汽車保險(xiǎn)杠：備受關(guān)注的安全配角

1、保險(xiǎn)杠：備受關(guān)注的安全配角2010-12-15 14:36 Carzone 發(fā)表評(píng)論 閱讀評(píng)論 瀏覽量：33,829 views    汽車保險(xiǎn)杠與加強(qiáng)橫梁作為吸收緩和外界沖擊力的車身構(gòu)件。在低速碰撞事故中，對(duì)于保護(hù)車身以及車身附件可以起到一定作用。近年來，網(wǎng)上大有流行“曬保險(xiǎn)杠”的趨勢(shì)，越來越多的人們也開始關(guān)注保險(xiǎn)杠，然而對(duì)于保險(xiǎn)杠的防護(hù)功能和性能卻是眾說紛紜。不少人認(rèn)為保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁對(duì)于保護(hù)車內(nèi)乘員有著至關(guān)重要的作用，還有不少人又犯了“摁鋼板”的老毛病，以加強(qiáng)橫梁厚度論優(yōu)劣，甚至還爆出“加強(qiáng)橫梁采用鋁合金材料是偷工減料”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。圖1：汽車保險(xiǎn)杠與

2、加強(qiáng)橫梁作為吸收緩和外界沖擊力的車身構(gòu)件。在低速碰撞事故中，對(duì)于保護(hù)車身以及車身附件可以起到一定作用。但是保險(xiǎn)杠所能提供的防護(hù)能力仍相當(dāng)有限。圖為追尾事故后的2010款第五代大眾高爾夫，由于前車被撞點(diǎn)較高爾夫前保險(xiǎn)杠略高，因此造成高爾夫水箱格柵（與前保險(xiǎn)杠殼體一體），前燈組與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋板損毀，而前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁卻毫發(fā)未傷。 前后保險(xiǎn)杠的貢獻(xiàn)是什么？顯而易見，現(xiàn)在的轎車前后保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)已經(jīng)與二三十年前的車型廣泛采用的外置式保險(xiǎn)杠完全不同。目前常見的轎車前后保險(xiǎn)杠一般都是由塑料保險(xiǎn)杠殼體，加強(qiáng)橫梁和左右兩個(gè)吸能支架以及其他安裝用部件組成（如圖所示）。塑料保險(xiǎn)杠殼體便是我們能從外觀上看到的保險(xiǎn)

3、杠。近年來，由于造型設(shè)計(jì)的發(fā)展，以及行人保護(hù)的需要，大多數(shù)轎車的前保險(xiǎn)杠都采用保險(xiǎn)杠與水箱格柵一體式設(shè)計(jì)。相比而言，幾十年前老車型的保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)更符合“橫杠”的概念。圖2：常見的轎車前后保險(xiǎn)杠一般都是由塑料保險(xiǎn)杠殼體，加強(qiáng)橫梁和左右兩個(gè)吸能支架（易潰縮縱梁）以及其他安裝用部件組成。圖為第二代豐田普銳斯前保險(xiǎn)杠拆解示意圖。圖3：二三十年前的車型廣泛采用的外置式保險(xiǎn)杠，而近年來，由于造型設(shè)計(jì)的發(fā)展，以及行人保護(hù)的需要，大多數(shù)轎車的前保險(xiǎn)杠都改用保險(xiǎn)杠與水箱格柵一體式設(shè)計(jì)。圖為1980款福特嘉年華，其采用外置式保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)，并且專門配置有可恢復(fù)形變的彈簧吸能裝置。不過在外觀上看不到橫在車身前后部的保險(xiǎn)杠

4、，并不代表它們不存在。拆下塑料保險(xiǎn)杠殼體，安裝在車身結(jié)構(gòu)上的加強(qiáng)橫梁便引入眼簾，而這些加強(qiáng)橫梁正是網(wǎng)友們熱議的焦點(diǎn)。不少人認(rèn)為加強(qiáng)橫梁越厚越安全，鋼質(zhì)橫梁比鋁合金材質(zhì)的更安全，甚至還有人認(rèn)為沒有后加強(qiáng)橫梁的車型不能在追尾事故中保證乘員安全。那么，這些觀點(diǎn)正確嗎？我們不妨從整體車身結(jié)構(gòu)的角度去分析，看看前后保險(xiǎn)杠對(duì)于車身被動(dòng)安全的貢獻(xiàn)究竟是什么？圖4：在外觀上看不到橫在車身前后部的保險(xiǎn)杠，并不代表它們不存在，拆下塑料保險(xiǎn)杠殼體，安裝在車身結(jié)構(gòu)上的加強(qiáng)橫梁便引入眼簾。圖為2010款現(xiàn)代勞恩斯酷派前部拆解。我們知道，完善的車身結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備高效動(dòng)能吸收/分散可潰車身設(shè)計(jì)，高強(qiáng)度乘員艙，以及行人保護(hù)組件

5、。一般來說，車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙和行李艙作為潰縮吸能區(qū)，車身中部則會(huì)被設(shè)計(jì)為高強(qiáng)度的乘員艙。因此車身前后部結(jié)構(gòu)要盡可能多地吸收碰撞能量，使碰撞過程中作用于車內(nèi)乘員的力和加速度降至安全的范圍內(nèi)，但是車身前后部構(gòu)件在碰撞中產(chǎn)生的變形應(yīng)根據(jù)碰撞強(qiáng)度逐級(jí)發(fā)生，便于車身結(jié)構(gòu)的修復(fù)和降低維修成本。圖5：完善的車身結(jié)構(gòu)應(yīng)該具備高效動(dòng)能吸收/分散可潰車身設(shè)計(jì)，高強(qiáng)度乘員艙，以及行人保護(hù)組件。一般來說，車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙和行李艙作為潰縮吸能區(qū)，車身中部則會(huì)被設(shè)計(jì)為高強(qiáng)度的乘員艙。圖為2009款沃爾沃XC90車身結(jié)構(gòu)，鋼板抗拉強(qiáng)度等級(jí)從發(fā)動(dòng)機(jī)艙至乘員艙逐級(jí)增加以實(shí)現(xiàn)“高效動(dòng)能吸收與分散”理念。以車身前部結(jié)構(gòu)為例，一般來說，

6、發(fā)動(dòng)機(jī)艙作為潰縮區(qū)域被分為三級(jí)變形區(qū)（如圖示），其中第一級(jí)變形區(qū)位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙前部，用于保護(hù)行人和降低車輛在低速下碰撞對(duì)于車輛的破壞。第二級(jí)變形區(qū)位于發(fā)動(dòng)機(jī)艙中部，即相容區(qū)。當(dāng)兩車相撞時(shí)，通過這部分變形區(qū)的潰縮最大化吸收和分散能量。第三級(jí)變形區(qū)則靠近發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部，位于乘員艙之前，用于最大程度的保持乘員艙完整性，也被稱為自身保護(hù)區(qū)。很顯然，前保險(xiǎn)杠的位置處于第一變形區(qū)，行人保護(hù)和降低低速碰撞對(duì)于車輛的破壞是其主要作用。圖6: 發(fā)動(dòng)機(jī)艙作為潰縮區(qū)域被分為三級(jí)變形區(qū)：第一級(jí)變形區(qū)，相容區(qū)和自身保護(hù)區(qū)。圖為2007款日產(chǎn)騏達(dá)車身結(jié)構(gòu)示意圖。圖7：前保險(xiǎn)杠位于第一級(jí)變形區(qū)，行人保護(hù)和降低低速碰撞對(duì)于車輛的

7、破壞是其主要作用。圖為與日產(chǎn)騏達(dá)采用同一平臺(tái)設(shè)計(jì)的雷諾風(fēng)景，其前部發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)與騏達(dá)一致。第一級(jí)變形區(qū)的上下部分大量采用塑料材質(zhì)降低前部對(duì)于行人的傷害。前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁可以將任何形式的偏置和正面碰撞產(chǎn)生的能量盡可能均勻地分布到兩個(gè)吸能元件上，使能量最大限度均勻地被吸能支架所吸收，并將碰撞力均勻地傳遞到兩個(gè)縱梁。當(dāng)汽車與其他車輛或障礙物發(fā)生低速碰撞時(shí)，如較為常見的停車場(chǎng)碰撞，市區(qū)路況頻繁發(fā)生的低速追尾等。前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁對(duì)保護(hù)翼子板、散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和燈具等部件起著一定作用。后保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁則可以減少行李艙，尾門，后燈組等部位的損害。圖8：較為常見的停車場(chǎng)碰撞，市區(qū)路況頻繁發(fā)生的低速追尾等。前保

8、險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁對(duì)保護(hù)翼子板、散熱器、發(fā)動(dòng)機(jī)罩和燈具等部件起著一定作用。圖為碰撞事故后的2008款奔馳B200的鋁合金前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁，其很好的保護(hù)了發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器。圖9：如果前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁的強(qiáng)度不足或被撞擊物為柱狀體，則會(huì)造成碰撞產(chǎn)生的能量不能很好的分布到兩個(gè)吸能元件上，從而造成能量不能最大限度均勻地被吸能支架所吸收。圖為碰撞事故后的標(biāo)致307車型，前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁嚴(yán)重變形，并向內(nèi)側(cè)凹陷，而兩側(cè)的易潰縮縱梁（黃色圓圈處）卻相當(dāng)完好。對(duì)車主來說，前后保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)的好壞，這直接影響著發(fā)生碰撞事故后的維修費(fèi)用。美國高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）的研究表示：近年來，美國各大保險(xiǎn)公司每年為低速碰撞車損賠償

9、的金額高達(dá)60億美元以上，這同時(shí)也是造成車主保費(fèi)升高的一大因素。 前后保險(xiǎn)杠僅是被動(dòng)安全的配角不少人認(rèn)為前后保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁(即人們常說的防撞梁)是保證車輛碰撞安全性的關(guān)鍵。的確，國內(nèi)也有不少汽車媒體樂于曬這樣的防撞梁作為例證評(píng)判安全性高低，然而當(dāng)發(fā)生正面碰撞事故時(shí)，保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁遠(yuǎn)沒有那兩條被發(fā)動(dòng)機(jī)遮蓋大部分的前縱梁所能發(fā)揮的作用大。圖10：不少人認(rèn)為前后保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁(即人們常說的防撞梁)是保證車輛碰撞安全性的關(guān)鍵，然而真正在碰撞事故（正面撞擊或后部追尾）中擔(dān)負(fù)主要吸能作用的是前后縱梁，縱梁通過壓潰變形和彎曲變形吸收碰撞能量。圖為2008款奔馳C級(jí)車發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)和碰撞能量吸收與分散

10、路線示意圖。圖11：車身后部碰撞安全性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念基本與正面碰撞相同。不過由于追尾事故大多是同向發(fā)生，碰撞前后速度變化相對(duì)正面碰撞小，同時(shí)車身后部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為注重減小油箱損壞，因此前后車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材質(zhì)仍有較大不同。圖為2008款奔馳C級(jí)旅行版車尾結(jié)構(gòu)和碰撞能量吸收與分散路線示意圖。事實(shí)上，真正在碰撞事故（正面撞擊或后部追尾）中擔(dān)負(fù)主要吸能作用的是前后縱梁，縱梁通過壓潰變形和彎曲變形吸收碰撞能量。其中前縱梁更是要擔(dān)負(fù)總碰撞能量的60%左右。后縱梁所需要承擔(dān)的吸能壓力雖然較前縱梁較小，但是仍然是在追尾事故中吸收能量的主力。因此如何高效吸收能量是縱梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。縱梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)思路是盡其可能

11、地沿著軸向壓潰變形，控制彎曲變形量，從而獲得滿意的能量吸收效果。圖12：前縱梁的前端由于屬于第一變形區(qū)范圍內(nèi)，因此會(huì)設(shè)置有易于軸向壓潰的結(jié)構(gòu)。目前主流設(shè)計(jì)是布置與前縱梁獨(dú)立的波紋管狀易潰縮縱梁。圖為剛剛歐洲上市的2011款福特新福克斯的車身前部結(jié)構(gòu)，其采用與前縱梁獨(dú)立的波紋管狀易潰縮縱梁設(shè)計(jì)。圖13：在發(fā)生輕微碰撞事故中，易潰縮縱梁容易受到破壞并吸收能量，因此只需要更換成本較低的易潰縮縱梁，從而簡(jiǎn)化碰撞事故后的維修成本和維修時(shí)間。圖為碰撞事故后的2008款福特?？怂沟那翱v梁與易潰縮縱梁末端的可拆卸接口。以車身前部構(gòu)造為例，前縱梁的前端由于屬于第一變形區(qū)范圍內(nèi)，因此會(huì)設(shè)置有易于軸向壓潰的結(jié)構(gòu)，如

12、凸臺(tái)，凹臺(tái)，長(zhǎng)孔，缺口等。某些老款車型的前縱梁前端往往會(huì)設(shè)計(jì)為波紋管狀，目前主流設(shè)計(jì)則是布置與前縱梁獨(dú)立的波紋管狀易潰縮縱梁。其一端連接前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁，另一端與前縱梁通過螺栓固定。在發(fā)生輕微碰撞事故中，這段易潰縮縱梁容易受到破壞并吸收能量，但是由于前縱梁強(qiáng)度較易潰縮縱梁更大而不易變形，因此只需要更換成本較低的易潰縮縱梁，從而簡(jiǎn)化碰撞事故后的維修成本和維修時(shí)間。圖14：前縱梁的前部和中部被設(shè)計(jì)的很筆直，并且采用不等厚鋼板材質(zhì)和大斷面設(shè)計(jì)，有利于更高效的逐級(jí)吸能。圖為2004款沃爾沃S40,的前縱梁結(jié)構(gòu)，同平臺(tái)車型還有?？怂?，馬自達(dá)3（右上角為馬自達(dá)3車身結(jié)構(gòu)實(shí)拍）。前縱梁的前部和中部則位于第二

13、變形區(qū)（即相容區(qū)）內(nèi)，這部分前縱梁會(huì)被設(shè)計(jì)的很筆直，并且采用不等厚鋼板材質(zhì)和大斷面設(shè)計(jì)，有利于更高效的逐級(jí)吸能。前縱梁的后部則屬于第三變形區(qū)（即自身保護(hù)區(qū)），前縱梁至此則會(huì)被設(shè)計(jì)為向下彎曲的形狀，并且采用更高強(qiáng)度的鋼板，增加板厚，并且為了局部加強(qiáng)控制彎曲變形，還會(huì)在彎曲部位設(shè)置加強(qiáng)筋。圖15: 由于前縱梁的后部屬于第三變形區(qū)（即自身保護(hù)區(qū)），前縱梁至此則會(huì)被設(shè)計(jì)為向下彎曲的形狀，并且采用更高強(qiáng)度的鋼板，增加板厚。如此設(shè)計(jì)更利于保護(hù)乘員艙結(jié)構(gòu)（如右圖）對(duì)于車身后部碰撞安全性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念基本與正面碰撞相同。不過由于追尾事故大多是同向發(fā)生，碰撞前后速度變化相對(duì)正面碰撞小，同時(shí)車身后部的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為

14、注重減小油箱損壞，因此前后車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材質(zhì)仍有較大不同（后文將會(huì)專門詳解）。 鋼還是鋁？保險(xiǎn)杠輕量化設(shè)計(jì)的兩條路徑保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁的強(qiáng)度對(duì)整個(gè)保險(xiǎn)杠骨架系統(tǒng)起著決定性作用，高強(qiáng)度的橫梁更有利于碰撞能量的均勻分布。同時(shí)，要提高保險(xiǎn)杠防護(hù)能力就需要提高保險(xiǎn)杠系統(tǒng)吸收能量的能力。除了前面所說的，通過采用波紋管狀易潰縮縱梁等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來吸收能量外，還必須提高材料吸收能量的能力。而材料吸收能量的能力與材料的抗拉強(qiáng)度和厚度都呈正比關(guān)系。但在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不可能通過無限制增加鋼材厚度達(dá)到提高材料吸收能量的目的。因此，既滿足高強(qiáng)度又滿足輕量化要求的高強(qiáng)度鋼成為鋼制保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁的材料。圖16：獲得E

15、uro NCAP五星評(píng)價(jià)的雷諾風(fēng)景其前保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁由于采用超高強(qiáng)度鋼，因此板厚不大，但是實(shí)際防護(hù)效果卻明顯優(yōu)于不少看似厚重的普通鋼制保險(xiǎn)杠。圖17：剛剛發(fā)布的第三代?？怂骨氨ｋU(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁得到重新設(shè)計(jì)，使其更加輕量化。不僅板厚進(jìn)一步降低，并在前部還增加八個(gè)減重孔，同時(shí)增大兩側(cè)彎角角度，此舉有助于提高側(cè)角碰撞的防護(hù)性能。目前，國際上大多數(shù)近些年來設(shè)計(jì)的新車其鋼制保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁，普遍使用抗拉強(qiáng)度為1000MPa左右或更高的超高強(qiáng)度鋼，其厚度大多在2毫米左右。如果采用420MPa鋼板沖壓件，其等效替代厚度至少要達(dá)到6毫米，其重量差異顯而易見。因此如果在不清楚鋼板強(qiáng)度的情況下，僅憑視覺觀察加強(qiáng)橫梁的厚

16、度來判斷保險(xiǎn)杠設(shè)計(jì)好壞，顯然其結(jié)論會(huì)與實(shí)際情況大相徑庭。我們知道，鋁合金的密度是鋼的三分之一，因此同樣體積的鋁合金其重量也只有鋼的三分之一。正是因?yàn)殇X合金材料更輕，它也是車身輕量化設(shè)計(jì)中非常重要的材料。鋼制保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁采用提高鋼板抗拉強(qiáng)度，從而減小厚度，提高材料吸收能量性能。而鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁則是反其道而行之，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)置不同壁厚，從而提高吸能性能。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁不僅比鋼制保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁更輕，而且可以吸收更大的能量。圖18：經(jīng)過合理設(shè)計(jì)的鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁不僅比鋼制保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁更輕，而且可以吸收更大的能量。圖為2008款奔馳B200的鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁。

17、圖19：豐田旗下車型早在上世紀(jì)90年代初便已經(jīng)開始使用鋁合金材質(zhì)的保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁，圖為1992款雷克薩斯SC400。圖20：圖為愛信精機(jī)為豐田車型開發(fā)的新一代鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁結(jié)構(gòu)，它采用日字型結(jié)構(gòu)鋁合金型材，利用不等厚設(shè)計(jì)優(yōu)化加強(qiáng)橫梁形變，從而實(shí)現(xiàn)高效吸收能量的目的。這種加強(qiáng)橫梁已經(jīng)被應(yīng)用于近年來豐田與雷克薩斯車型之上。從性能上看，鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁更具優(yōu)勢(shì)（重量更輕，效果更好），但是制造成本仍較鋼制保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁更高。目前高端豪華品牌車型大多數(shù)采用鋁合金保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁，不過近年來，一些中端車型為實(shí)現(xiàn)輕量化，其保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁也開始采用鋁合金材質(zhì)?？梢灶A(yù)見，隨著油耗和排放限值的逐漸提高，車

18、身輕量化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)將更為明顯。保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁作為車身結(jié)構(gòu)中相對(duì)并不太復(fù)雜的組件，鋁合金將很可能成為未來保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁的主流材質(zhì)。  不得不提的緩沖材料最后，不得不提及一下，一個(gè)雖然不能在車輛碰撞中發(fā)揮重大作用，但是卻對(duì)行人和車輛保護(hù)非常有利的組件：緩沖材料。一般來說，大多數(shù)新款車型都會(huì)在前后保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁與保險(xiǎn)杠外殼之間安裝泡沫材料（不少人將其與松軟的包裝泡沫混為一談，事實(shí)上，此處采用的泡沫材料非常致密，并不容易變形。），此舉有兩大作用：其一，當(dāng)車輛與行人發(fā)生碰撞之后，安裝位置較低的泡沫材料可以對(duì)行人腿部提供進(jìn)一步緩沖；圖21: 大多數(shù)新款車型都會(huì)在前后保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁與保險(xiǎn)

19、杠外殼之間安裝泡沫材料，其對(duì)行人和車輛保護(hù)非常有利。（應(yīng)網(wǎng)友要求特別注解：國產(chǎn)豐田凱美瑞前保險(xiǎn)杠）圖22：由于不少歐系車型的泡沫材料顏色為黑色，因此不少人誤以為歐系車不用泡沫材料作為填充物，其實(shí)細(xì)看會(huì)發(fā)現(xiàn)它們是黑色泡沫而已。圖為2009款國產(chǎn)（應(yīng)網(wǎng)友要求）大眾速騰前保險(xiǎn)杠橫梁與外殼間的泡沫塊實(shí)拍圖片。圖23：有些車型的泡沫固定設(shè)計(jì)則比較討巧，泡沫隱藏于保險(xiǎn)杠外殼之后，此舉不遮擋金屬制成的保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁。圖為2010款現(xiàn)代勞恩斯酷派的前保險(xiǎn)杠外殼與緩沖泡沫。其二，對(duì)于保險(xiǎn)杠外殼提供支撐，保證其在輕微受壓時(shí)不易斷裂或變形。在歐洲很多國家可以看到，不少路邊停車的車輛前后間距非常狹窄，車主往往需要反復(fù)輕微頂撞前后車輛才能開出，此時(shí)保險(xiǎn)杠前面的泡沫便有用武之處了。圖24：安裝位置較低的