汽车结构安全

http://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-797-9663644-1.html

最近一段时间，在繁忙之余，潜心做了不少关于汽车结构安全方面的资料收集和整理研读，摸到了不少门道，对车身结构性能与被动安全已经有了一个较为清晰的认识，现在我尝试将自己的研究和发现融合进本帖中，希望使各位对汽车结构安全问题有进一步的了解和关注。



酝酿这个帖有一段时间了，最初起源于月初本人认为广汽车结构安全差劲的质疑引发与传祺粉丝的口水战，因而有必要出个帖阐明本人观点，当时只是准备分析对比瑞麒G5和广汽传祺的结构安全性能强弱了事，然而随着研究的深入，这个问题涉及的领域在不断的扩大，资讯量也翻了几倍，令我始料不及。例如：NCAP历史背景和有关碰撞的规定、一些车型的ENCAP碰撞成绩分析、关于碰撞能量的物理学计算分析、日系车的碰撞吸能设计、现代汽车先进的结构设计案例、钢材强度对汽车结构性能的影响、CAE模拟碰撞分析设计等等，这些学问，都是研究汽车结构安全问题不可或缺的组成部分，如果对以上这些没有一定的了解，很难对汽车结构安全有一个全面的认识，本人通过自学研究众多资料，获益匪浅。感慨于国内汽车媒体对于汽车的报道，往往热衷于外观、动力、内饰、操控等方面，而对于汽车结构安全问题的报道和探讨，大多是避而不谈或极其肤浅，消费者要想从汽车媒体上了解某个车的结构和用料是否足够强大，极其困难。而车友们还是很有智慧的，很多人善于从碰撞事故图片中看出了某些车确实存在严重结构安全问题，从而开始反思和关注这样一些问题：到底我的车子结构安不安全？结构安全和哪些因素有关？如何平均一个车的结构安全性能？



如果你也曾有过这样强烈的疑问，那么恭喜你，你的警惕性不错，至少懂得怀疑自己的车是否安全，而不是对厂商鼓吹所谓的五星安全、吸能设计、高强度车身等等盲目轻信。我可以肯定的告诉各位，目前在国内的上百个车型里面，结构强度不够安全的车比比皆是，原因有诸多方面，一是部分车型源于国外过时车型，结构陈旧，原型车本身就很弱；二是部分合资车型国产化过程被黑心厂商严重降低了结构强度，偷工减料榨取巨额利润；三是我国碰撞法规和检测机构不完善，对汽车结构安全限制不严，C-NCAP组织勾结厂商愚弄大众；四是合资方对中国市场采取低品质标准，资本逐利忘义本性不受控制。五是中国消费者过于轻信媒体和厂商忽悠，自身对汽车结构安全性能的判断力太弱。六是中国汽车整体研发水平落后，车型结构设计和模拟分析能力未能跟上国际先进水平，制造水平也有差距，导致国产车结构安全整体水平较低。



在开始后面的探讨之前，先表明一下个人立场，本人纯粹一个汽车爱好者，除了买了一辆瑞麒G5外，和奇瑞公司没有其他任何关系，本人亦非专家，只是对此有一些研究和见解罢了。在此探讨汽车结构安全问题，更多只是为了探讨相关知识，与车友读者共同交流，学习如何分析车型的结构性能优劣。为了避免无谓的口水战，我会将本帖的重点放在教人如何分析汽车结构安全上，篇末才会把G5和传祺的大量结构图片和分析放上，相信大部分读者在领会有关技术知识内容后，也就能够自行判断两车的结构性能之高下优劣，无谓的争执也就可以大大减少。



之前提到，这个课题牵涉甚广，因此会有大量的专业技术资讯，整理和发帖的工作量极大，绝对超乎各位想像，加速本人最近单位工作十分繁忙，经常加班，若不是因为之前做过承诺，也懒得搞这种超级技术帖，篇幅一定会很长，不长对不住大家的期待，我会尽量写，但不确定能在短期内完结此帖，精力有限有懈怠之处还望各位包涵了。



下面开始从多个方面来探讨汽车的结构安全：


第一讲
不得不说的NCAP（New Car Assessment Program新车评价规程）



汽车安全性能的重要性受到人们的重视，然而并非从汽车诞生开始就如此，而是在汽车生产和使用的历史演进过程中不断的被人们所认知、深化，后来进而提高到国家强制的安全规范高度。使用内燃机为动力现代汽车最早诞生于欧洲德国，后来在欧美地区获得了极大的发展，缔造了欧美等汽车强国地位，但汽车安全性能评价体系真正形成和实行，距离现今也不过三十多年而已，但在这三十多年里NCAP规程却极大地影响和改变了汽车安全性能，迫使各国汽车厂商不得不认真对待汽车安全问题，从设计和制造上都不断升级改进，使得汽车主动安全和被动安全性能都得到了显著改善。因此，认识NCAP这套评价规程，是研究汽车结构安全的必经之路，也是绝佳的指南。


NCAP的历史非常有意思，强烈推荐天涯社区一位高人的著作供大家阅读


『汽车时代』 [车坛风云]NCAP那些事儿（连载中）
http://www.tianya.cn/publicforum/content/cars/1/112075.shtml


有一些比较重要的内容，我从文中摘抄出来，供后续分析使用，未曾征询原作者同意，在此先致歉意。


1966年，面对着美国人民越来越强烈的对车辆安全性的要求，美国政府无法忽视民意，只得从立法角度，来规范汽车制造业必须重视汽车安全。首先出台的是强制安装安全带的法规；接着出台的三部法律促使了几个政府机构的诞生――美国交通运输部、美国交通安全局、美国公路安全局和美国公路事务处，后来这些机构合并成为“美国国家公路交通安全管理局”，即NHTSA。


从一开始，NHTSA就是个政府机构。这可以确保它在管制和控制汽车企业履行安全法规时能够站在公众利益的立场上。这个“出身”对于后面要讲到的NCAP非常重要――站在谁的立场，代表谁的利益，自然就替谁说话。


3.NCAP新车评价规程的诞生
1972年，NHTSA通过了一个叫《车辆资讯及成本节约方案》（Motor Vehicle Information and Cost Savings Act）的法规，这个法规 第二章明确要求汽车厂商公布其车辆的安全性能。换句话说，汽车厂商生产除了符合国家法规标准的产品后，还得对车辆的安全性做一个评鉴，然后把结果告诉公众。
这就涉及到一个问题，怎么评价这些车辆的安全性能呢？
于是在1979年，NHTSA就创立新车评价规程（NCAP--New Car Assessment Program），NCAP就此诞生。
NCAP实施后，消费者在买车时开始将汽车安全性指标作为考虑的重点项目，汽车制造厂家也开始将汽车安全技术开发列为重中之重。NHTSA-NCAP在创意上和评估方法以及流程设置上是其他NCAP的鼻祖。
正如其它新事物一样，NHTSA-NCAP的实施也有一个持续改进的过程。最早开始安全评估的时候，NCAP所提供的是从测试设备中得到的测试数据，以及基准数据，因为普通人难以理解这些专业数据而导致参考性不强。1994年，NHTSA开始采用更直观的方式，即今天的星级评价模式。


目前NHTSA-NCAP的测试项目主要有3项：
正面碰撞测试。车辆以56km/h的速度（1979年开始以56km/h的速度测试，在此之前为50km/h的测试速度，也就是现在CNCAP100％正碰时的速度）正面冲向刚性壁障。该测试主要测试的是车内驾驶座和副驾驶座上的假人头、胸及腿部受到的冲击程度，可以检测安全带以及安全气囊等的安全程度，但是不评估车身的损害程度。正面碰撞成绩5星，伤害率则≤10%；成绩4星，10%＜伤害率≤20%。3星，20%＜伤害率≤34%，2星，35%＜伤害率≤45%，1星，伤害率＞45%。
侧面碰撞测试。NHTSA-NCAP测试采用模拟轿车的试验台车，以62km/h的速度，从27°的角度冲向车身的驾驶员一侧，模拟典型的十字路口碰撞事故。该试验主要测量驾驶员侧假人头部、胸部和骨盆部位的伤害。侧面碰撞成绩最高也为5星，表示伤害率≤5%；成绩4星代表6%＜伤害率≤10%。以此类推，最低为1星。
翻滚几率测试。美国市场上高底盘的SUV、皮卡车型比例很高，因此翻滚事故也非常多。为此NHTSA-NCAP设置了独有的翻滚测试项目。它主要包括静态稳定系数和动态机动测试两项。前者根据车辆的碰撞几何特性测量而来，后者通过翻滚试验来测量，最高成绩也为5星。


NHTSA-NCAP实施30年来，大大提高了美国车辆的安全性，带动了侧面安全气囊和抗倾翻技术等一些重要汽车安全技术的发展。而新车碰撞结果也逐渐深入人心，成为消费者必须参考的指标之一。
但是如今NHTSA-NCAP目前在美国的影响力已经大不如前，除了风头不如现在的欧洲NCAP外，也渐渐落后于美国本土的IIHS，主要原因是因为其碰撞程序长久以来都没怎么更新。NHTSA-NCAP现有的评价体系是1979年设定的，随着汽车安全技术的快速发展，现在已很难适应社会的需求。据美国运输部统计，1979年实施时，NHTSA-NCAP测试中达到4星或5星标准的测试车辆不到30%，而如今这一比例已超过95%，所有这些车型在评比上的微小差异无法让消费者区分究竟什么车型才是适合自己的。



如前所述，NHTSA-NCAP的碰撞标准没有与时俱进的结果就是导致美国消费者产生了审美疲劳，这种情况下，另一个从事NCAP的机构――IIHS的测试结果当前在美国的影响更大。


4 IIHS公路安全保险协会
IIHS（Insurance Institute for Highway Safety）是一个非盈利组织，与NHTSA的区别是IIHS还是一个非政府组织。它的后台是一些从事汽车保险业务的保险公司。IIHS成立初期的职责类似于为汽车保险公司提供保险定损一类的业务鉴定和咨询，因此IIHS比NHTSA成立的时间还早（1959年成立）
90年代，IIHS成立汽车研究中心和事故数据研究院，将汽车安全领域的测试与研究范围进一步扩大，其测试结果与研究成果也越来越受到业界的重视。

IIHS的安全测试程序包括以下内容：
64KMPH(40MPH)的偏置碰（40％，可变形壁正碰）。这个测试项目在其它NCAP（除NHTSA外）也都存在，主要是检查车身结构安全性和约束系统的效能。需要说明的一点是，同为北美的NCAP测试机构，NHTSA和IIHS在正碰测试规程上的区别较大。IIHS的64kmph偏置碰更侧重于车身结构性能。随着汽车安全技术的发展，包括安全带和安全气囊在内的约束系统愈发成熟和普及，而车身安全在安全技术中的地位与日俱增。特别是车辆的动力性能越来越好的情况下，高速中的恶性车祸数据表明，车身结构安全的重要性丝毫不亚于约束系统。因此偏置碰的重点自然在车身结构安全方面着墨较多。
50KMPH（31MPH）侧碰。同样，这个侧碰项目在其它NCAP机构中均存在，但是在碰撞速度和角度方面，IIHS与NHTSA也有较大区别。IIHS是垂直撞向测试车辆的B柱，综合评估以“四色”表示，评估细节则涵盖了伤害指标、头部保护效能以及结构安全。需要说明的是，与除NHTSA之外的其它NCAP的侧碰项目比较，虽然测试模式和时速区别不大，但是IIHS所用的用来侧碰的“移动小车”（侧碰移动平台）重达1.5吨，这个重量是目前所有NCAP机构中所用的侧碰移动小车中最重的。之所以IIHS在侧碰中用了一个大家伙，是因为进入2000年以后，美国高速公路车祸丧生的司机中，有60％以上是被SUV或者皮卡侧撞而挂掉的，这是因为美国公路上大型SUV和皮卡漫天飞导致。其实汽车安全有个感性概念，车越大越安全，君不见，在我们国家的公路上，开着豪华的安全设备齐全的小轿车的司机，丧生于没有任何安全设备的大卡车轮下的数不胜数。正是考虑到这个客观条件，IIHS在测碰测试时，与时俱进的把侧碰小车设计成SUV的样子，这样来加强小车的侧碰安全性，以减少因为这个原因导致的伤亡。


5.ENCAP欧洲新车评价规程
说到NCAP的时候，E-NCAP（欧洲新车评价规程）就一定会被提到――有人说ENCAP是目前世界上测试标准最高的评测机构，也有人说ENCAP测试评级是最被广泛使用和认同的测试结果。让ENCAP闻名的另一个原因是，以欧洲法规标准作为背景的ENCAP测试标准，被其它国家和地区的NCAP测试机构广泛运用。也就是，欧规的普及程度相对美规要更高一些，因此ENCAP的名声也要更大一些。


ENCAP的诞生及发展


1994年，欧洲国家准备以立法方式规定EEVC的测试程序变成各国汽车厂商的法规，但遭到了部分欧洲国家和绝大部分汽车厂商的反对，虽然因为众车商的反对，NCAP没在欧洲全面实行，但是英国NCAP的率先亮相很快获得了消费者的称赞并迅速的吸引了消费者关注汽车安全。因此仅仅1年之后，ENCAP背后的支持者就由英国政府变成了欧盟，以德法瑞典以及荷兰等国为主，ENCAP就此成为了一个隶属欧洲的政府检测机构。这个出身可以确保它的公正性。



随后ENCAP的发展越来越迅速，1997年开始公布第一批测试结果（惨不忍睹）；同年7月，VOLVOS40获得ENCAP历史上的第一个4星战绩，使得这个发明了汽车安全带的老牌厂商再次在安全领域树立了良好榜样，这也算是把VOLVO这个品牌又一次与安全联系起来的一个关键原因；2001年，ENCAP诞生了第一个5星车型――雷诺LAGUNA，随后直到2005年，碰撞测试成绩的第一位置都被雷诺垄断；2005年年底，ENCAP诞生第一个4星的行人保护车型――雪铁龙C6。随后，ENCAP的测试规程越来越细化，对厂商来说也越来越苛刻；但是测试成绩却一直越来越好，当然欧洲市场的车也越来越安全。



ENCAP评价规程
ENCAP的碰撞规程比较复杂，包括正碰、侧碰、柱碰、儿童乘员保护、行人保护、头颈保护（追尾保护）、ESC装备情况、安全带提醒、限速装置。
正面碰撞：64KMPH的40％偏置碰，这个和前面介绍的IIHS的测试项目一样。不再赘述。
侧碰：移动小车以50KMPH的速度撞击驾驶室侧的一面，测试规程和IIHS类似，区别是移动小车的重量稍轻。
柱碰：ENCAP独有项目。测试车辆以29KMPH的速度横向移动撞向固定的刚性柱子（类似于事故中侧撞电线杆一类的物体

），这项测试重点是检测车身的刚性。
（后略…）




第二讲
从NCAP中得到的思考和启示



第一讲中我引用了大量NCAP的资料，有三个目的，第一个我要根据欧洲ENCAP规程诞生的大致时间来评估某些年代较早车型的结构性能水平，看看其结构上与现今先进的车身结构有何差别；第二个从1979年的NHTSA-NCAP正碰速度56km/h和现今ENCAP用64km/h的速度进行一些物理学计算分析来揭示碰撞速度提高对结构性能的重要性；第三个是要分析质量大一级的汽车在碰撞中有何优势。



1、前面我们知道，1997年ENCAP开始公布第一批测试结果（惨不忍睹）；同年7月，VOLVOS40获得ENCAP历史上的第一个4星战绩。可见，由于ENCAP刚推行不久，汽车厂商传统的汽车结构设计仍未能跟上规程的要求，导致测试成绩不佳，也就是说，当时即使是强大的欧洲汽车，安全性能也比较弱。



我曾经研究过广汽传祺的车身结构图，当时十分费解广汽居然没有为传祺的车架设计主流轿车都有的两根前纵大梁，而只是对车头两侧骨架略作加强，中间更是连高强度钢都不使用，十分异类。其结构强度如何，十分值得推敲。




（传祺的白车身结构图）


我对比分析了166原形车的结构后认为有两个原因，一是参照模仿了原形车alfa romeo166的结构设计，二是应用了日系GAC碰撞吸能设计。现代汽车结构设计来讲，吸能和分散设计确实是必须的，但把宝压在吸能上的车子，有什么劣势，后面我会进行详细讲解。

（alfa166原型结构图）



至于传祺这种结构设计的安全性能如何，我持怀疑态度，原因之一就是alfa166是1998年问世的车型，研发时间更早，结构安全性能很难达到ENCAP的严苛要求，并且至2005年停产，alfa166车型也始终未参加过ENCAP检测，因此166的碰撞安全性能，也就成了一个无人知晓的谜了。



但是，作为比166更晚推出的alfa147车型，于2001年进行了ENCAP测试





（http://www.euroncap.com/tests/alfa_romeo_147_2001/108.aspx），但成绩仅为三星，从ENCAP评价颜色来看，驾驶员受到的伤害比较严重。

从正碰图片来看，147的A柱发生了明显变形，结构强度比较差，如果看视频更加惨烈（视频地址：http://v.vdays.cn/play/AG4I95R1.shtml）。由此我个人推测166的结构设计应不会太好，实际上从166的结构图片也可以看出，166当时并未有使用现在普遍采用的前纵大梁式的抗撞设计。



也许是147的成绩太差，alfo romeo公司潜心改进了后续车型的结构性能，2006年，作为156的换代车型，被寄予厚望的159接受了ENCAP测试，终于一雪前耻，勇夺5星！这一次，从颜色来看，159车型对驾驶员的保护水平比147有了非常显著的提高。





从ENCAP的发展来看，后期出现的车型往往都在车身结构设计上更加先进，高强度钢材的运用比例也越来越高，碰撞安全成绩越来越好。

这也给了我们十分重要的启示，研究当今碰撞成绩较好的车型的结构设计特点和规律，就是打开认知先进车身结构的一把钥匙！







2、门槛一再降低，C-NCAP游戏到底坑了谁？




看了第一讲引用的资料介绍，我们对国外NCAP规程已经有了大致了解，不难明白欧洲的ENCAP之所以权威，原因之一在于其碰撞的速度定得较高，迫使车身碰撞时要足以对抗更大的动能，因而对结构设计和钢材强度考验更高，想从严苛的ENCAP规程中蒙混过关，基本是没有可能的事情，即使是汽车巨头，也只能老老实实绞尽脑汁加强车身结构和安全保护配置。



然而，到了国内，情况又大不一样，我们经常看到，XX厂家的XX车，在CNCAP碰撞测试中荣获五星！媒体争相报道，渲染鼓吹，导致不少消费者信以为真，甚至奉为权威深信不疑。事实真是这样吗？没有这么美好！其实国内的CNCAP作为一个营利性组织，不过是中国汽车技术研究中心下属的一家以牟利为目的的公司，名为促进汽车安全，实为借NCAP独门生意大肆牟利罢了。CNCAP是单个企业自定标准、自下评价的结果，既不代表国家认可，也不代表行业认可，没有任何权威性和公信力，反而由于出现种种猫腻和漏洞广受业界质疑。



在碰撞规则的制定上，CNCAP选择了十分过时的50、56km时速分别作为正碰、40%偏置碰撞评价标准，均比现行的国外主流碰撞速度低一等，尤其是40%偏碰没有采用现今国际常用的更为严格的64km/h速度，导致评价结果盲目乐观，与实际安全性能严重悬殊。我们不妨来看看表中CNCAP在那些地方进行了缩水：






为什么要缩水？企业方面自我辩护称是要适应中国汽车现状，给厂家改进性能留有余地，所以用了较低的碰撞速度。但明眼人都知道，CNCAP压根就是奔着玩独门生意的垄断市场去的，它自己制定游戏规则，当然要有利于自身盈利，这才是关键所在。我们从第一讲已经知道，56km/h是美国NHTSA-NCAP1979年制定的评价标准，因为在当时汽车安全设计比较落后的年代，这个标准只能定得比较低，但今天已经过了三十年，这一标准明显已经落后过时，其参考价值已经完全跟不上汽车安全发展的要求了。CNCAP为何仍如此青睐这个过时的标准呢？很明显，降低碰撞标准有利于帮助汽车厂商蒙混过关，结构一般的车只要不是太差劲，再买通CNCAP粉饰一下，拿个四五星成绩并不太难，把厂商哄高兴了，CNCAP自然财源滚滚而来。



当厂商搞到“五星牌匾”眉开眼笑的时候，CNCAP庆贺生财有道笑得合不拢嘴的时候，这时却轮到车主们倒霉了，由于大部分消费者根本不知道CNCAP这趟浑水有多深，很容易就轻信了CNCAP所谓五星安全，乖乖做了冤大头。直至今天，依然有人对CNCAP评价结果深信不疑，那么，下面我们就来用物理学计算一下汽车以56km/h和64km/h碰撞时，到底差别有多大？



根据动能公式，动能E=mV*V/2，即等于物体质量与运动速度平方乘积的一半。

由于NCAP碰撞中所用的蜂窝铝壁障变形很小，被测车辆的动能在碰撞时基本被其自身吸收，因此计算出碰撞前一瞬间的车辆动能，即知道碰撞后车辆大约吸收了多少能量。

假设某被测小车质量为1吨，当碰撞速度分别为56km/h（15.56米/秒）、64km/h（17.78米/秒）时，动能相差多大呢？



E1=1000*（15.56*15.56）/2=120990焦耳

E2=1000*（17.78*17.78）/2=158025焦耳

E2-E1=158025-120990=37035焦耳

E2/E1=158025/120990=1.31（倍）



由于动能与物体运动速度平方成正比，虽然64减去56只相差8km/h的速度，但碰撞能量却相差了31%！对于一吨小车来说，用64km/h的速度来撞墙，碰撞能量要比用56km/h足足多出3.7万焦耳！这3.7万焦耳相当于多大的能量呢？相当于一块100公斤的石头从38米高砸下来的能量，试想象一下，如果砸在车身上会是什么样的结果？毫无疑问会把汽车砸个稀巴烂！然而，严苛的ENCAP不管你汽车厂商多么不情愿，在碰撞测试中，硬是把速度提高8km/h！多出来的31%动能，必须要被坚固的车身吸收，并且还必须保障车内乘员受到的伤害较小，这样的车才能算是安全。但CNCAP呢，就完全相反，擅自大大降低了要求，碰撞能量减少了31%！哦，这样的裁判，多么友好！多么宽容啊！就这样，在CNCAP较低的评价标准下，大批的四星五星“安全”车就这样诞生了。



细心的同学一定还会发现，CNCAP的猫腻不仅在于设置超低的碰撞速度掩盖国内汽车安全性能的弱点，它最混账的地方还在于将早已过时的100%正碰成绩作为得分主要组成部分，碰撞速度又减掉6km/h，大肆放水帮助厂商蒙混过关愚弄大众。同时由于搞了3个测试项目，收费自然就可以大幅提高！其实明眼人都能看出，50km/h的100%正碰测试，完全是个浪费资源的鸡肋项目！该测试项目对于结构安全的考验度实在太低了，以至于一部分合资日系车可以从中钻空子，凭借比较简陋的吸能结构即可过关拿分！事实上很多合资日系车除了有点吸能结构可以对付一下较低速度碰撞事故，其他方面的结构加强基本乏善可陈，对于更大一级的碰撞能力，招架的余量就很小了。



在较低的测试标准下，没有难度，大家都容易过关，厂商们也就可以安心于现状，不会再追求进一步提高车架抗撞性能，最后吃亏的自然是消费者，他们无法获得更高一级强度的坚固车身，在实际交通事故碰撞中处于极大的被动局面。



我们再看一次上图的对比表吧，不难发现，56km/h的100%正碰早已被64km/h的偏置碰撞取代，ENCAP、IIHS完全不做100%正碰一样足够权威，原因何在？如果略懂物理学常识就会知道，偏置碰撞的受力情况基本集中于车头驾驶员一侧，压强更为集中，考验极其严苛。如果被测车辆的车头一侧的结构强度能足以抵抗如此巨大的碰撞能量，那么根据结构对称设计，该车承受100%正碰肯定也没有问题。



通过以上综合分析，相信你已清楚CNCAP这个愚民测试有多少漏洞了，其测试结果，不但水分高得惊人，而且猫腻多多，如果盲目轻信甚至用来作为购车参考，那吃亏的危险就在眼前了。



3、质量的秘密——得救之道，就在其中

汽车碰撞时，相对较重的车是否会有优势？质量大小如何影响汽车碰撞安全呢？鉴于这个问题涉及的篇幅较大，我把它放在第三讲为你详细分析这个问题。http://club.autohome.com.cn/bbs/thread-c-797-9663644-1.html

最近一段时间，在繁忙之余，潜心做了不少关于汽车结构安全方面的资料收集和整理研读，摸到了不少门道，对车身结构性能与被动安全已经有了一个较为清晰的认识，现在我尝试将自己的研究和发现融合进本帖中，希望使各位对汽车结构安全问题有进一步的了解和关注。



酝酿这个帖有一段时间了，最初起源于月初本人认为广汽车结构安全差劲的质疑引发与传祺粉丝的口水战，因而有必要出个帖阐明本人观点，当时只是准备分析对比瑞麒G5和广汽传祺的结构安全性能强弱了事，然而随着研究的深入，这个问题涉及的领域在不断的扩大，资讯量也翻了几倍，令我始料不及。例如：NCAP历史背景和有关碰撞的规定、一些车型的ENCAP碰撞成绩分析、关于碰撞能量的物理学计算分析、日系车的碰撞吸能设计、现代汽车先进的结构设计案例、钢材强度对汽车结构性能的影响、CAE模拟碰撞分析设计等等，这些学问，都是研究汽车结构安全问题不可或缺的组成部分，如果对以上这些没有一定的了解，很难对汽车结构安全有一个全面的认识，本人通过自学研究众多资料，获益匪浅。感慨于国内汽车媒体对于汽车的报道，往往热衷于外观、动力、内饰、操控等方面，而对于汽车结构安全问题的报道和探讨，大多是避而不谈或极其肤浅，消费者要想从汽车媒体上了解某个车的结构和用料是否足够强大，极其困难。而车友们还是很有智慧的，很多人善于从碰撞事故图片中看出了某些车确实存在严重结构安全问题，从而开始反思和关注这样一些问题：到底我的车子结构安不安全？结构安全和哪些因素有关？如何平均一个车的结构安全性能？



如果你也曾有过这样强烈的疑问，那么恭喜你，你的警惕性不错，至少懂得怀疑自己的车是否安全，而不是对厂商鼓吹所谓的五星安全、吸能设计、高强度车身等等盲目轻信。我可以肯定的告诉各位，目前在国内的上百个车型里面，结构强度不够安全的车比比皆是，原因有诸多方面，一是部分车型源于国外过时车型，结构陈旧，原型车本身就很弱；二是部分合资车型国产化过程被黑心厂商严重降低了结构强度，偷工减料榨取巨额利润；三是我国碰撞法规和检测机构不完善，对汽车结构安全限制不严，C-NCAP组织勾结厂商愚弄大众；四是合资方对中国市场采取低品质标准，资本逐利忘义本性不受控制。五是中国消费者过于轻信媒体和厂商忽悠，自身对汽车结构安全性能的判断力太弱。六是中国汽车整体研发水平落后，车型结构设计和模拟分析能力未能跟上国际先进水平，制造水平也有差距，导致国产车结构安全整体水平较低。



在开始后面的探讨之前，先表明一下个人立场，本人纯粹一个汽车爱好者，除了买了一辆瑞麒G5外，和奇瑞公司没有其他任何关系，本人亦非专家，只是对此有一些研究和见解罢了。在此探讨汽车结构安全问题，更多只是为了探讨相关知识，与车友读者共同交流，学习如何分析车型的结构性能优劣。为了避免无谓的口水战，我会将本帖的重点放在教人如何分析汽车结构安全上，篇末才会把G5和传祺的大量结构图片和分析放上，相信大部分读者在领会有关技术知识内容后，也就能够自行判断两车的结构性能之高下优劣，无谓的争执也就可以大大减少。



之前提到，这个课题牵涉甚广，因此会有大量的专业技术资讯，整理和发帖的工作量极大，绝对超乎各位想像，加速本人最近单位工作十分繁忙，经常加班，若不是因为之前做过承诺，也懒得搞这种超级技术帖，篇幅一定会很长，不长对不住大家的期待，我会尽量写，但不确定能在短期内完结此帖，精力有限有懈怠之处还望各位包涵了。



下面开始从多个方面来探讨汽车的结构安全：


第一讲
不得不说的NCAP（New Car Assessment Program新车评价规程）



汽车安全性能的重要性受到人们的重视，然而并非从汽车诞生开始就如此，而是在汽车生产和使用的历史演进过程中不断的被人们所认知、深化，后来进而提高到国家强制的安全规范高度。使用内燃机为动力现代汽车最早诞生于欧洲德国，后来在欧美地区获得了极大的发展，缔造了欧美等汽车强国地位，但汽车安全性能评价体系真正形成和实行，距离现今也不过三十多年而已，但在这三十多年里NCAP规程却极大地影响和改变了汽车安全性能，迫使各国汽车厂商不得不认真对待汽车安全问题，从设计和制造上都不断升级改进，使得汽车主动安全和被动安全性能都得到了显著改善。因此，认识NCAP这套评价规程，是研究汽车结构安全的必经之路，也是绝佳的指南。


NCAP的历史非常有意思，强烈推荐天涯社区一位高人的著作供大家阅读


『汽车时代』 [车坛风云]NCAP那些事儿（连载中）
http://www.tianya.cn/publicforum/content/cars/1/112075.shtml


有一些比较重要的内容，我从文中摘抄出来，供后续分析使用，未曾征询原作者同意，在此先致歉意。


1966年，面对着美国人民越来越强烈的对车辆安全性的要求，美国政府无法忽视民意，只得从立法角度，来规范汽车制造业必须重视汽车安全。首先出台的是强制安装安全带的法规；接着出台的三部法律促使了几个政府机构的诞生――美国交通运输部、美国交通安全局、美国公路安全局和美国公路事务处，后来这些机构合并成为“美国国家公路交通安全管理局”，即NHTSA。


从一开始，NHTSA就是个政府机构。这可以确保它在管制和控制汽车企业履行安全法规时能够站在公众利益的立场上。这个“出身”对于后面要讲到的NCAP非常重要――站在谁的立场，代表谁的利益，自然就替谁说话。


3.NCAP新车评价规程的诞生
1972年，NHTSA通过了一个叫《车辆资讯及成本节约方案》（Motor Vehicle Information and Cost Savings Act）的法规，这个法规 第二章明确要求汽车厂商公布其车辆的安全性能。换句话说，汽车厂商生产除了符合国家法规标准的产品后，还得对车辆的安全性做一个评鉴，然后把结果告诉公众。
这就涉及到一个问题，怎么评价这些车辆的安全性能呢？
于是在1979年，NHTSA就创立新车评价规程（NCAP--New Car Assessment Program），NCAP就此诞生。
NCAP实施后，消费者在买车时开始将汽车安全性指标作为考虑的重点项目，汽车制造厂家也开始将汽车安全技术开发列为重中之重。NHTSA-NCAP在创意上和评估方法以及流程设置上是其他NCAP的鼻祖。
正如其它新事物一样，NHTSA-NCAP的实施也有一个持续改进的过程。最早开始安全评估的时候，NCAP所提供的是从测试设备中得到的测试数据，以及基准数据，因为普通人难以理解这些专业数据而导致参考性不强。1994年，NHTSA开始采用更直观的方式，即今天的星级评价模式。


目前NHTSA-NCAP的测试项目主要有3项：
正面碰撞测试。车辆以56km/h的速度（1979年开始以56km/h的速度测试，在此之前为50km/h的测试速度，也就是现在CNCAP100％正碰时的速度）正面冲向刚性壁障。该测试主要测试的是车内驾驶座和副驾驶座上的假人头、胸及腿部受到的冲击程度，可以检测安全带以及安全气囊等的安全程度，但是不评估车身的损害程度。正面碰撞成绩5星，伤害率则≤10%；成绩4星，10%＜伤害率≤20%。3星，20%＜伤害率≤34%，2星，35%＜伤害率≤45%，1星，伤害率＞45%。
侧面碰撞测试。NHTSA-NCAP测试采用模拟轿车的试验台车，以62km/h的速度，从27°的角度冲向车身的驾驶员一侧，模拟典型的十字路口碰撞事故。该试验主要测量驾驶员侧假人头部、胸部和骨盆部位的伤害。侧面碰撞成绩最高也为5星，表示伤害率≤5%；成绩4星代表6%＜伤害率≤10%。以此类推，最低为1星。
翻滚几率测试。美国市场上高底盘的SUV、皮卡车型比例很高，因此翻滚事故也非常多。为此NHTSA-NCAP设置了独有的翻滚测试项目。它主要包括静态稳定系数和动态机动测试两项。前者根据车辆的碰撞几何特性测量而来，后者通过翻滚试验来测量，最高成绩也为5星。


NHTSA-NCAP实施30年来，大大提高了美国车辆的安全性，带动了侧面安全气囊和抗倾翻技术等一些重要汽车安全技术的发展。而新车碰撞结果也逐渐深入人心，成为消费者必须参考的指标之一。
但是如今NHTSA-NCAP目前在美国的影响力已经大不如前，除了风头不如现在的欧洲NCAP外，也渐渐落后于美国本土的IIHS，主要原因是因为其碰撞程序长久以来都没怎么更新。NHTSA-NCAP现有的评价体系是1979年设定的，随着汽车安全技术的快速发展，现在已很难适应社会的需求。据美国运输部统计，1979年实施时，NHTSA-NCAP测试中达到4星或5星标准的测试车辆不到30%，而如今这一比例已超过95%，所有这些车型在评比上的微小差异无法让消费者区分究竟什么车型才是适合自己的。



如前所述，NHTSA-NCAP的碰撞标准没有与时俱进的结果就是导致美国消费者产生了审美疲劳，这种情况下，另一个从事NCAP的机构――IIHS的测试结果当前在美国的影响更大。


4 IIHS公路安全保险协会
IIHS（Insurance Institute for Highway Safety）是一个非盈利组织，与NHTSA的区别是IIHS还是一个非政府组织。它的后台是一些从事汽车保险业务的保险公司。IIHS成立初期的职责类似于为汽车保险公司提供保险定损一类的业务鉴定和咨询，因此IIHS比NHTSA成立的时间还早（1959年成立）
90年代，IIHS成立汽车研究中心和事故数据研究院，将汽车安全领域的测试与研究范围进一步扩大，其测试结果与研究成果也越来越受到业界的重视。

IIHS的安全测试程序包括以下内容：
64KMPH(40MPH)的偏置碰（40％，可变形壁正碰）。这个测试项目在其它NCAP（除NHTSA外）也都存在，主要是检查车身结构安全性和约束系统的效能。需要说明的一点是，同为北美的NCAP测试机构，NHTSA和IIHS在正碰测试规程上的区别较大。IIHS的64kmph偏置碰更侧重于车身结构性能。随着汽车安全技术的发展，包括安全带和安全气囊在内的约束系统愈发成熟和普及，而车身安全在安全技术中的地位与日俱增。特别是车辆的动力性能越来越好的情况下，高速中的恶性车祸数据表明，车身结构安全的重要性丝毫不亚于约束系统。因此偏置碰的重点自然在车身结构安全方面着墨较多。
50KMPH（31MPH）侧碰。同样，这个侧碰项目在其它NCAP机构中均存在，但是在碰撞速度和角度方面，IIHS与NHTSA也有较大区别。IIHS是垂直撞向测试车辆的B柱，综合评估以“四色”表示，评估细节则涵盖了伤害指标、头部保护效能以及结构安全。需要说明的是，与除NHTSA之外的其它NCAP的侧碰项目比较，虽然测试模式和时速区别不大，但是IIHS所用的用来侧碰的“移动小车”（侧碰移动平台）重达1.5吨，这个重量是目前所有NCAP机构中所用的侧碰移动小车中最重的。之所以IIHS在侧碰中用了一个大家伙，是因为进入2000年以后，美国高速公路车祸丧生的司机中，有60％以上是被SUV或者皮卡侧撞而挂掉的，这是因为美国公路上大型SUV和皮卡漫天飞导致。其实汽车安全有个感性概念，车越大越安全，君不见，在我们国家的公路上，开着豪华的安全设备齐全的小轿车的司机，丧生于没有任何安全设备的大卡车轮下的数不胜数。正是考虑到这个客观条件，IIHS在测碰测试时，与时俱进的把侧碰小车设计成SUV的样子，这样来加强小车的侧碰安全性，以减少因为这个原因导致的伤亡。


5.ENCAP欧洲新车评价规程
说到NCAP的时候，E-NCAP（欧洲新车评价规程）就一定会被提到――有人说ENCAP是目前世界上测试标准最高的评测机构，也有人说ENCAP测试评级是最被广泛使用和认同的测试结果。让ENCAP闻名的另一个原因是，以欧洲法规标准作为背景的ENCAP测试标准，被其它国家和地区的NCAP测试机构广泛运用。也就是，欧规的普及程度相对美规要更高一些，因此ENCAP的名声也要更大一些。


ENCAP的诞生及发展


1994年，欧洲国家准备以立法方式规定EEVC的测试程序变成各国汽车厂商的法规，但遭到了部分欧洲国家和绝大部分汽车厂商的反对，虽然因为众车商的反对，NCAP没在欧洲全面实行，但是英国NCAP的率先亮相很快获得了消费者的称赞并迅速的吸引了消费者关注汽车安全。因此仅仅1年之后，ENCAP背后的支持者就由英国政府变成了欧盟，以德法瑞典以及荷兰等国为主，ENCAP就此成为了一个隶属欧洲的政府检测机构。这个出身可以确保它的公正性。



随后ENCAP的发展越来越迅速，1997年开始公布第一批测试结果（惨不忍睹）；同年7月，VOLVOS40获得ENCAP历史上的第一个4星战绩，使得这个发明了汽车安全带的老牌厂商再次在安全领域树立了良好榜样，这也算是把VOLVO这个品牌又一次与安全联系起来的一个关键原因；2001年，ENCAP诞生了第一个5星车型――雷诺LAGUNA，随后直到2005年，碰撞测试成绩的第一位置都被雷诺垄断；2005年年底，ENCAP诞生第一个4星的行人保护车型――雪铁龙C6。随后，ENCAP的测试规程越来越细化，对厂商来说也越来越苛刻；但是测试成绩却一直越来越好，当然欧洲市场的车也越来越安全。



ENCAP评价规程
ENCAP的碰撞规程比较复杂，包括正碰、侧碰、柱碰、儿童乘员保护、行人保护、头颈保护（追尾保护）、ESC装备情况、安全带提醒、限速装置。
正面碰撞：64KMPH的40％偏置碰，这个和前面介绍的IIHS的测试项目一样。不再赘述。
侧碰：移动小车以50KMPH的速度撞击驾驶室侧的一面，测试规程和IIHS类似，区别是移动小车的重量稍轻。
柱碰：ENCAP独有项目。测试车辆以29KMPH的速度横向移动撞向固定的刚性柱子（类似于事故中侧撞电线杆一类的物体

），这项测试重点是检测车身的刚性。
（后略…）




第二讲
从NCAP中得到的思考和启示



第一讲中我引用了大量NCAP的资料，有三个目的，第一个我要根据欧洲ENCAP规程诞生的大致时间来评估某些年代较早车型的结构性能水平，看看其结构上与现今先进的车身结构有何差别；第二个从1979年的NHTSA-NCAP正碰速度56km/h和现今ENCAP用64km/h的速度进行一些物理学计算分析来揭示碰撞速度提高对结构性能的重要性；第三个是要分析质量大一级的汽车在碰撞中有何优势。



1、前面我们知道，1997年ENCAP开始公布第一批测试结果（惨不忍睹）；同年7月，VOLVOS40获得ENCAP历史上的第一个4星战绩。可见，由于ENCAP刚推行不久，汽车厂商传统的汽车结构设计仍未能跟上规程的要求，导致测试成绩不佳，也就是说，当时即使是强大的欧洲汽车，安全性能也比较弱。



我曾经研究过广汽传祺的车身结构图，当时十分费解广汽居然没有为传祺的车架设计主流轿车都有的两根前纵大梁，而只是对车头两侧骨架略作加强，中间更是连高强度钢都不使用，十分异类。其结构强度如何，十分值得推敲。




（传祺的白车身结构图）


我对比分析了166原形车的结构后认为有两个原因，一是参照模仿了原形车alfa romeo166的结构设计，二是应用了日系GAC碰撞吸能设计。现代汽车结构设计来讲，吸能和分散设计确实是必须的，但把宝压在吸能上的车子，有什么劣势，后面我会进行详细讲解。

（alfa166原型结构图）



至于传祺这种结构设计的安全性能如何，我持怀疑态度，原因之一就是alfa166是1998年问世的车型，研发时间更早，结构安全性能很难达到ENCAP的严苛要求，并且至2005年停产，alfa166车型也始终未参加过ENCAP检测，因此166的碰撞安全性能，也就成了一个无人知晓的谜了。



但是，作为比166更晚推出的alfa147车型，于2001年进行了ENCAP测试





（http://www.euroncap.com/tests/alfa_romeo_147_2001/108.aspx），但成绩仅为三星，从ENCAP评价颜色来看，驾驶员受到的伤害比较严重。

从正碰图片来看，147的A柱发生了明显变形，结构强度比较差，如果看视频更加惨烈（视频地址：http://v.vdays.cn/play/AG4I95R1.shtml）。由此我个人推测166的结构设计应不会太好，实际上从166的结构图片也可以看出，166当时并未有使用现在普遍采用的前纵大梁式的抗撞设计。



也许是147的成绩太差，alfo romeo公司潜心改进了后续车型的结构性能，2006年，作为156的换代车型，被寄予厚望的159接受了ENCAP测试，终于一雪前耻，勇夺5星！这一次，从颜色来看，159车型对驾驶员的保护水平比147有了非常显著的提高。





从ENCAP的发展来看，后期出现的车型往往都在车身结构设计上更加先进，高强度钢材的运用比例也越来越高，碰撞安全成绩越来越好。

这也给了我们十分重要的启示，研究当今碰撞成绩较好的车型的结构设计特点和规律，就是打开认知先进车身结构的一把钥匙！







2、门槛一再降低，C-NCAP游戏到底坑了谁？




看了第一讲引用的资料介绍，我们对国外NCAP规程已经有了大致了解，不难明白欧洲的ENCAP之所以权威，原因之一在于其碰撞的速度定得较高，迫使车身碰撞时要足以对抗更大的动能，因而对结构设计和钢材强度考验更高，想从严苛的ENCAP规程中蒙混过关，基本是没有可能的事情，即使是汽车巨头，也只能老老实实绞尽脑汁加强车身结构和安全保护配置。



然而，到了国内，情况又大不一样，我们经常看到，XX厂家的XX车，在CNCAP碰撞测试中荣获五星！媒体争相报道，渲染鼓吹，导致不少消费者信以为真，甚至奉为权威深信不疑。事实真是这样吗？没有这么美好！其实国内的CNCAP作为一个营利性组织，不过是中国汽车技术研究中心下属的一家以牟利为目的的公司，名为促进汽车安全，实为借NCAP独门生意大肆牟利罢了。CNCAP是单个企业自定标准、自下评价的结果，既不代表国家认可，也不代表行业认可，没有任何权威性和公信力，反而由于出现种种猫腻和漏洞广受业界质疑。



在碰撞规则的制定上，CNCAP选择了十分过时的50、56km时速分别作为正碰、40%偏置碰撞评价标准，均比现行的国外主流碰撞速度低一等，尤其是40%偏碰没有采用现今国际常用的更为严格的64km/h速度，导致评价结果盲目乐观，与实际安全性能严重悬殊。我们不妨来看看表中CNCAP在那些地方进行了缩水：






为什么要缩水？企业方面自我辩护称是要适应中国汽车现状，给厂家改进性能留有余地，所以用了较低的碰撞速度。但明眼人都知道，CNCAP压根就是奔着玩独门生意的垄断市场去的，它自己制定游戏规则，当然要有利于自身盈利，这才是关键所在。我们从第一讲已经知道，56km/h是美国NHTSA-NCAP1979年制定的评价标准，因为在当时汽车安全设计比较落后的年代，这个标准只能定得比较低，但今天已经过了三十年，这一标准明显已经落后过时，其参考价值已经完全跟不上汽车安全发展的要求了。CNCAP为何仍如此青睐这个过时的标准呢？很明显，降低碰撞标准有利于帮助汽车厂商蒙混过关，结构一般的车只要不是太差劲，再买通CNCAP粉饰一下，拿个四五星成绩并不太难，把厂商哄高兴了，CNCAP自然财源滚滚而来。



当厂商搞到“五星牌匾”眉开眼笑的时候，CNCAP庆贺生财有道笑得合不拢嘴的时候，这时却轮到车主们倒霉了，由于大部分消费者根本不知道CNCAP这趟浑水有多深，很容易就轻信了CNCAP所谓五星安全，乖乖做了冤大头。直至今天，依然有人对CNCAP评价结果深信不疑，那么，下面我们就来用物理学计算一下汽车以56km/h和64km/h碰撞时，到底差别有多大？



根据动能公式，动能E=mV*V/2，即等于物体质量与运动速度平方乘积的一半。

由于NCAP碰撞中所用的蜂窝铝壁障变形很小，被测车辆的动能在碰撞时基本被其自身吸收，因此计算出碰撞前一瞬间的车辆动能，即知道碰撞后车辆大约吸收了多少能量。

假设某被测小车质量为1吨，当碰撞速度分别为56km/h（15.56米/秒）、64km/h（17.78米/秒）时，动能相差多大呢？



E1=1000*（15.56*15.56）/2=120990焦耳

E2=1000*（17.78*17.78）/2=158025焦耳

E2-E1=158025-120990=37035焦耳

E2/E1=158025/120990=1.31（倍）



由于动能与物体运动速度平方成正比，虽然64减去56只相差8km/h的速度，但碰撞能量却相差了31%！对于一吨小车来说，用64km/h的速度来撞墙，碰撞能量要比用56km/h足足多出3.7万焦耳！这3.7万焦耳相当于多大的能量呢？相当于一块100公斤的石头从38米高砸下来的能量，试想象一下，如果砸在车身上会是什么样的结果？毫无疑问会把汽车砸个稀巴烂！然而，严苛的ENCAP不管你汽车厂商多么不情愿，在碰撞测试中，硬是把速度提高8km/h！多出来的31%动能，必须要被坚固的车身吸收，并且还必须保障车内乘员受到的伤害较小，这样的车才能算是安全。但CNCAP呢，就完全相反，擅自大大降低了要求，碰撞能量减少了31%！哦，这样的裁判，多么友好！多么宽容啊！就这样，在CNCAP较低的评价标准下，大批的四星五星“安全”车就这样诞生了。



细心的同学一定还会发现，CNCAP的猫腻不仅在于设置超低的碰撞速度掩盖国内汽车安全性能的弱点，它最混账的地方还在于将早已过时的100%正碰成绩作为得分主要组成部分，碰撞速度又减掉6km/h，大肆放水帮助厂商蒙混过关愚弄大众。同时由于搞了3个测试项目，收费自然就可以大幅提高！其实明眼人都能看出，50km/h的100%正碰测试，完全是个浪费资源的鸡肋项目！该测试项目对于结构安全的考验度实在太低了，以至于一部分合资日系车可以从中钻空子，凭借比较简陋的吸能结构即可过关拿分！事实上很多合资日系车除了有点吸能结构可以对付一下较低速度碰撞事故，其他方面的结构加强基本乏善可陈，对于更大一级的碰撞能力，招架的余量就很小了。



在较低的测试标准下，没有难度，大家都容易过关，厂商们也就可以安心于现状，不会再追求进一步提高车架抗撞性能，最后吃亏的自然是消费者，他们无法获得更高一级强度的坚固车身，在实际交通事故碰撞中处于极大的被动局面。



我们再看一次上图的对比表吧，不难发现，56km/h的100%正碰早已被64km/h的偏置碰撞取代，ENCAP、IIHS完全不做100%正碰一样足够权威，原因何在？如果略懂物理学常识就会知道，偏置碰撞的受力情况基本集中于车头驾驶员一侧，压强更为集中，考验极其严苛。如果被测车辆的车头一侧的结构强度能足以抵抗如此巨大的碰撞能量，那么根据结构对称设计，该车承受100%正碰肯定也没有问题。



通过以上综合分析，相信你已清楚CNCAP这个愚民测试有多少漏洞了，其测试结果，不但水分高得惊人，而且猫腻多多，如果盲目轻信甚至用来作为购车参考，那吃亏的危险就在眼前了。



3、质量的秘密——得救之道，就在其中

汽车碰撞时，相对较重的车是否会有优势？质量大小如何影响汽车碰撞安全呢？鉴于这个问题涉及的篇幅较大，我把它放在第三讲为你详细分析这个问题。