汽车碰撞分析

学习情境4　汽车碰撞损伤

学习目标

了解汽车碰撞时的受损程度与碰撞力和方向的关系。

了解车架式车身、整体式车身的变形类型及判断方法。

分析汽车各部件的碰撞损伤情况。

4.1　汽车碰撞分析

车辆碰撞事故引起的车身变形和损坏千变万化，没有碰撞损伤完全相同的车辆。但由于车身结构的特点，车身在经受碰撞时的损伤也是有一定的规律可循。掌握这个规律对车身维修，尤其是碰撞损伤的车身维修具有指导意义。车身碰撞损伤都是受到外力引起的，掌握车辆碰撞受力的分析方法再结合车身的结构特点对车身变形进行分析将起到事半功倍的效果。

车辆在经受碰撞后的损伤状况是非常复杂的。引起损伤的根本原因是受力。只有对车辆在发生碰撞时的受力情况进行科学、正确的分析才能准确地把握车辆的损伤形式、部位，确定出具体损伤的发生原因，这一点不仅对车辆损伤的判定具有重要的意义，对今后的修复工作同样也具有指导性的意义。

车辆在发生碰撞时的受力状况也是非常复杂的，归纳起来主要有以下几个方面：

4.1.1　直接碰撞力

直接碰撞部位所受到的撞击力，这是车辆碰撞损伤的主因。汽车碰撞时所受力的大小与其运动状态、碰撞体的形式、碰撞持续的时间、碰撞后的运动状态等有很大的关系。在碰撞发生后可以根据动量守恒原理和作用力与反作用力原理，对主动碰撞车辆或被动碰撞车辆所受的撞击力进行大致的估算。

汽车行驶本身是积聚了一定的能量的，当撞击发生时，运动能量的全部或部分会转换成冲击能量，使车身构件在吸收这能量的过程中产生变形。车辆在以一定的速度行驶时，其运动能量的大小与车辆的总质量和当时的运动速度的平方成正比。一辆汽车其总质量越大，行驶的速度越高，其积聚的运动能量也越大。

碰撞力的大小（或汽车的损伤程度）除与车辆所具备的动能有关外，还与碰撞持续的时间、被碰撞物体的总质量和速度、发生碰撞后车辆的运动状态以及两相撞物体吸收动能的能力等因素有关。

若车辆与固定刚性体（如建筑物等）发生碰撞，因固定刚性体的总质量可以设为无穷大，碰撞不会产生位移且吸收能量很小，所以车辆碰撞时的车速将在瞬间降为零，其碰撞能量将全部为车辆本身所吸收，因此对车辆的损伤极大。

若车辆与非固定体（如运动或静止的车辆）相撞，需要具体情况具体分析。如果与相对运动的物体相撞（对撞），且碰撞后两物体的运动速度为零，运动能量是两车之和，碰撞力非常大，对车辆的损伤很严重。但与同向运动的物体发生碰撞（追尾）时，由于被追尾车辆获得一定的能量将产生加速度，吸收了部分动能，追尾车辆也不会因碰撞而停止，还会以一定的速度行进，所以碰撞力将会很低，造成的损坏不会像与固定物体碰撞那样的严重。

另外，碰撞所造成的车身损伤程度，虽然主要取决于碰撞力，但车身着力点的状况也对车身损伤起决定性的作用，在其他条件等同时，如果车身以其一个平面与另外一个平面物体相撞，那么此时车身所受到的损伤将比车身以较小的端面与另一个非平面（如柱子、墙角等）物体相撞时的损伤小。

碰撞时作用力的方向与汽车重心的相对位置对车身的整体变形也会产生不同的影响。其中，作用力的方向与汽车重心位置重合的，称为向心式碰撞；作用力的方向与汽车重心位置不重合的，称为偏心式碰撞。显然，正面向心式碰撞的危害是最严重的，而来自后方的向心式追尾碰撞危害则相对要小得多。来自于车身侧面的向心式碰撞，其冲击力恰恰指向汽车重心，侧向冲击力与重心位置重合的结果是，使碰撞过程中汽车的横移受到了限制（即不易发生整体横向滑移），力的作用时间也因此表现为瞬时性。所以，在其他条件相同的情况下，其损伤程度往往较为严重。如果来自车身侧面的碰撞力偏离汽车重心，则会使车身整体以重心为轴产生回转现象。而这种扭转的关键是延长了碰撞力的作用时间，冲击能量也因此被相应地减弱了。更通俗地解释是，偏转使车身产生了避让效应，它有助于减轻碰撞对车身的伤害程度。

4.1.2　惯性力

惯性力造成的损伤主要表现在两个方面：一是车身上安装的较重总成部件、乘客、载货等，在发生碰撞时因惯性对车身造成冲击；二是车身本体由于惯性力作用而发生弯曲、翘曲等变形。车辆在碰撞时，直接碰撞力是主要因素，对车身的损伤也最大最直接，但由于碰撞而产生的惯性力也同样对车身造成巨大的影响。

车辆在行驶时具有一定的惯性力。在碰撞发生时，除碰撞力对车身造成损伤外，来自车辆自身和载重由于惯性作用对车身同样具有冲击力，造成二次冲击损伤。这种由惯性力对车身造成的损伤同样是非常严重的，在进行碰撞分析诊断时尤其不能忽视。

如图4.1所示为发生碰撞时，车辆由于自身的惯性作用而造成的变形情况。汽车与固定刚性体相撞，车速瞬间降为零，此时车身整体在惯性作用下有一个向前翻转的趋势，车身后部腾起，之后又重重跌落。车身某些强度薄弱的地方经受不住后部巨大的惯性转矩和跌落时的冲击，发生较大变形，车顶后部上翘，车辆后地板弯曲，后翼板等均有不同程度的破坏。

图4.1

图4.2

如图4.2所示为车辆上的乘客和载货在惯性作用下对车身产生的二次冲击。此类冲击将影响到车顶、后备箱盖、仪表台、前风挡玻璃和车内座椅、饰件等。

车载总成也会由于惯性作用而对车身造成损伤。以前置发动机前轮驱动车辆为例，发动机总成与传动系统以一个整体固定于车身上，总质量几百公斤。如此之大的质量在与车辆一同高速行驶时积聚了很高的动能。当发生正面碰撞时，车身的速度很快下降，而这两个总成由于惯性仍然前冲，巨大的力量会对支撑连接部位造成撕裂并发生位移，影响到整体的定位参数。

4.1.3　下砸力

如果被撞击物体是非固定体，且撞击部位又位于被撞物体质心的下方，则该物体可能会被抛起，以下落的方式将车身砸伤。如图4.3所示，车辆与一较高的非固定柱状物体相撞，车辆前部承受直接撞击，发动机舱盖在承受撞击力时已经发生较大的变形，当该被撞物体向车辆翻倒时，发动机舱盖又承受了第二次的下砸力，则其变形情况更加复杂。

图4.3

汽车碰撞损伤修理的主要过程通常包括矫正车身的弯曲、扭转、偏斜及调换严重损伤的焊接钢板等。要彻底修复好一辆汽车，就要对其碰撞受损情况作出准确的诊断。就是说，要确切地评价出汽车受损的严重程度、范围及受损部件。确定完这些之后，方可制定修复计划。

下面为基本的汽车碰撞诊断步骤：

①了解汽车车身构造的类型。

②以目测确定碰撞位置。

③以目测确定碰撞的方向及碰撞力大小，并检查可能有的损伤。

④确定损伤是否限制在车身范围内，是否还包含功能部件或元件（如车轮、悬架、发动机等）。

⑤沿着碰撞路线系统地检查部件的损伤，直到没有任何损伤痕迹的位置。例如，支柱损伤可以通过检查门的配合状况来确定。

⑥测量汽车的主要元件，通过比较维修手册车身尺寸图表上的标定尺寸和实际汽车上的尺寸来检查汽车车高，并用一个定心量规来比较车身左侧高度与右侧高度。

⑦用适当的工具或装置检查悬架和整个车身的损伤情况。

4.2碰撞对汽车车身的影响

4.2.1　碰撞对车架式汽车车身的影响

许多车辆采用车架式车身（又称非承载式车身）结构，如皮卡、越野车辆等。这些车辆有坚固的车架，车身通过螺栓和橡胶垫固定在车架上，在发生碰撞时，由于有坚固的车架承受巨大撞击力，车身的损伤程度往往会轻一些，因此在对车辆进行修复时重点是对车架的矫正。

图4.4

车架式车身的车架上设置了一些碰撞吸能区，在遭受较大的冲击时发生变形来吸收碰撞能量，如图4.4所示，图中圈出的部位为车架和车身上较柔和的缓冲部位，主要用来缓冲来自前端或后端的碰撞冲击。

车架式车身汽车碰撞后车架的变形大致可分为以下5种类型：

（1）左右弯曲

左右弯曲通常发生在汽车的前部或后部，如图4.5所示。车身左右弯曲时，部件的高度尺寸不发生变化。如果车身左侧翼子板与车门缝隙变宽，右侧缝隙消失，说明前部车身向右弯曲。还可通过以下方法进行判断：

图4.5

①通过观察钢梁的内侧及对应钢梁的外侧是否有皱曲。

②通过观察车门长边上的裂缝和短边上的皱折。

③车身和车顶盖的错位及汽车一侧明显的碰撞损伤等情况。

（2）上下弯曲

上下弯曲，如图4.6所示。一般由来自前方或后方的直接碰撞引起，如图4.7所示。可能发生在汽车的一侧，也可能是两侧。汽车上下弯曲变形后车身外壳表面会比正常位置低，结构上也会有后倾现象。判断上下弯曲可以查看车身翼子板与车门之间的缝隙是否在顶部变窄、下部变宽；也可查看车门在碰撞后是否下垂。

图4.6

图4.7　直接碰撞引起的上下弯曲

（3）断裂损伤

断裂损伤，如图4.8所示。通常表现在发动机罩的前移或后车窗的后移。有时车门可能吻合得很好，看上去也没有受到任何损坏，但皱折或其他严重的变形有可能发生在挡板、车壳或车架的拐角处。车架通常还会在车轮挡板圆顶处向上提升，引起弹性外壳损坏，如图4.9所示。而且汽车保险杠会有一个非常微小的垂直位移，这是由于来自前方或后方的直接碰撞引起的。当车架发生断裂变形后，在长度上尺寸会有变化。

图4.8

图4.9

（4）菱形变形

汽车的一角或偏心点受到来自前方或后方的撞击时，其一侧向前或向后移动，引起车架或车身的歪斜，使其形成一个接近平行四边形的形状，这就称作“菱形变形”，如图4.10所示。菱形变形会对整个车架产生影响，而不仅仅是汽车一侧的钢梁。发生菱形变形的汽车发动机室盖及后备箱盖会发生错位，在接近后车轮罩的相互垂直的钢板上或在垂直钢板接头的顶部可能出现皱折。在乘坐室及后备箱底板上有可能出现皱折和弯曲。菱形变形通常还会附有许多断裂及弯曲损伤的组合损伤。

图4.10　菱形变形

图4.11　扭转变形

（5）扭转变形

扭转变形（见图4.11）是车架损伤的另一种形式，当汽车在高速下撞击到路缘石或路中隔离石时就可能发生。扭转变形时汽车的一角会比正常情况高，而相反的一侧会比正常情况低。当车架发生扭转变形时，在高度上尺寸会有变化。

车架式车身碰撞损伤发生的次序为：左右弯曲，上下弯曲，断裂损伤，菱形变形，扭转变形。车身、车架的调整最重要的准则是颠倒方向和次序。即在矫正一辆车的碰撞损伤时，对损伤部位的拉或推操作必须按与碰撞相反的方向进行，车身修复也必须按照与碰撞相反的顺序进行。但是大多数的碰撞及事故结果是以上所述损伤类型的混合。

车架的变形还可以通过比较检查车身车门槛板与车架前后部之间的空间及前翼子板与前后轮毂之间的空间尺寸得出。检查前车架变形时，还需比较前保险杠的后孔到前车架钢梁总成之间左右尺寸的大小。

4.2.2　碰撞对整体式车身汽车的影响

整体式车身壳体由薄钢板连接而成，在碰撞中，车身壳体能吸收大部分振动。其中一部分碰撞能量被碰撞区域的部件通过变形吸收掉，另一部分能量会通过车身的刚性结构传递到远离碰撞的区域，这些被传递的振动波引起的车身损伤称为二次损伤。通常此类损伤会影响整体式车身的内部结构或与被撞击相反的一侧。

为了提供一个更加安全的乘坐室，整体式车身汽车在前部和后部设计了吸能区。吸能区是在部件上设置强度的局部变化。在受到撞击时，它们就会按照预定的形式折曲，这样传到车身结构的碰撞振动波在传送时就被大大减小，直至消散。来自前方的碰撞振动被前部车身及吸能区吸收了；来自后方的碰撞振动被后部车身及吸能区吸收了；而来自侧方的碰撞振动被减振钢板、顶盖侧梁、中心支柱和车门吸收了。车身上有吸能区设计的部件有前保险杠支撑、前纵梁、前挡泥板、发动机罩、后纵梁、后挡泥板、后保险杠支撑、行李舱盖等。

汽车碰撞的受损程度取决于以下因素：碰撞面的面积、碰撞时的车速、碰撞的对象以及汽车的重量。整体式车身汽车碰撞损伤大致可分为以下几种：

（1）前端碰撞

对于较轻的碰撞而言，保险杠会被向后推，前侧梁、保险杠支撑、前翼板、散热器支座、散热器上支撑和机罩锁紧支撑等也被折曲。

如果碰撞的程度剧烈，那么前翼板就会弯曲而触到前车门，机罩铰链会向上弯曲至前围上盖板，前侧梁也会折弯到前悬架横梁上并使其弯曲，如图4.12所示。如果振动足够大，前挡泥板及前车门支柱将会弯曲，并使前门松动掉下。另外，前侧梁会发生折皱，前悬架构件会弯曲、前围板和前车门平面也会弯曲。

图4.12

图4.13

如果正面的碰撞从某一角度而来，前侧梁的连接点就会成为旋转中心或旋转面，并发生侧向的和垂直方向的弯曲，如图4.13所示。由于左面和右面的前侧构件通过前横向构件连接在一起，碰撞引起的振动就会从碰撞点传递至另一侧的前部构件并引起变形。

（2）后端碰撞

如果碰撞得较轻，后保险杠、后地板、后备箱盖及地板可能会变形，相互垂直的钢板也会弯曲；如果碰撞得很厉害，后顶盖侧板会塌陷至顶板底面。而对于四门汽车，中心车身支柱也可能会弯曲。碰撞能量因这些上部结构的变形及后侧梁的上弯而被吸收。

（3）侧面碰撞

确定车辆侧面碰撞损坏时，分析汽车的构造十分重要。车辆系两门车还是四门车，普通顶还是硬顶车，车门有无侧向防撞杆，车辆的中心立柱（B柱）的结构和主车地板的结构等都会对车辆的侧向防撞能力造成不同的影响。因为车辆发生侧向碰撞时，碰撞力必须为强度很高的构件抵抗住并将碰撞力分散到车身整个侧板才能有效保护乘员空间。因此，这部分车身构件一般都设计制造得非常坚固，没有碰撞吸能区。为了提高车辆的侧向防撞能力，现代车辆一般都在车门内侧配有防撞杆，B柱采用三层加强结构。

对于严重的碰撞，车门、前部构件、中心车身支柱以至地板都会变形。当前翼板或后顶盖侧板受到垂直方向上较大的碰撞时，振动波会传递到汽车相反一侧。当前翼板的中心位置受到碰撞时，前轮会被推进去，振动波也会从前悬架横梁传至前侧梁。这样，悬架元件就会损伤，前轮的中心线和基线也都被改变。由于侧向的碰撞，转向装置的连杆和转向齿轮-齿条也将被破坏变形。

（4）顶部碰撞

坠落物体受损的不仅仅是车顶钢板，而且车顶侧梁、后顶盖侧板以及车窗也可能同时被损伤。

如果汽车倾翻之后，车身支柱和车顶钢板已经弯曲，那么相反一端的支柱同样也会损坏。车身的前部及后部部件也可能会被损坏。汽车的损坏程度可通过车窗及车门的变形来确定。

在碰撞的瞬间，碰撞的力量试图使汽车的结构缩短，从而引起中部车身横向及垂直方向的弯曲变形，而且碰撞力以冲击波的形式开始向撞击点以外的区域扩散。但略有弹性的刚性车身结构力图使车身保持原来的形状，变形并没有马上产生。随着碰撞的持续作用，在碰撞点上和前部的碰撞缓冲区就会产生显著的挤压而导致变形和断裂，碰撞的能量被结构的变形吸收，保护乘员舱。同时冲击波加剧扩散，其他区域也出现皱褶、断裂和松动。如果碰撞的能量足够大，将引起中央车身向外鼓起变形，以保护乘客不受伤害，车门能够顺利打开。

承载式车身的损坏类型和损伤顺序一般为：弯曲变形、断裂、扭转变形和增宽损坏。

1）弯曲变形

弯曲变形（见图4.14）分为左右弯曲变形和上下弯曲变形。

从一侧来的碰撞冲击经常会引起车身的左右弯曲或一侧弯曲。左右的弯曲通常发生在汽车的前部或后部，一般可通过观察车辆一侧明显的碰撞损伤、车门等板件与周围板件的缝隙及高度的变化、车身和车顶的错位等来判断。

上下弯曲是碰撞中最为常见的一种损伤，一般由前方或后方的直接碰撞而引起，可能发生在汽车的一侧也可能是两侧，基本现象是车身有倾斜或离地间隙不一致。可以通过查看车门的缝隙是否在顶部变窄、下部变宽、车门在撞击后是否有下垂等来判断。

图4.14

2）断裂损伤

当碰撞过程持续进行时，在碰撞点上就会产生显著的挤压，如图4.14所示。这样碰撞的能量被结构的变形吸收以保护乘坐室，离中心点较远的部位可能会产生皱折、断裂或松动。断裂损伤通过测量其长度是否超出配合公差来判别，它与传统车架式车身的断裂损伤相似。

3）增宽损伤

设计良好的整体式车身结构，传到乘坐室的碰撞力会使侧面结构弯曲偏离乘客而不是向内侧挤压，同时侧梁变形，车门的缝隙增宽。增宽损伤与车架式车身上的左右弯曲变形相似，通过测量其高度和宽度是否超出配合公差来判别，如图4.14所示。

4）扭转变形

当轿车高速撞击到路沿或道路的中央隔离墩时，可能导致扭转变形。发生扭转变形以后汽车的一角通常较正常位置高或低，未撞击一侧的情况与撞击一侧相反。即使最初的碰撞直接作用于中心点，但再次的冲击还是能够产生扭转力的，从而引起车身的扭转损坏。整体式车身的扭转变形与非承载式车身车架的扭转变形相似，通常是最后的碰撞结果，通过测量其高度和宽度是否超出配合公差进行判别，如图4.14所示。

发生在非承载式车身和承载式车身上的损伤类型是极为相近的，尽管后者可能更为复杂。但要注意：剧烈的碰撞在整体式车身上不会引起菱形变形。如同非承载式车身的车架的调整一样，采用先进后出的原则，首先矫正最后发生的损伤，也是修复承载式车身的最佳方法。间接损伤通过精确的测量才能确定。

4.2.3　案例：对某整体式（承载式）轿车碰撞损伤的检查

（1）设备、工具和材料准备

①一辆前部碰撞变形的承载式轿车。

②车身举升器，钢卷尺及必要的拆装工具。

③安全防护用品：工作帽、工作服、安全鞋、棉手套、耳塞。

④对应车型的维修手册。

（2）技术标准及要求

应全面、准确地确定汽车所有碰撞损伤。

（3）操作步骤

对大事故车的损伤诊断，首先应通过目测大致判断车身及其他机械零部件的损伤情况，对车身的前部和下部等精确度要求高的部位必须通过精确的测量，才能评价其损伤程度。

损伤检查一定要注意合理的顺序，这样才能做到不遗漏。下面来分析损伤检查的基本步骤。

①了解碰撞事故发生情况，有助于全面、准确、迅速的检查所有损伤。

②确定损坏部位。观察整个车辆，具体方法从碰撞点开始，环绕汽车一圈（见图4.15），并统计撞击处数，评价其幅度，确定损坏顺序。

图4.15

图4.16

③检查外部损伤和变形。从车辆的前部、后部和侧面观察车辆，并从侧面检查横向和垂直弯曲、扭曲、变形的线条，以及车身上的隆起和凹陷，如图4.16所示。同时，检查外板变形或其他与碰撞部位相关联的部位。

④仔细检查所有带铰链部件（如发动机盖、车门、行李箱盖或后背舱门）的装配间隙和配合状况是否正常（见图4.17），开启与关闭是否正常。通过这些检查除了可以判断覆盖件的变形情况，还可以判断安装这些覆盖件的结构件变形情况。比如：车门是通过铰链安装在车身门柱上的。通过开关门和观察门边缘与车身二者间的曲面是否吻合及装配情况，即可确定车门或支柱是否受到损伤（见图4.18）。

图4.17

图4.18

图4.19

⑤检查发动机支承及变速箱支座的变形，辅助系统与底盘以及线束与底盘间的接触情况。检查车身各部分的变形以及焊缝密封胶是否剥落。

⑥检查乘客室或行李箱内撞击力造成的间接零件损坏。检查转向柱、仪表板、内板、座椅、座椅安全带以及其他内饰件上因乘员或货物而导致的损坏。

⑦检查发动机机油、变速器油、制动液或散热器冷却液的泄漏情况。检查车身底部各部分的变形以及焊缝密封胶是否剥落，如图4.19所示。

⑧转向操作装置的检查

转向性能检查结果可以用于分析车身、转向和悬架装置的故障，为测量和鉴别行驶装置的性能提供帮助。

转向盘中心位置的检查，包括确定转向轮直行时是否在转向器分量的中心位置并由此判断机件是否正常。可按下述方法操作：

a.确定转向盘直行位置

将前轮架起使之离开地面，转动转向盘并计量从一端转到另一端的总转动圈数，然后再将转向盘移回到总圈数1/2的位置。

b.检查前轮是否处于直线行驶位置

观察转向前轮所处位置，并依此作出相应分析：

如果转向盘在中心位置，并且两前轮均指向正前方，且车轮能够随转向盘的转动而自由摆动，则说明整个转向系统基本无损坏。

如果转向盘居中而车轮有明显偏离，或其中某一车轮偏离直线行驶方向，则说明转向操作系统有一定程度的损坏。

如果转向盘处于中间位置，而两前轮却没有指向正前方，并且不能随转向盘的操作而转动时，则说明转向操作系统损坏严重。

⑨转向器性能的检查

压下汽车前部或后部，给悬架加载然后迅速释放，同时观察转向器、转向器柱以及联动机构的技术状况：

a.在转向盘居中位置做记号

按前述方法使转向盘居中，用一块胶带在转向盘边缘上端作出中间位置标记。

b.观察转向盘是否有运动

在车前部连续做加载、释放的振动、回跳试验，同时观察转向盘的位置是否发生明显的移动或转动变化。如果转向盘在连续几次振动、回跳试验过程中有明显变化，则说明转向器或联动机构可能损坏。对此，需进一步检查：

将转向盘放在极左和极右位置的中点，然后检查轮胎是否指向正前方，如果有一个没指向正前方则说明有损坏；从一个极限位置向另一个方向转动转向盘时，从车身前部观察，如果车身有轻微抬起和落下，则表明确有机械损坏。

⑩如果经初步诊断前轮转向装置工作正常，有条件时还应进行前轮定位检查，以确认碰撞是否对前轮定位参数产生了不良影响。

如果一些机械零部件检查完好的话还应进行功能检查。主要项目如下：启动发动机，检查是否有异常的振动噪音或接触噪音；操作离合器、制动器、驻车制动杆以及换挡杆，检查车辆功能是否正常；检查电气系统的功能，其中包括灯光和附件的开关功能。

主要尺寸的测量

检查评估汽车的损坏程度，用测量法检测是必不可少的手段之一，按维修手册给出的技术参数、测量车架、车身各指定部位点对点的距离，将测量结果与已知数据比较，可以查出损坏范围和方向，有助于对损伤程度进行分析。

完成所有检查后应认真完成损伤检查报告。

习　题

1.碰撞力在车身上是怎样传递的？

2.车架的损伤类型，并说明每种损伤类型的判断方法。

3.碰撞承载式与非承载式的影响有何异同？

4.怎样才能全面、准确、迅速地确定汽车所有碰撞损伤。