以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

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以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

圖片來源:Volvo

先前曾經說明了 《Euro NCAP》 《NHTSA》《IIHS》等撞擊測試機構的測試程序,而本章節就要來探究車輛撞擊之下的保命關鍵-「潰縮區」。回顧數十年前的老車,當時造車的工法多半偏向打造相當堅固的車輛,例如有著汽車界3310之稱的瑞典坦克老Volvo。但是隨著科學研究以及工程技術的發展與進步,汽車製造商開始明白「硬碰硬」絕對不是汽車撞擊安全性的出路,因此開始研擬新的車體結構設計,而「潰縮區」即是為了提升車輛安全性的產物。

歷史上第一個使用潰縮區設計的汽車出現在1953年,由Mercedes-Benz旗下工程師Béla Barényi率先將其設計應用在一輛Mercedes-Benz Ponton當中。但是直到1967年,Mercedes才首度將潰縮區的概念實際應用在量產車上。但是潰縮區究竟是怎麼樣保護車內乘客的生命安全?

從牛頓第一運動定律來看,「沿一直線作等速度運動的物體,只要沒有外力介入,就會一直保持等速度運動」。所以,當一個人開著車以80 km/h行駛在道路上,他的身體也是以相同的速度在前進。如果此時車輛撞到一面牆而停下,車內人員的身體、包括體內器官仍然會以80 km/h繼續前進直到撞上車內物體,這就是為什麼車禍會造成人體嚴重傷害。

另一個車輛撞擊背後的物理定律則是牛頓第二運動定律,也就是「力=質量X加速度」。在車輛撞擊的案例當中則能夠利用這個物理原則轉換為「隨著車輛停止的時間拉長,車輛與其乘客所受到的力也會隨之減少」

▼如果車內乘客沒有繫上安全帶,當車輛發生撞擊時,車內乘客仍然會受物理慣性向前拋

以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

圖片來源:Volvo

物理課複習夠了,接下來就要說明潰縮區的原理為何?其實潰縮區就是依據上述兩項理論而產生的解決方案,車輛車頭及車尾的潰縮區能夠吸收撞擊時的衝擊力道,另一方面也延長了車輛真正撞擊以後停止的時間,進而減少車內乘客受到的衝擊力。

汽車製造商現在會將乘客所在的座艙位置設為「Safety Zone安全區」,或者「不可潰縮區」。採用高強度的鋼材搭配堅固的結構設計,讓整個座艙區域在撞擊之後仍然能夠維持完整,保護車內乘客的生存空間不被壓縮。至於車頭和車尾非乘客所在的位置,則會透過強度較低的鋼材製成,同時也會在鋼材上設計摺痕,以便在撞擊時讓鋼材像手風琴一樣凹折壓縮,達到緩衝撞擊力道的作用。

▼圖片中的紅圈處可以看到原廠特地在結構上做出摺痕,當撞擊發生時就會從這些部位凹折壓縮來緩衝力道

以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

圖片來源:Volvo

▼除了在結構上設計潰縮摺痕之外,車廠也會利用不同強度的鋼材來控制潰縮範圍。以下圖V90的鋼材為例,座艙部位就使用了超高強度鋼材打造而成,至於引擎室以及車尾則用強度較低的鋼材組成

以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

圖片來源:Volvo

這時候或許有人會問,那車頭車尾空間不大的小型車,甚至是掀背車款呢?以較為極端的例子Smart fortwo來說,在幾乎沒有空間可以設計潰縮區的情況下,原廠在座艙結構使用了超高強度的鋼材來防止座艙變形,除此之外,也加入了橫向和縱向的鋼樑將撞擊時的力道傳導分散至面積較大的部位。另外,Smart也巧妙的在車體結構當中設計了部分可滑動的支架,在低於20km/h的撞擊下能夠利用位移來吸收低速衝擊力道。

▼因為沒有空間容納潰縮區設計,Smart fortwo只好將車體結構打造得非常堅固,再利用大樑將衝擊力道傳導分散至車體各個部位

以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

圖片來源:Volvo

▼休旅車、掀背車的車尾空間較小,但是仍然有些許空間能夠設計潰縮區,但同時座艙結構也需要更加堅固來避免撞擊時壓縮到乘客的生存空間

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圖片來源:Volvo

正因為潰縮區的應用,讓現在的新車在發生撞擊之後還能讓車上的乘客安然無事。但是潰縮區可不是把車頭車尾設計的「軟」就好,讓車輛結構工程師最煩惱的是設計「恰到好處」的潰縮區剛性。如果太軟,不僅會降低車輛緩衝的效果,在輕微碰撞之下也可能導致高額的維修費用。

▼因為潰縮區的出現,即使Volvo也不再像坦克一般無堅不摧,但是也因為潰縮區的作用,讓現在的新車在撞擊之後也能保有座艙的完整性,並且減少車內乘客承受的衝擊力道

以柔克剛-車輛「潰縮區」原理解說

圖片來源:Volvo

然而,雖然潰縮區的出現變成了車輛安全基本要件,但也讓不少人誤會「現在的新車越來越軟」。不過事實上,現在的新車在擁有潰縮區之下,每一個世代的更新,都讓座艙的結構剛性越來越強,即使是過去有「不壞之身」稱號的Volvo,現在也朝向「完善的潰縮區搭配高強度座艙架構」的概念去設計車輛。因此,下次看到車頭車尾發揮完整潰縮功效,但是座艙還是堅固完整的車輛,可別再誤會它們「不夠耐撞」啦。

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圖片來源:Volvo

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