汽车的安全防护装置

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随着汽车数量增加以及交通运输日益繁忙，汽车事故增多，所引起的人员伤亡和财产损失严重，已成为一个不容忽视的社会问题。针对这一问题而设置的安全防护装置是现代汽车结构的重要组成部分。
在发生汽车碰撞事故时，安全防护装置能有效地减轻人员伤亡程度以及汽车损坏程度。
两辆汽车发生碰撞时，汽车的前、后保险杠或车身侧面的护条等构件首先相互接触，随后便是与这些构件相连接的车身构架产生坍塌与变形，危及车内乘员。

汽车前面受撞击时，车内乘员由于惯性作用而离开坐位向前冲。此时，仪表板、转向盘、风窗支柱、风窗玻璃、风窗框上横梁等往往会与人体的胸、腹或头部相撞，成为主要致伤构伤。
汽车与行人碰撞时，保险杠、车前钣制件或车身前围等部位最易使行人受伤。行人受撞击后，其头部很可能倒向轿车的发动机罩、风窗框下缘或风窗玻璃等部位。
由此可见，对汽车车身构架及上述各结构部分均有较高的安全要求。

二．安全防护装置的基本功能和结构原理
发生汽车碰撞事故时，运动急剧停止、缺乏缓冲距离以及人体与尖硬物接触都会导致严重伤亡。因此，汽车安全防护装置的基本功能和结构原理可归纳为：

1、对乘员施加约束使之避免在汽车碰撞时与车内物体撞击或被甩出车外；

2、产生软缓冲作用，亦即构件以适当的变形距离吸收撞击能量，或者说使速度逐渐下降而避免出现较大的减速度和碰撞力；
3、加大人体与汽车构件的接触面积，避免产生点接触从而使碰撞造成的单位面积挤压力减少或使碰撞力转移到人体非要害部位。
三、车内防护

1．安全带

安全带是最有效的防护装置，可以大幅度地降低碰撞事故的受伤率和死亡率。这一点已被国外大量使用实践证明。

最常用的三点式安全带的各个组成部分。带子由结实的合成纤维织成，包括斜跨前胸的肩带，绕过人体胯部的腰带。在座椅的外侧和内侧地板上各有一个固定点，第三个固定点位于座椅外侧车身支柱的上方。
绕过上方固定点的环状导向板，带子伸入车身支柱内腔并卷在支柱下端的收卷器内。乘员胯部内侧附近有一个插扣，插扣由插板(松套在带子上)和锁扣(与内侧地板固定点相连)两部分组成，该两部分插合后即可将科员约束在座椅上。
按下插扣的红色按钮就能解除约束。收卷器有好几种结构型式，功能较完备的是紧急锁止式收卷器(ELR)。该种结构在正常情况下，安全带对人体上部并不起约束作用。当乘员向前弯腰时，带子可从收卷器经由上方固定点的导向板被拉出；而当乘员回复正常坐姿时，收卷器又会自动将带子收起，使带子随时保持与人体贴合。但在紧急情况下——亦即汽车减速度超过预定数值时或车身严重倾斜时，收卷器会将带子卡住从而对乘员产生有效的约束。
2．气囊
气囊在汽车正面碰撞时能防止乘员与其前方的物体撞击。气囊平时折叠在转向盘毂内或仪表板内，必要时可在极短时间(碰撞开始后0.03～0.05s)内充满气体而呈球形，以填补乘员与室内物体之间的空间。气囊通常采用氮气。

气源可以是高压(约15MPa)钢瓶或是设置在气囊下方的气体发生器。装设在汽车内的碰撞传感器发出的讯号可点燃电气雷管炸开高压钢瓶的封口或者点然气体发生器内的气体发生剂，使气囊迅速充气。

3．头枕
头枕是在汽车后部受撞击时限制人的头部向后运动的装置，这样可避免颈椎受伤，而严重的颈椎受伤可能使其内部神经(脊髓)受伤，导致颈部以下全身瘫痪(高位截瘫)。
4．安全玻璃
汽车正面或侧面碰撞时，乘员头部往往撞击风窗玻璃或侧窗玻璃而受伤，并且玻璃碎片还会使脸部和眼睛受伤。

目前在汽车上广泛应用的安全玻璃有两种：钢化玻璃与夹层玻璃。钢化玻璃是在炽热状态下使其表层骤冷收缩从而产生预应力的强度较高的玻璃，其落球冲击强度是普通玻璃的6～9倍。普通夹层玻璃有三层，总厚度约4mm，其中间层厚度为0.38mm。  汽车用的夹层玻璃的中间层则加厚一倍，达0.76mm，故具有较高的冲击强度，称为高抗穿透性(HPR)夹层玻璃。国产的车用夹层玻璃的中间层材料通常要用性能较好的聚乙烯醇缩丁醛。
钢化玻璃受冲击而损坏时，整块玻璃出现网状裂纹，脱落后则分成许多无锐边的碎片。HPR夹层玻璃损坏时内、外两层玻璃的碎片仍然粘附在中间层上。中间层有较大的韧性，在承受撞击时拱起从而吸收一部分冲击能量，起缓冲作用。
大量的事故调查表明，钢化玻璃与HPR夹层玻璃相比，前者有较高的伤亡率，其碎片致使眼睛重伤的比率也较高。采用钢化玻璃的前风窗破裂成细小网状裂纹后，还会严重地影响驾驶员前方的视野。由此可见，现代汽车的风窗玻璃应尽可能采用HPR夹层玻璃。
5．门锁与门铰链
在现代汽车上，门锁和门铰都应有足够的强度，在汽车碰撞时，能同时承受纵、横两个方向的载荷而不致使车门开启，从而避免了乘员被甩出车外，因而减少受重伤或死亡的危险。此外，在事故结束后，门锁应不致失效而应使车门仍能开启。

目前，不能承受纵向载荷的舌簧式、钩簧式、齿轮转子式等门锁已经过时，而能同时承受纵横向载荷的转子卡板式门锁则被广泛采用。
6．室内其它构件

在现代汽车上，车身内部一切有可能与人体撞击的构件都应避免采用尖角、凸棱或小圆弧过渡的形状，而且车身室内广泛采用软材料包垫。室内软化不仅是为了满足舒适性要求，更重要的还是为安全防护性能的要求。
四．车外防护

1．车身壳体结构防护措施

根据碰撞安全性的要求，车身壳体的正确结构应是，使乘客舱具有较大的刚度以便在碰撞时尽量减小变形，同时使车身的头部、尾部等其它离乘员较远的部分的刚度相对较小，在碰撞时得以产生较大的变形而吸引撞击能量，显然，如果车身乘客舱按照汽车行驶时的载荷来设计，其刚度就显得不足，还需要进行局部加强。乘客舱较易加固的是地钣、前围内钣、后围钣等宽大的部件。
门、窗孔洞的周边则是薄弱环节，但风窗支柱和中立柱的断面尺寸又不宜过大，所以只能在其内部贴上较厚的加强钣。在汽车碰撞时，为避免整个乘客舱的构架产生剪切变形或坍塌，最重要的是加固门、窗周边的拐角部分，可在其上贴上加强钣或加大拐角处的过渡圆角。

要使乘客舱获得必要的刚度，不能仅局部补强的办法，而应就整个车身结构通盘考虑。众所周知，杆件或梁在弯曲时变形较大而在拉伸或压缩时变形较小。
因此，车身客舱构件应合理布置，使之尽量少承受弯曲载荷。在汽车头部或尾部受撞击时，可通过倾斜的构件将力传递至客舱的纵向构件，使之承受压缩或拉伸。

为了使车身头部和尾部的刚度较小，可以在粗大的构件或强固的部件上开孔或开槽来削弱其刚度，或者使构件在汽车碰撞时承受弯曲载荷。车身前部安装发动机和前悬架的纵、横梁都较粗大，因此某些现代轿车的前部纵梁不是平直的，而是有意弯折成Z字形以便在碰撞时折叠变形并吸收冲击能量。

为使乘客舱侧面较强固以便承受较大的撞击力，车身的门槛通常较粗大，并用横梁将左右两根门槛连接起来共同受力。此外在门外钣的内表面还常常贴有瓦楞状加强钣。
2．保险杠与护条

汽车的最前端和最后端都装有保险杠，许多新式轿车(例如桑塔纳、奥迪等轿车)左右两侧还装有纵贯前后的护条。保险杠和护条的安装高度应符合规定，以便在汽车相撞时两车的保险杠或护条能首先接触。

保险杠的防护结构应包括两部分：1)减轻行人受伤的软表层，主要由弹性较大的泡沫塑料制成；2)能吸收汽车一部分碰撞能量的装置，有金属构架、全塑料结构、半硬质橡胶缓冲结构、液压或气压装置等型式。
车身侧面的护要与行人接触的可能性很小，一般由半硬质塑料或橡胶制成。

3．汽车其它外部构件

除了保险杠外，经常致使行人受伤的构件主要有前翼子钣、前大灯、发动机罩、车轮、风窗玻璃等。这些构件不应制造得尖锐而坚硬，最好是平整光滑而富有弹性。
某些轿车包括保险杠在内的整个正面都用大块聚胺酯泡沫塑料制成并将发动机罩的顶面用软材料包垫，使安全性大大提高。