杨波波

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時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吗？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

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