立木顶千斤! 汽车安全结构的唯一法则, 只有大虎悠破解了!
此话题一共分为上、中、下三部分。我们在上篇与中篇里已经将汽车安全力学设计思路的大概要点做了简单的归类和阐述,最终我们知道汽车的乘员舱必须保证坚固的性能,碰撞中尽量不得发生变形。
要不发生变形,很多人往往都想到了各家汽车制造商使用高强度钢,甚至超高强度钢越来越多的“风气”。用材料来增加刚性确实是一条有效的技术途径,但却不是“高明”的手法。大虎悠早就说想要开创自己的汽车品牌,不拿出点硬货是不行的!
在大虎悠的绝杀招里,任何的结构要做到高刚性,最捷径的方法就是“力的传导与对抗”。我们老祖宗对力学做出的一句话总结“立木顶千金”就是我大虎悠在力学领域中出奇制胜的绝世神功。要说清楚个中利害,就先得从“几何力学”开刀:
一个问题:我们知道自行车分男女款,男款自行车是三角形结构车架,女款自行车则是“弯梁”结构,主要是为了方便女性穿裙子时骑行。倘若我们假设一个题:让同品牌同系列的男款和女款自行车,分别以同速度去撞墙。这两台车的车架,变形程度孰大孰小?
我想,大家心里都清楚,女款自行车撞击后的变形量更大。这时候,我们引出一个话题——几何力学。事实上,在工业上,几何力学无处不在。一张纸拿在手里,它是软的。但如果我们把纸张折弯,形成一个槽钢形状,或者一个管状,此时它可以承受一定的力。而这就是最最简单的几何力学。
我们知道,无论是非承载、半承载、还是全承载,只要是汽车,就必然有发动机。而发动机需要安装到车身纵梁上。纵梁是整个车身受力的核心灵魂,是汽车的“脊柱”!无论是非承载、半承载、还是全承载都有纵梁。
因为乘员舱底板的高度,和前方发动机舱纵梁高度,以及车后部纵梁高度不同,因此才会存在“鹅颈”。此刻我们可以看出,在车辆正前方或者正后方碰撞中,鹅颈,是一个非常容易被压溃的位置。事实上我们也能够在汽车报废场里见到无数的因为剧烈碰撞而报废的车辆,符合这个规律。鹅颈被压溃,纵梁折弯,整个发动机舱上翘。
“几何力学”中,直线形的最不容易发生形变,而带有弯曲的纵梁,弯曲位置刚好就是变形位置,弯曲的程度越大,弯曲的越“急”,就越容易在挤压中出问题。因此我们理想状态需要平直的纵梁,但受限于车身布局,纵梁又必须带有“鹅颈”,但我们尽量可以让“鹅颈”平滑一些,越平滑越好。
另外,鹅颈的存在,必然会让车架在正面碰撞时,产生一个上翘的力矩。如何抵抗住这个上翘力矩,成了我们另一个话题。而这个话题的答案,就是中通道。中通道是什么?就是后排地板中间高高鼓起的那一坨!
通常来说,中通道的存在,是为了给传动轴留下空间(后驱车辆)或者给排气管留下空间,而为了尽量给车类乘员舱多留空间,甚至追求所谓的“后排平地板”,中通道越设计越小,越设计越低。但我们却忽视了一个非常重要的事情:中通道本身也是一个非常重要的力学通道。
设计的好的中通道,可以很好的起到抵抗纵梁上翘的力矩。特别是德国的宝马公司,多年来一直强调中通道的力学重要性,而坚持不让中通道小型化。我们可以看下图。宝马及其巧妙的利用一个Y形构件,处理来自前方的纵向压力。例如E85车身。虽然这会给舒适性带来不好的影响,但比起安全,舒适性又能算什么呢?