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摘 要:汽车已经走进了普通大众的生活,路面上车水马龙非常热闹,人们驾驶着自己的爱车,奔向目的地。车里载着亲人或朋友,人们都希望能安全的到达目的地。汽车给我们带来便利的同时也隐藏着潜在的危险。2019年中国发生交通事故24.8万起,直接导致财产损失13.46亿元。汽车安全是人们买车用车最为关注的问题。
关键词: 汽车;重量;安全
汽车的安全性是人们选车的决定性因素。谈起安全,人们认为质量大的汽车,坚固抗撞,应该比较安全。确实,绝大多数由相同金属材料制成,形状相同的物体质量越大,它的强度、硬度越大,越容易抵抗外界的冲击力。当受到外界同方向、同大小的冲击时,物体的形变量就越小。这样可以通过增加汽车各零部件的质量来增强车身的强度、硬度,从而增大汽车的安全性。
汽车车身A、B、C柱是保持汽车整车形状的三根支撑柱,A、B柱是保持主驾驶与副驾驶位置空间的支撑柱,B、C柱是保持后排座空间的支撑柱,这三根支撑柱是保持汽车车内空间的主要支撑柱。汽车受到外界不同方向冲击时,只要A、B、C三个支撑柱不发生太大地形变或断裂,就会为车内人员留下宝贵的生存空间,很大程度上降低了交通事故的伤亡率。相反A、B、C三个支撑柱断裂就直接威胁到驾乘人员的生命安全。2020年上半年,中保研做了一个实验,一辆汽车时速60千米,做二分之一偏置碰撞时,A柱断裂,出现了假人爆头的危险一幕。试想驾驶这样的车辆人们能安心吗?您会选择这样的车辆吗?
制造车辆的材料不变的情况下,要保证车辆具有一定的强度和硬度,就得保证汽车具有一定的重量,从这个角度考虑,汽车的重量越大就越安全。所以很多人基于这样的考虑,在选择车辆时把汽车重量作为最重要的依据,这样真的靠谱吗?汽车发动机、车身底盘各零部件形状材料相同条件下,各零部件质量越大,汽车的牢固程度越大,抵抗外界冲击能力就越强,这样车辆的安全性能就好嗎?其实汽车安全受多种性能影响。
对加速前进的汽车受力分析,由地球对车辆吸引而产生的重力、地面给车间的支持力、来自发动机的牵引力、地面给车辆的摩擦力(两驱汽车,驱动车轮受到的摩擦力是驱动车轮加速行驶的动力,而从动车轮受到地面的摩擦力是阻力)、行驶中的空气阻力(车辆行驶中的主要阻力)等,由牛顿第二定律a=F/m(F车辆受到的合外力,m汽车质量,a汽车加速时的加速度)可知,当汽车在行驶环境相同且汽车受的F合理不变的情况下,汽车的质量m越大,汽车的加速a就越小。由运动学公式V=Vo+a.t(V汽车加速要达到的速度,Vo汽车加速开始时的初速度,a汽车加速时的加速度)可知,汽车的加速度a越小,汽车要达到目标车速就需要越长的时间,汽车车速增加的就越慢,即汽车加速性能就越差。而汽车在超越同向行驶车辆时,需要在短时间内将车辆的速度提到较高的车速,这样才能保证超车行驶的安全性。从这个角度来看,汽车质量越大,越不利于汽车的安全行驶。
对制动过程中汽车受力分析,由地球对车辆吸引而产生的重力、地面给车辆的支持力、地面给车辆的摩擦力(车轮受到地面的摩擦力是阻力)、行驶中的空气阻力(车辆行驶中的主要阻力),由牛顿第二定律a=F/m(F车辆制动时受到的合外力,m汽车质量,a汽车制动时的加速度)可知,当汽车在行驶环境相同且受的F合力不变的情况下,汽车的质量m越大,汽车制动时的加速a就越小。由运动学公式L=Vo.t-a.(L汽车制动距离,Vo制动开始的初速度,a制动减速时加速度)可知,当汽车制动时的速度Vo一定时,汽车的制动距离L取决于制动时的加速度a。制动距离L越大,汽车的制动性能就越差,越不利于车辆的安全行驶,从这个角度来看,汽车质量越大越不利于行车安全。同时,质量大的汽车油耗必然高,高油耗还提高了汽车使用成本。汽车选用的汽油是由石油提炼而来的。石油是不可再生能源,需要数百万年积累而成,用一点就少一点,高油耗的车辆必然引起能源的过渡消耗,加剧能源危机。
汽车尾气是引起环境污染的罪魁祸首。汽车尾气的主要成分有一氧化碳-毒性气体、硫化物-酸性气体、氮氧化合物-光化学气体、碳氢化合物、二氧化碳等。氧化碳、硫化物、氮氧化合物和雨水结合形成亚硫酸,具有一定腐蚀性,会破坏动植物的健康生长。氮氧化合物是产生光化学烟雾的重要成分,它与碳氢化合物在紫外线的照射下,会发生化学反应,形成光化学烟雾。当光化学烟雾的光化学氧化剂超过一定浓度时,具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜,引起流泪并导致红眼症,同时对鼻、咽、喉等器官均有刺激作用,会引起急性喘息症。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。碳氢化合物是未完全燃烧的汽油,也是光化学气体。二氧化碳是温室气体,是全球气候变暖的罪魁祸首。所以,减少汽车质量不仅可以减少车辆运行的成本,还可以减少汽车尾气中的有害气体的排放,从而保护我们赖以生存的环境。
减少汽车重量的同时还要保证汽车的质量。传统汽车发动机多采用铸铁铸造而成。车身材料一般选用强度较大的钢制成。铁的密度比较大,一立方厘米的铁的质量为7.8克。而铸铁、钢的主要成分为铁,所以铸铁、钢的密度比较大。每立方厘米铝的质量为2.7克,密度远小于铁的密度。铝的强度刚度不能满足汽车材料的需求。铝合金主要成分是铝,密度和铝接近。铝合金兼备了铝密度小的特点,同时具有强度大、硬度大的特点。用铝合金来铸造发动机,可以有效降低发动机重量。活塞连杆选用铝合金材料,可以有效降低活塞连杆的质量, 这样就可以减少活塞连杆的惯性(惯性由物体的质量决定,质量越大则惯性就越大),有效降低由活塞连杆惯性引起的惯性阻力,从而降低汽车的油耗。
根据全铝车身特点,不同部位选用不同成分的铝合金,可选用的铝合金主要有铝勐合金、铝镁合金、铝镁铜合金、铝镁硅铜合金等。这些合金共同的特点是密度小,与相同厚度钢板相比重量轻,可以有效降低车身重量的百分之三十以上。铝合金硬度大,强度略小于钢材,不过可以通过增加铝合金板件的厚度来弥补铝合金板件的强度。同时全铝合金可塑性强,这样可以制造出形状更为复杂的车身,便于整车形状个性化设计和流线性设计。流线性车身可以有效降低汽车高速行驶时产生的空气阻力。铝合金车身还具有很强的抗氧化能力,因为氧气和车身表面的铝合金发生氧化反应,生成铝的氧化物保护膜,隔离了空气中的氧与保护膜下面的铝。铝合金车身另外一个特点就是贵,这就阻碍了铝合金车身在中低端车型中的普及。降低铝合金车身的成本就显得格外重要。
汽车车身板件的强度、硬度越大越好吗?实际上车身前纵梁,保险杠还有冷却液支架是车辆的吸能件,当出现一定程度的碰撞时,这些吸能件必须发生形变。因为在发生形变时,吸能件内部分子层发生滑动,分子层的摩擦产生了热量,这样就将外部一部分冲击能量转化成吸能件的内能,然后通过热传递的形式传递到大气中,这样传递到车内人员与车外人员身上的冲击力就会减少,就可以减少人员的伤亡或避免伤害。
吸能件发生形变时就必须更换,不能通过钣金来修复吸能件,因为敲拉修复会导致板件硬化,强度和硬度都会增大。如果这个部位再发生碰撞,修复后的吸能件吸能效果就相当有限,甚至会丧失吸能的能力。所以吸能件强度和硬度不能太大。
综上所述,在保证汽车强度、硬度、抗腐蚀能力等的情况下,通过新技术、新材料的运用,可以有效降低汽车重量,这样对行车安全、燃油经济性、环境保护都有积极性作用。
参考文献:
[1]刑彦锋.,宋新萍.王岩松.汽车车身结构:清华大学出版社:,2013年1月.
[2]邱霖.陈昉莉.张高智.汽车钣金 .科学技术文献出版社,2015.4
(西双版纳职业技术学院-中等职业教育中心,云南 西双版纳 景洪 666100)
关键词: 汽车;重量;安全
汽车的安全性是人们选车的决定性因素。谈起安全,人们认为质量大的汽车,坚固抗撞,应该比较安全。确实,绝大多数由相同金属材料制成,形状相同的物体质量越大,它的强度、硬度越大,越容易抵抗外界的冲击力。当受到外界同方向、同大小的冲击时,物体的形变量就越小。这样可以通过增加汽车各零部件的质量来增强车身的强度、硬度,从而增大汽车的安全性。
汽车车身A、B、C柱是保持汽车整车形状的三根支撑柱,A、B柱是保持主驾驶与副驾驶位置空间的支撑柱,B、C柱是保持后排座空间的支撑柱,这三根支撑柱是保持汽车车内空间的主要支撑柱。汽车受到外界不同方向冲击时,只要A、B、C三个支撑柱不发生太大地形变或断裂,就会为车内人员留下宝贵的生存空间,很大程度上降低了交通事故的伤亡率。相反A、B、C三个支撑柱断裂就直接威胁到驾乘人员的生命安全。2020年上半年,中保研做了一个实验,一辆汽车时速60千米,做二分之一偏置碰撞时,A柱断裂,出现了假人爆头的危险一幕。试想驾驶这样的车辆人们能安心吗?您会选择这样的车辆吗?
制造车辆的材料不变的情况下,要保证车辆具有一定的强度和硬度,就得保证汽车具有一定的重量,从这个角度考虑,汽车的重量越大就越安全。所以很多人基于这样的考虑,在选择车辆时把汽车重量作为最重要的依据,这样真的靠谱吗?汽车发动机、车身底盘各零部件形状材料相同条件下,各零部件质量越大,汽车的牢固程度越大,抵抗外界冲击能力就越强,这样车辆的安全性能就好嗎?其实汽车安全受多种性能影响。
对加速前进的汽车受力分析,由地球对车辆吸引而产生的重力、地面给车间的支持力、来自发动机的牵引力、地面给车辆的摩擦力(两驱汽车,驱动车轮受到的摩擦力是驱动车轮加速行驶的动力,而从动车轮受到地面的摩擦力是阻力)、行驶中的空气阻力(车辆行驶中的主要阻力)等,由牛顿第二定律a=F/m(F车辆受到的合外力,m汽车质量,a汽车加速时的加速度)可知,当汽车在行驶环境相同且汽车受的F合理不变的情况下,汽车的质量m越大,汽车的加速a就越小。由运动学公式V=Vo+a.t(V汽车加速要达到的速度,Vo汽车加速开始时的初速度,a汽车加速时的加速度)可知,汽车的加速度a越小,汽车要达到目标车速就需要越长的时间,汽车车速增加的就越慢,即汽车加速性能就越差。而汽车在超越同向行驶车辆时,需要在短时间内将车辆的速度提到较高的车速,这样才能保证超车行驶的安全性。从这个角度来看,汽车质量越大,越不利于汽车的安全行驶。
对制动过程中汽车受力分析,由地球对车辆吸引而产生的重力、地面给车辆的支持力、地面给车辆的摩擦力(车轮受到地面的摩擦力是阻力)、行驶中的空气阻力(车辆行驶中的主要阻力),由牛顿第二定律a=F/m(F车辆制动时受到的合外力,m汽车质量,a汽车制动时的加速度)可知,当汽车在行驶环境相同且受的F合力不变的情况下,汽车的质量m越大,汽车制动时的加速a就越小。由运动学公式L=Vo.t-a.(L汽车制动距离,Vo制动开始的初速度,a制动减速时加速度)可知,当汽车制动时的速度Vo一定时,汽车的制动距离L取决于制动时的加速度a。制动距离L越大,汽车的制动性能就越差,越不利于车辆的安全行驶,从这个角度来看,汽车质量越大越不利于行车安全。同时,质量大的汽车油耗必然高,高油耗还提高了汽车使用成本。汽车选用的汽油是由石油提炼而来的。石油是不可再生能源,需要数百万年积累而成,用一点就少一点,高油耗的车辆必然引起能源的过渡消耗,加剧能源危机。
汽车尾气是引起环境污染的罪魁祸首。汽车尾气的主要成分有一氧化碳-毒性气体、硫化物-酸性气体、氮氧化合物-光化学气体、碳氢化合物、二氧化碳等。氧化碳、硫化物、氮氧化合物和雨水结合形成亚硫酸,具有一定腐蚀性,会破坏动植物的健康生长。氮氧化合物是产生光化学烟雾的重要成分,它与碳氢化合物在紫外线的照射下,会发生化学反应,形成光化学烟雾。当光化学烟雾的光化学氧化剂超过一定浓度时,具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜,引起流泪并导致红眼症,同时对鼻、咽、喉等器官均有刺激作用,会引起急性喘息症。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。碳氢化合物是未完全燃烧的汽油,也是光化学气体。二氧化碳是温室气体,是全球气候变暖的罪魁祸首。所以,减少汽车质量不仅可以减少车辆运行的成本,还可以减少汽车尾气中的有害气体的排放,从而保护我们赖以生存的环境。
减少汽车重量的同时还要保证汽车的质量。传统汽车发动机多采用铸铁铸造而成。车身材料一般选用强度较大的钢制成。铁的密度比较大,一立方厘米的铁的质量为7.8克。而铸铁、钢的主要成分为铁,所以铸铁、钢的密度比较大。每立方厘米铝的质量为2.7克,密度远小于铁的密度。铝的强度刚度不能满足汽车材料的需求。铝合金主要成分是铝,密度和铝接近。铝合金兼备了铝密度小的特点,同时具有强度大、硬度大的特点。用铝合金来铸造发动机,可以有效降低发动机重量。活塞连杆选用铝合金材料,可以有效降低活塞连杆的质量, 这样就可以减少活塞连杆的惯性(惯性由物体的质量决定,质量越大则惯性就越大),有效降低由活塞连杆惯性引起的惯性阻力,从而降低汽车的油耗。
根据全铝车身特点,不同部位选用不同成分的铝合金,可选用的铝合金主要有铝勐合金、铝镁合金、铝镁铜合金、铝镁硅铜合金等。这些合金共同的特点是密度小,与相同厚度钢板相比重量轻,可以有效降低车身重量的百分之三十以上。铝合金硬度大,强度略小于钢材,不过可以通过增加铝合金板件的厚度来弥补铝合金板件的强度。同时全铝合金可塑性强,这样可以制造出形状更为复杂的车身,便于整车形状个性化设计和流线性设计。流线性车身可以有效降低汽车高速行驶时产生的空气阻力。铝合金车身还具有很强的抗氧化能力,因为氧气和车身表面的铝合金发生氧化反应,生成铝的氧化物保护膜,隔离了空气中的氧与保护膜下面的铝。铝合金车身另外一个特点就是贵,这就阻碍了铝合金车身在中低端车型中的普及。降低铝合金车身的成本就显得格外重要。
汽车车身板件的强度、硬度越大越好吗?实际上车身前纵梁,保险杠还有冷却液支架是车辆的吸能件,当出现一定程度的碰撞时,这些吸能件必须发生形变。因为在发生形变时,吸能件内部分子层发生滑动,分子层的摩擦产生了热量,这样就将外部一部分冲击能量转化成吸能件的内能,然后通过热传递的形式传递到大气中,这样传递到车内人员与车外人员身上的冲击力就会减少,就可以减少人员的伤亡或避免伤害。
吸能件发生形变时就必须更换,不能通过钣金来修复吸能件,因为敲拉修复会导致板件硬化,强度和硬度都会增大。如果这个部位再发生碰撞,修复后的吸能件吸能效果就相当有限,甚至会丧失吸能的能力。所以吸能件强度和硬度不能太大。
综上所述,在保证汽车强度、硬度、抗腐蚀能力等的情况下,通过新技术、新材料的运用,可以有效降低汽车重量,这样对行车安全、燃油经济性、环境保护都有积极性作用。
参考文献:
[1]刑彦锋.,宋新萍.王岩松.汽车车身结构:清华大学出版社:,2013年1月.
[2]邱霖.陈昉莉.张高智.汽车钣金 .科学技术文献出版社,2015.4
(西双版纳职业技术学院-中等职业教育中心,云南 西双版纳 景洪 666100)