最近总被问一些碰撞安全的事儿,那么在碰撞中,车是怎么保证乘客安全的呢?

车辆碰撞是由一系列物理现象组成的。虽然现在如果不聊点相对论,量子力学和霍金辐射之类的话题就像没学过物理似的,不过以当代汽车的速度和质量来讲,还是逃不出经典力学的惯性参考系,所以碰撞安全这事儿,还得从牛顿爵士的三大运动定律说起。

牛顿第一运动定律

物体会坚持其静止或匀速直线运动状态,除非有外力迫使改变其状态

也就是说,当车开起来以后,如果想停下来,那车上的人总是要被动受力的,这个力可能来自座椅的摩擦,也可能来自

安全带

图源:Smithsonian Channel

安全气囊

图源:Mercedes Benz

或者..

图源:DPCcars

所以牛爵爷第一定律告诉我们说:

开车一定要系安全带!

那么这个「力「到底有多大呢?

牛顿第二运动定律

施加于物体的外力等于此物体的质量与加速度的乘积

F = ma

也就是说,如果你想停下来,你所受的力是和你的体重以及加速度相关的。加速度通常用「G」来表示,因为这样可以更形象的表示你所受的力和自己体重的关系。

比如2017年F1车手刘易斯·汉密尔顿在澳大利亚站开出了破纪录的6.5G,这意味著当时他身体承受著自己体重6.5倍的压力。

图源:Formula1.com

汉密尔顿能继续驾驶已经实属不易了,目前普遍认为人类承受加速度的极限在9G左右,因为人在9G状态下,非常恐怖~

图源:VIDSTORM

真正恐怖的是,汽车碰撞瞬间的加速度可能要远远高于9G,如果这时你手中抱著一个婴儿,他很可能瞬间就会变成这个样子。

图源:十万个冷笑话

所以牛爵爷第二定律告诉我们说:

孩子在车上一定要坐安全座椅!

而对于工程师们来讲,如果没法控制用户的体重,就只能尽量减小碰撞时所产生的加速度。根据牛顿第三运动定律,

牛顿第三运动定律

当两个物体互相作用时,彼此施加于对方的力,其大小相等、方向相反

工程师们要做的就是尽量减小车体在碰撞中产生的加速度,那工程师们是怎么干的呢?

图源:Asics

鸡蛋是生活中最常见的易碎品之一了,而保护生鸡蛋不碎的最好办法就是,缓冲。

当代车辆保护乘客的原理也是这样,工程师们把车身基础结构分成了三个部分:前后吸能缓冲区以及中间的乘员舱。

图源:技术活儿

乘员舱就是工程师们要保护的重中之重,因为乘员舱有任何侵入,无论是安全带还是气囊,都会成为摆设。所以如果在碰撞试验中看到A柱有变形的情况,那就意味著这个车的车身结构非常不安全。

图源:EURO-NCAP

吸能缓冲区的设计,简单来说和接鸡蛋的垫子一样,垫子越厚越安全,所以可以说车辆的吸能缓冲区越长,乘员舱越安全。

图源:IIHS

但是对于燃油车来说,由于发动机和变速箱的体积非常大,如果吸能缓冲区设计过长,发动机就有可能直接侵入乘员舱。

图源:Volvo

而对于电动汽车的工程师们来说,由于动力总成体积小,在设计吸能缓冲区的时候就舒服多了。当然,这在碰撞测试的时候会出现「前面都撞没了」的错觉,但这并不意味著电动汽车不安全。

图源:技术活儿

当然对于工程师们来说,碰撞安全解决的不仅仅是来自正面的碰撞,那没有足够的吸能空间车辆侧面又是怎么保证安全的呢?

如果说吸能的设计灵感源于保护鸡蛋,那侧碰的设计灵感就源于鸡蛋壳本身了。鸡蛋的外壳形状在工程上衍生出了「薄壳结构」,「薄壳结构」的优点是可以把受到的压力均匀地分散到物体的各个部分。

图源:技术活儿

而车辆的B柱通常都采取这种结构,这样可以把侧向的冲击力均匀的传递到乘员舱外框,减小冲击压强和乘员舱的侵入,从而保护乘客的安全。

图源:技术活儿

对于电动汽车工程师而言,除了关注碰撞时乘客在车内的安全,电池的安全也至关重要。工程师们把电池的位置布置在乘员舱正下方,比人的位置更靠里。在正常情况下,如果能伤到电池的碰撞,那里面的人应该会很危险了。

图源:技术活儿

不过电池包本身还是会做碰撞试验的,毕竟工程师们要保证电池不会因为一点碰撞就废掉。电池的碰撞试验是在试验台上,在正向和侧向分别施加相当于50km/h直接撞墙的30G加速度,之后工程师们会做各种测试,确保电池包的结构安全。

图源:技术活儿

汽车碰撞的安全标准在逐年提高,技术的发展速度也使隔代的差距越来越大,当汽车进入数字时代,碰撞安全追求的不仅仅是车身的坚固,还要利用数字技术「防患于未然,这也是为何各大车厂这么重视ADAS和自动驾驶。

最后活儿哥还是要提醒各位看官,工程师们的努力仅限于提供最大程度的安全保障,如果进行危险驾驶,即使五星+的车辆也会被秒成渣


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