汽車碰撞事故一般有正面碰撞、側(cè)面碰撞、追尾、翻車這幾種類型，而有近一半的碰撞事故是由各類正面碰撞造成的，正面碰撞事故成為大約55％的交通事故死亡人數(shù)的主因，比其他類型的碰撞更容易造成更嚴重的傷亡后果。

　　近年來，世界各國針對汽車的防撞安全問題發(fā)布了相關的法規(guī)，并形成了有*性的安全標準體系。例如美國的FMVSS、IIHS、US-NCAP，歐盟的ECE、E-NCAP等安全法規(guī)體系已被各大汽車公司作為研發(fā)時的重要參考標準，其中，針對汽車正面低速碰撞的評價體系主要包括FMVSS581、ECER42、IIHS。我國也頒布了《乘用車正面碰撞的乘員保護》（GB11551-2003）等強制標準，將汽車被動安全提高到一個更加重要的位置。

　　防撞梁和吸能盒工作原理

　　防撞梁是汽車發(fā)生正面碰撞時首先接觸碰撞物體的車身部件，其能起到抵抗沖擊、吸收一部分撞擊能量，并將撞擊力傳遞到后側(cè)的吸能盒及前縱梁的作用。吸能盒是碰撞發(fā)生時保險杠系統(tǒng)吸收能量的主要部件，通過焊接或螺栓等其他連接方式與汽車的防撞梁及前縱梁前后相連，其利用撞擊力作用下金屬的塑性變形產(chǎn)生壓潰，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為變形能，吸收掉一部分汽車碰撞時的動能。與自由防撞梁而無吸能盒結構的一體式保險杠相比，防撞梁與吸能盒組合式的系統(tǒng)結構在防撞性能上更為可靠。但是，傳統(tǒng)的防撞梁和吸能盒一般由鋼、鋁等金屬材料制成，這在一定程度上限制了車輛的輕量化水平。

　　碳纖維復合材料的輕量化與高能量吸收率

　　碳纖維材料的密度僅為1.6g/cm3，強度卻能達到2000MPa以上，相對于高性能鋼，可減重60％以上，相對于鋁合金，也能減重40%左右，將其應用于汽車部件中，輕量化效果明顯。無錫威盛新材料科技有限公司為國內(nèi)某汽車品牌生產(chǎn)的一款碳纖維復合材料低速吸能盒，整個盒體凈重僅為463克。根據(jù)該公司碳纖維輕量化部件開發(fā)部負責人戚工提供的資料，使用碳纖維材料制作汽車吸能盒，不僅使構件質(zhì)量比原金屬材料降低60％-80％，還能使彈性變形成為低速碰撞下的主要變形形式，增加能量吸收率。

　　有關碳纖維性能報告中的一組數(shù)據(jù)表明：除了高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐高溫、整體成型性強以及性能可設計性等優(yōu)良特性外，碳纖維復合材料面沖擊時的能量吸收率非常高，甚至比鋼、鋁等材料要高出4倍以上，因此非常適合用于汽車容易發(fā)生撞擊的部位，如正面的防撞梁以及吸能盒。

　　防撞梁與吸能盒的結構形式

　　在利用碳纖維復合材料制作防撞梁和吸能盒時，必需要注意防撞梁和吸能盒的結構設計也會直接影響其吸能效果，理想情況下，防撞梁在低速碰撞中不發(fā)生或僅發(fā)生很小的結構破壞，并能恢復原狀，可以使得維修成本較低；在中高速碰撞中不但能傳遞較大的撞擊力，也能通過自身的結構破壞吸收一部分能量，進一步保證車內(nèi)人員的安全。因此，從結構上說，雙層防撞梁結構綜合性能更好。常見的吸能盒截面形式有方形、六邊形、圓形等，其中，方形截面的吸能盒結構簡單，易于制造及安裝，被廣泛應用于轎車類的吸能盒設計中。為了使吸能盒在軸向力壓縮作用下發(fā)生盡可能多的塑性變形，增加吸能值，在使用碳纖維復合材料制作吸能盒時，一種有效的辦法是增加其軸向的材料面積，軸向面積與吸能盒的荷載、潰壓緊密相關。

　　碳纖維復合材料鋪層形式影響耐撞性能

　　碳纖維復合材料的高強度特性使其抵抗和傳遞撞擊載荷的能力很強，并且作為一種各向異性材料，不同的鋪層形式對碳纖維材料的性能有著顯著的影響，因此，可以通過對其鋪層的設計實現(xiàn)耐撞性的進一步提高。

　　在確定整體結構的情況下，可通過研究和實驗比較獲得耐撞性能*的鋪層形式。通常情況下，碳纖維材料中的0°鋪層用于承受軸向載荷，±45°鋪層承受剪切載荷，90°鋪層承受橫向載荷及控制層合板的泊松比。防撞梁和吸能盒在遇到碰撞時，受力情況比較復雜，既承受軸向載荷和橫向載荷，也承受剪切載荷。因此，在鋪層設計中應充分考慮各種鋪層所占比例及布置位置對其耐撞性能的影響，既要保證保險杠的吸能值，又不能使加速度值過大。

　　總之，結構形式的設計和碳纖維復合材料的鋪層設計是影響和決定碳纖維復合材料防撞梁和吸能盒防撞性能的主要因素。但是，在汽車的輕量化應用中，如何發(fā)揮出碳纖維材料的性能優(yōu)勢，增加汽車的安全性配置，仍需要更多的有限元分析以及優(yōu)化研究。