汽车车身安全部位解析

文章来源：里程汽车设计发布时间：2022-03-25

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汽车安全技术分被动安全和主动安全两大类。

汽车安全技术分被动安全和主动安全两大类。汽车主动安全是指通过积极主动地方式，避免可能发生的事故或伤害的技术，包括ESP车身稳定系统、ABS防抱死系统等等。而汽车被动安全技术则是指一旦事故发生时，保护车辆内部乘员及外部人员，使直接损失降到最小的技术。被动安全技术主要包括碰撞安全技术、碰撞后伤害减轻与防护技术等。而在被动安全中极为重要的具有吸能作用的白车身是保护成员的最后一道安全屏障，白车身安全性能的优劣在关键时刻决定着乘员的生命。

白车身（body in white）又叫车身本体，是指完成焊接但未涂装之前的车身。白车身是车身结构件及覆盖件的总成，包括车顶盖、翼子板、发动机盖、行李箱盖和车门，但不包括附件及装饰件。白车身包括车身覆盖件(cover panel)、车身结构件（structural member/body structure）、结构加强件等几大部分。在白车身的基础上再加上底盘（包括发动机、变速箱、传动系统、制动系统、悬架系统、排气系统等）、汽车内饰和汽车电器就组成了我们所说的整车。

白车身安全区域划分

白车身的作用就是在吸收汽车动能的同时减缓车内乘员的移动程度，保证乘员有足够的生存空间。从这点就可以看出，一个优秀的白车身应该具有两大特点：一是具有足够大的吸能空间，以便将碰撞的能量吸收掉，这要求白车身某些部件要足够软；另一个则是有足够大的坚固、不可变形的空间，以便保护好乘员安全，这则要求白车身某些地方要足够硬。通俗的说就是该软的软，该硬的硬。而影响白车身碰撞安全的主要零部件从前到后依次是：前防撞梁、前纵梁、发动机盖、A、B、C柱、侧门防撞杆、底板、后纵梁以及后防撞梁等。那么这些部件中，哪些该软哪些该硬，什么样的设计是合格的，如何看这些零部件的结构？

防撞梁也被称为防撞横梁，是指为了保护汽车在碰撞中少受或者不受破坏而设置的梁结构，重点是使被保护体少受或者不受伤害。防撞梁重要的设计理念就是一点受力全是受力，也就是分散力的作用。从功能上来看，防撞梁结构主要承担着抵御碰撞变形，分散碰撞能量的作用。

汽车上的防撞梁是车身结构的一部分，按照位置分，防撞梁可以分为3种：前防撞梁、侧门防撞梁（侧门防撞杆）和后防撞梁，其中前防撞梁主要抵御正面撞击，侧门防撞梁主要是防御侧面撞击，而后部防撞梁则是抵御后部撞击。

1、前防撞梁

前防撞梁位于白车身的最前端，在保险杠的后边，通过吸能盒和纵梁相连。防撞梁的第一个作用是在低速碰撞下，通过其本身高强度的结构，将能量分散给吸能盒，以减轻低速碰撞时车辆的损坏程度，进而降低维修成本。

前防撞梁和吸能盒焊接在一起后通过螺栓和纵梁相连接，易于更换维修，减少维修成本和时间

另外，从图中可以看到，在正面碰撞中，前防撞梁将碰撞能量均匀的传递给左右前纵梁以及左右A柱，并通过纵梁和A柱将撞击力分散到车身的后部结构中。此种情况下，前防撞梁对于乘员保护基本不起什么作用，吸能及抵御变形的主要是前纵梁、底梁和A柱等其他结构。但是在遭受部分重叠的正面碰撞比如偏置碰撞时，前防撞梁可以将撞击侧受到的冲击传递到非撞击侧的前纵梁上，减少单边所承受的撞击力，为碰撞能量的分散与吸收提供了一条传递路径。这时候防撞梁才能起到真正的作用。

碰撞时撞击力经过防撞梁的分解作用后的传递路线

前防撞梁强度太弱，导致防撞梁内凹，发动机严重受损，而和防撞梁想连接的吸能盒则却安然无恙，防撞梁失去应有作用

从以上可以知道，在碰撞过程中前防撞梁不能发生断裂失效，否则就不能在关键时刻起到传递和分解力的作用，所以防撞梁本身应该具有极高的强度。而影响其强度的有材料、结构和尺寸三个方面。对于汽车防撞梁而言，现在主要有三种材料：高强度钢材、玻璃纤维和铝合金等轻金属合金。对于玻璃纤维材料的防撞梁，基本可以判定其厂家极为不厚道，现在也基本很少有车采用。而应用最为广泛的是高强度钢材。而随着对汽车轻量化的重视，在保证强度的前提下，又出现了铝合金等轻金属合金材料的防撞梁，重量大为减轻。而在厚度方面，钢制防撞梁的厚度一般在1-2mm左右，而采用铝合金的防撞梁其厚度一般都在2mm以上。

奔驰B级所采用的铝合金前防撞梁

现在应用最多的是钢制前防撞梁

结构方面，现在的前防撞梁一般是采用B形、C形、D形等具有加强作用的截面以保证在尽量轻的重量下有着良好的强度。其中，钢制防撞梁一般采用C和D形截面，而铝合金防撞梁则一般采用B形截面。这也是因为各种的加工方式不一致造成的。对于钢制防撞梁，一般是采用冲压成型加焊接等工艺，而铝合金防撞梁一般是通过挤压成型或者压力铸造来实现的。

防撞梁的几种常用截面

尺寸方面，如果材料、结构等参数完全相同的情况，其防撞梁的长宽高尺寸越大越好。长度方面，防撞梁的长度越长则意味着在发生偏置碰撞的时候，其保护面积越大。而宽度和高度越大，则其强度也就越大。

相同情况下，前防撞梁的宽度和长度越大，防护效果越好

迈腾的前防撞梁位置偏低，导致在其发生追尾时前防撞梁没起到应有的作用

此外，影响防撞梁效果的还有一个很容易被我们忽略的一个因素，那就是前防撞梁的安装高度。一个不合适的高度比如离地太低，汽车发生碰撞时，前防撞梁根本没被接触到，整个发动机舱都被撞坏了，防撞梁却“安然无恙”，这样防撞梁也就失去了其应该起到的作用。前防撞梁的安装位置需要根据车身高度，轮毂直径的大小来综合评定，并没有一个明确的标准，同时还要考虑到相容性原理，即两车发生正面相撞时，不合适的防撞梁高度既保护不到自身，还会对对方车辆造成巨大伤害。一般车型的安装高度在400-500mm左右，但如果超过520mm，则会对C-NCAP等相关碰撞试验的成绩造成影响。

位于前防撞梁前的泡沫材料（黑色）主要起到保护行人和支撑塑料保险杠蒙皮的作用

此外，我们在很多车上可以看到，在前防撞梁的前面一般还覆盖着很厚的泡沫材料，于是很多人说该泡沫材料是厂家的偷工减料的行为。其实这是一个误区。该泡沫材料是作为吸能缓冲材料。其作用主要有两个：一个是当车辆与行人发生碰撞之后，安装位置较低的泡沫材料可以对行人腿部提供进一步缓冲；另一个是对于保险杠外壳提供支撑，保证其在轻微受压时不易断裂或变形。

后防撞梁所在位置

后碰时后防撞梁起到和前防撞梁一样的作用

后防撞梁和前防撞梁基本情况一样，只是因为其处于车身的最后端是车的最薄弱地方，为加强强度，后防撞梁一般比前防撞梁更为结实。

说到后防撞梁，现在是则是一个被热议的话题。其作用曾被一度神话，似乎有了后防撞梁的车安全性能特别是被追尾时的安全性能将是非常高。其实这是个误区。虽然没有采用后防撞梁的车型肯定是厂家偷工减料的行为，但有了后防撞梁也不能就判定其安全性能有多好。防撞梁真是在低速碰撞或者在偏置碰撞中能起到一定作用。除去前一种情况，在遇到高速碰撞时最后最终受力变形的还是纵梁等结构而非防撞梁本身。而且即使有后防撞梁，如果设计的高度不合适或者长度不够，其也难发挥出其有效作用。

注：科普一下前后防撞梁和前后保险杠的区别。我们现在日常生活中所说的汽车前后保险杠其实只是真正意义上的保险杠的一部分。以前保险杠为例，真正的保险杠由塑料保险杠壳体、前防撞梁和左右两个吸能盒以及其他安装用部件组成。其中，塑料保险杠壳体就是我们口头常说的前保险杠。在过去，很多车型的前防撞梁是位于保险杠壳体前面，也就是外置式设计，比如现在我们还能见到的老桑塔纳。而随着人们对汽车造型的要求越来越高，前防撞梁一般被设计成被保险杠壳体包裹住，即后置式设计。

一个完整的前保险杆总成

总结：很多数据都表明，在现阶段提高车辆后部结构的耐撞性远不如提高座椅及头枕的保护性能更加重要。C-NCAP 2012版评价规则中也准备采用这种试验形式来评价测试车型的后碰安全性。因此，从吸能效果及保护车内乘员安全两个方面来看，后防撞梁的作用都没有吹嘘的那么大。这也是很多车型没有采用后防撞梁的重要原因。而且加装后防撞梁可能会使车型后部凸起较大，当行人不小心碰上时反而会造成不必要的伤害。我国的《乘用车外凸出物》标准（GB11566-2009）对这方面还有专门的要求。通过对以上三种防撞梁结构的分析我们可以发现，侧面防撞梁是最重要也是必备的，前防撞梁有一定作用，而后防撞梁的作用却远没有想象的那么大。正如前防撞梁一样，它在后碰中承担的吸收及分散碰撞能量的作用也很小，绝大部分的碰撞冲击还是要由后纵梁、后底板等结构来吸收。

2、汽车侧防撞梁（杆）

汽车侧防撞梁也就是侧防撞梁，也叫侧门防撞杆，是指在车门内部结构中加上横梁（从外面并看不到），用以加强车辆侧面的结构，进而提高侧面撞击时的防撞抵抗力，以提升侧面的安全。

汽车侧面是汽车最为薄弱的部位，在发生侧面撞击时，极易造成乘员的伤亡。所以侧门防撞梁对汽车安全极为重要。和前后防撞梁一样，侧门防撞梁也必须有足够大的强度。但和前后防撞梁不同的是，侧门防撞梁是装在侧门内外板之间，安装空间有限，所以对其材料和结构要求更为严格。

侧门防撞梁按车门防撞梁的形状分为管状和帽形两种。管状的叫侧门防撞杆，其两端有支架，用于连接固定防撞梁与车门。管状防撞梁主要是圆管，也有矩形管、梅花形管、椭圆形管等，这要综合考虑许多因素，如车门内部空间，吸能设计等。日韩系车型常用此种结构。而帽形才是被称为防撞梁，主要有单帽形状（U形）和双帽形状（m形）两种，一般直接焊接在车门上。欧美系车型一般均采用此种设计。

欧美车系常用的帽形防撞梁

日韩车系常用的杆状防撞梁，也叫防撞杆

按布置形式分，侧面防撞梁又分为Y形防撞梁和一字形防撞梁。具体看图。Y形防撞梁除了能提供更好的侧面保护外，其还在发生严重的正面或偏置碰撞中，可以把正面碰撞中传到侧门上的纵向力沿着Y形防撞梁分散到车身侧围上，减少对门的冲击。这点比一字型要好的多，当然其成本也较高。

一字形防撞梁的成本较低

Y形防撞梁的安全性能更好

而在材料方面，侧面防撞梁也有两种，普通高强度钢和铝合金。

捷豹采用的铝合金侧门防撞梁

影响侧门防撞梁发挥作用的因素主要是布置的高度。一般车型在设计时，为了能在C-NCAP中取得较好的成绩，其侧门防撞梁的高度一般在距离地面300-500mm之间，因为这个高度正是C-NCAP碰撞测试中侧碰小车的碰撞高度。马自达的08款马自达3就曾经因为其侧门防撞梁高度设计不合理，在碰撞测试中侧面碰撞得到零分的结局。