次时代马自达 3 昂克赛拉：轻量化与碰撞安全的完美结合

随着国家经济水平的提高，促进人与环境的和谐共存成为话题，社会舆论和国家法规对安全性越来越重视，碰撞安全成为重点话题，但油耗法规的要求也迫使主机厂必须减轻重量，而轻量化对被动安全性不利，如何以轻量化的结构实现良好的安全性是目前车企面临的关键问题。

全新一代马自达3 Axela在碰撞安全方面非常有诚意，在2020年IIHS中获得了TOP SAFETY PICK+的评分。

图2020年IIHS Top Safety+（共23款，5款马自达车型）

在欧洲和中国的碰撞成绩也非常出色，比如刚刚上市的马自达3在中保研和欧洲的碰撞成绩都十分亮眼。

E-NCAP 5星

CIASI 碰撞测试结果发布

马自达的安全性能为何这么高？这和马自达的设计理念和诚意密不可分。这里我们来介绍一下下一代马自达3昂克赛拉的被动安全技术。部分数据来自：马自达技术报告2019

首先，马自达将安全设计分为拓扑优化、框架设计、网络优化、单元优化结果分析四个步骤，与其他一些车厂不同，马自达往往进行系统级分析，综合车身框架、模拟人体、系统、内饰及乘员保护装置等进行CAE分析，从而对从车身变形到乘员受伤的过程做出定量预测。

图 马自达CAE设计流程图

此外，马自达在同级中对材料的使用并不吝啬，广泛采用了超高强度钢和高吸能结构白车身框架，内饰设计充分考虑了减少乘客受伤的因素，外饰部分也采用了行人保护结构，大大提升了被动安全性能，马自达称之为SKYACTIV-VEHICLE ARCHITECTURE技术。

新一代马自达3扭转刚度达到29000Nm/°，轻量化系数达到2.29，我也收集了一些白车身扭转刚度和轻量化系数的数据，欢迎白车身专业人士对行业水平进行点评。

1 超高强度钢的应用范围广泛

上一代马自达系列用料不俗，各部位碰撞性能均属顶级。新一代马自达3为第七代首款产品，安全性能进一步提升。UHSS级超高强度钢（980-1800MPa）使用率提升至30%，并全球首次采用1310MPa级冷冲压工艺超高强度钢，较上一代减重15.7%。

过去，由于加工后难以保证成形性和尺寸精度，冷冲压钢板的强度一直停留在1180MPa。马自达与日本新日铁、JFE钢铁公司合作，开发出全球首台1310MPa高强度钢冷冲压机。车身结构也运用在马自达3的左右侧架、铰链柱等部位。

在国产化过程中，马自达并没有因为该工艺技术在中国无法获得而妥协使用较低强度的钢材，而是通过南京研发中心的努力，引导本土供应商进行技术升级，首次在中国量产了1310MPa级冷冲压工艺超高强度钢，且没有进行任何规格的降低。

当然，受限于成本的限制，高强度钢的使用比例无法与豪华轿车相比，但通过马自达出色的结构设计，达到了与豪华轿车相当的性能指标。

马自达3是结构优化的典型（合理使用材料，达到良好的轻量化系数和静态扭转刚度）

2正面碰撞安全发展

2.1 与车身框架正面碰撞

新一代马自达3车身骨架如图所示，采用高效能吸能结构和高强度车架结构，为了应对各类碰撞，在上一代基础上进一步强化了多路传递结构。

图 多路径传递白车身结构

例如图中左右延伸的Bumper-Beam和Perimeter-Beam，主要是为了防止与其他车辆发生偏置碰撞，在Perimeter-member的左右两端分别做了延伸结构，以转移能量，降低与其他车型锐边的碰撞影响；另外，采用了吸能式前车架防撞结构，实现了高效的吸能结构。

图1 正面碰撞吸能结构

图 高性能吸能框架

图 1. 塌陷区和弯曲区各有其功能。

此外，通过强化前车架—铰链—立柱—侧梁、后围—铰链—立柱两条传递路径，调整螺栓固定及焊接点，优化结构，提升座舱强度。980MPa以上超高强钢占比由上一代9%提升至30%，A柱及铰链柱采用全球首创1310MPa冷冲超高强钢，强度可与侧梁等1180MPa高强钢媲美，多种钢材组合，在保证轻量化的同时，实现车身结构高强度化。

图1 正面碰撞座舱结构

2.2 正面碰撞中的乘员保护

（1）安全气囊

全新一代马自达3配备了驾驶员/乘客安全气囊、前排侧气囊、前/后排头部气囊以及膝部气囊，共计7个安全气囊，因此即便是最低配置也能提供足够的安全性。。

图片内容是:安全气囊布置图

（2）新型位移抑制安全带

新一代马自达3在前排也采用了全新的安全带结构，以往的安全带扣是固定在框架上的，当座椅进行前后调节时，位置会发生偏移，无法将腰部固定在最合适的角度，如图所示。马自达3将安全带扣设计在座椅导轨上，长度控制到最小，以便在发生碰撞时更早地保护乘员。驾驶席、副驾驶席、后排座椅均配备了高位安全带提醒装置，此外，所有座椅均配备了安全带提醒装置。

图 安全带扣

此外，作为马自达玄学的一部分，充分研究了人体结构，将脊柱前倾，将座椅的S曲线打造得贴合人体，使安全带能够更好地固定人体，提高碰撞时乘员的约束能力。

图 全新座椅结构 & S 型脊柱定位

3. 侧面碰撞性能开发

3.1 侧面碰撞下的车辆结构

侧面碰撞是所有厂商面临的难题，马自达通过多路径优化，将侧面碰撞各个方向的能量分散，实现车身结构与轻量化的共存，将空间塌陷抑制到最低限度。传统设计中，通过强化B柱、车顶、侧围来抑制空间塌陷，而全新马自达3的能量传递路径得到改善，将之前效果不佳的A柱、C柱重新利用，因此在保证结构强度的同时，实现了适当的轻量化。

图 1 侧面碰撞能量传递路径

图为车门板加强筋，是将能量从车门传递到车身的重要结构，连接方式由单面改进为双面，加强筋也采用超高强度钢，此外C柱下部也进行了加强处理，将能量从车门板加强筋传递到顶棚和侧围。

图1.前门及C柱结构

此外，在B柱、顶棚、侧板等容易发生变形的部位，其截面均设计成凹槽状，进行局部加固。

图 5. 截面凹槽设计

3.2 侧面碰撞乘员保护装置

新一代马自达3针对老年人进行了优化，为了保护容易骨折的肋骨，一方面优化了座椅压力，另一方面也优化了侧气囊，侧气囊被分成两部分，前部压力较低（较软）的缓冲，后部支撑较高（较硬），减轻了肋骨的负荷，让相对较硬的后背承受侧面撞击的压力，从而保护身体，如图所示。

图 1. 侧面安全气囊设计概念

4. 后部碰撞性能的发展

4.1 后部碰撞中的白车身结构

新一代马自达3采用了高效的吸能结构，即使后车在80公里/小时的车速下遭遇70%偏置碰撞，后车门依然可以打开。为了保证碰撞后的空间，后车门以车门开口为中心。车架采用连续式设计，并大规模使用超高强度钢，在重量与上一代保持相同的情况下，强度有所提升。

另外，为了保证较高的能量吸收效率，在碰撞过程中后车架由原来的弯曲变形变成了褶皱变形。

图1 后车架变形仿真图

为了实现皱褶变形，对后车架的长边、短边及壁厚进行分析，计算实现皱褶变形的条件，并设计局部加强槽或开口以卸载受力，优化连接处的焊接点。通过大量的CAE分析，实现了皱褶变形，充分发挥了车身变形的能量吸收效率，从而达到了传统水平的两倍以上。

图1 后车架吸能效果

4.2 低速碰撞中的颈部保护

为了更好地保护颈部，前排座椅靠背经过了优化，当发生追尾碰撞时，通过控制座椅靠背的倾斜量，抑制头枕的后移量，在提高头部保护的同时，避免座椅塌陷，减轻靠背回弹对后脑勺的冲击。

座椅靠背倾斜特性如图所示，前半部强力，后半部抑制回弹，通过增加座椅内部支架及滑块结构的刚性，控制座椅运动副的间隙，达到抑制倾斜与回弹的效果。

图1 座椅靠背位移曲线

5 行人保护性能发展

5.1 头部防护

基于日系车的特点，对行人保护往往考虑得比较充分。由于马自达3采用低发动机舱布局，缓冲空间较小，为了在发生碰撞时保护行人的头部，对发动机罩的加强筋进行了优化，也就是图中所示的加强筋结构，一方面保证正常行走时的刚性和减震性，另一方面在发生碰撞时可以吸收、缓解头部的冲击能量。

图 发动机罩加强筋布置优化

5.2 足部防护

为了减少碰撞对行人小腿造成的伤害，保险杠与防撞梁之间留有充足的吸能空间。如图所示，以膝盖为中心，如果大腿与小腿形成“弓形”，就会对膝盖造成伤害。前保险杠设计得柔软而富有韧性，可以减少碰撞时对行人的伤害。

行人保护概念图示

6 总结

通过马自达技术极客的追求，不仅实现了世界级的安全性，还成为白车身工程优化的典范。

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