为要吸能。希望看过我这篇文章的朋友，再也不受这些荒谬说法的骚扰。
我的“扫盲”还没结束，明天我会继续围绕安全性，谈谈有关NCAP碰撞测试成绩、“应试教育”的话题，同时牵出德日两系的安全研发理念和技术有什么差异。
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补充一点：车重对碰撞安全性的影响
本来这不是德日系争端的话题，但因为不少网友留言提及了，而且坊间的确存在一种传统认识觉得德系车比日系车重所以安全，或者说德系跟日系对撞时德系会更安全。对此我补充一段分析：
在NCAP碰撞中，车重对安全性成绩的影响是负面的，车越重，撞击时的能量越大，对缓冲吸能构造的要求越高（因为有更多的能量需要吸收和化解）。而我们说过，吸能区可吸收的能量是有限的，无法化解的能量最终只会由乘员担受。比方说一部车在欧洲NCAP正面碰撞能拿到5星，但你给它压重100公斤再去做碰撞测试，很可能就拿不到5星了，因为假人所受的冲击力肯定更大了。这就是为什么轻的车在NCAP测试里相对容易得好成绩，过去美系车在NCAP里成绩总是很差的原因。越重的车，对吸能缓冲构造设计的要求越高，越要用到复杂的构造和材料，从研发角度看，这会陷入一个恶性循环。提升安全性的不二之法是优化构造，而不是增加自身重量。所以就连德系厂商，也是积极追求轻量化的。
有人说重的车说明它用料厚道、钢板扎实，安全性肯定好。但汽车并不都是由钢板构成的，车的发动机和传动系统、底盘部件、内饰件、舒适配置、电子元器件乃至玻璃都有很大的重量，白车身重量往往只占整车的40－50%左右。单看一款车的总重，根本不能判断该车车架构造部分用料如何；就算给你一个车架构造的重量，你也不能判断它的刚性如何，因为好的材质可以做到又轻又高刚性，前不久我试的兰博基尼大牛LP700整个车架连车皮只重200多公斤，全是碳纤维的，比一般车架轻一倍以上，你能说它的用料不厚道、安全性不好吗？
有人会说，NCAP测试只是自己撞墙，但在真实环境中的两车对撞，肯定重车比轻车占便宜。我们继续分析。从能量角度看，对撞时要化解的能量是两车的动能总和，动能E＝1/2mV^2，重量m越大，动能越大，所以碰撞时两车总重量越大，碰撞的总能量也越大。而这些碰撞的能量，都得靠对撞这两台车的吸能构造去化解。比方说A车和B车都是同等速度，A车动能为10个单位，B车比A车重20%，动能为12个单位。两车对撞时要化解的总能量为22个单位，但A车和B车的吸能区各自只能化解5个单位的能量，那么22－5－5＝12个单位，这12个单位会平均分给A、B两车，每车“分得”6个单位的能量。但如果B车能减重20%，和A车一样重，那么按上述算法，A、B车上的乘员就分别只“获得”5个单位的能量。换言之，因为B车轻一点，这次碰撞的总能量降低了，这样不仅A车受惠，B车自己也受惠。
简单理解就是，两车对撞事故中涉及的两车越轻，事故的严重程度就越低。如果碰撞涉及到很重的车，例如大货车，这次碰撞的严重程度就会高，当然实际结果可能是大货车没事，但轻的车——例如和大货对撞的小车就会伤亡严重。如果换了两个大货车对撞，这事故的总严重程度只会更高。因此我们可以说，开一部重车上路，对别人、对自己其实都是更危险的，这还没有算车重所带来的操控惯性大、刹车效能下降等主动安全的负面影响。你没事开一辆坦克上路，你是安全了，但任何车辆和你发生碰撞结果都很惨。所以从设计、制造车辆的角度出发，绝不可以将车重无节制地加大。
上面的例子是从整体碰撞严重程度出发的，让我们改从人的受伤程度出发分析一下。撞击能量反映到每个车上，会转化成冲击力，冲击力会作用于车体的各处（包括车内的人），最终体现为整部车（包括车内乘员）受到的一个加速度（g值）。在严重事故中评测人的致伤（致死）程度，主要就是以人体可承受的最大g值为直观指标（当然也有g值不大但人被挤压致死或异物插死之类的情况）。
在一次对撞里，冲击力均匀分配，但因为双方重量不同，同样的冲击力对不同重量的对象造成的结果会不一样，典型例子就是小车撞货车，小车被弹开了而货车几乎没动（可能还维持原有行进状态）。在这个情况下，小车乘员受到的g值当然比货车要高得多。从这个角度分析，轻车和重车对撞，轻车的确吃亏。
这就好比NCAP测试中总是碰撞的车受损，什么时候见到那道水泥墙受损了（但40%偏置碰撞其实是用一个可变形物，这个我们忽略）。我们这里没几个是开大型货车的，我们讨论的都是小车，所以不妨把大型车想象为水泥墙（事实上它比水泥墙更恐怖，因为它会翻到、有各种异形突出物，会让小车钻进它的底下，或使小车的安全吸能构造完全发挥不了作用），据上面NCAP测试例子的分析，大家说两部吸能构造设计水平相同的车，一部是1200kg，另一部1500kg，分别撞向大货车，谁会更惨？不难用物理定律分析出来，重的那台车更惨。
简而言之，在对撞案例中，开重车的一方比轻车的一方有利。但对于轻车一方来说，车辆安全性越好、越轻，可能对自己更加有利。按这个逻辑，车厂是否要比拼造更重的车——你造1.5吨，我造2吨，他造2.5吨……然后大家都去买2.5吨重的车……显然这会陷入一个恶性循环。因此，将车辆重量减轻的同时兼顾和维持出色的吸能效能和车体刚性，才是全世界造车的合理思路。
最后纠正一个谬误：越重的车越安全。这个问题得结合车辆安全设计水平、跟谁撞、撞什么、怎么撞，具体分析。近5年新设计的车，安全保护性能普遍远胜于5年、10年前设计的车，这个设计的差异往往可以弥补重量的不足。对此，下面这个视频是很好的实证：
（看不见视频窗口的朋友请点击：http://www.tudou.com/programs/view/aTVfbf94gVw/ ）
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这是昨天网友贴上来的，很轻的雷诺Modus和一部很重的沃尔沃940对撞，但雷诺是新款车，沃尔沃是老款车。结果轻得多的雷诺对乘员的保护性完胜重得多的沃尔沃。在这个实验里，两车乘员受到的冲击力其实是相等的，而且就车的动作来看，Modus因为轻还被撞到弹起转了个身，但更先进的高刚性车体保证了乘员生存空间，而老沃尔沃连生存空间都没有了。我们不知道Modus上的乘客受到多大的g值，这g值是否会造成他被挫伤、脑震荡等，但他至少还有生还的可能；而看看沃尔沃上的乘员，即便他受的g值没雷诺高，但他会被挤死。可见，再重的车体也比不上实实在在的先进高刚性构造来得有效。
对于车重与安全性的关系，我有一个很清晰的结论：在每一次碰撞中，车重是影响严重程度的一个要素，但车重并不是衡量车辆安全性的一项指标。同样的要素还有速度，每次碰撞中速度对严重程度有决定性影响，但我们不能说某车跑得快，所以它更不安全。
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