汽車保險杠整體化、輕量化和行人安全設計

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汽車保險杠整體化、輕量化和行人安全設計

提出了一種新的汽車保險杠系統，與傳統保險杠系統相比，該系統最大的優勢是質量的減輕。同時，由于采用集成設計的方法，因此裝配成本也降低了。將傳統金屬保險杠橫梁材料改為塑性材料，改善了行人碰撞性能。新保險杠系統的制造采用注塑成型技術，不再需要單獨的焊接工藝和其它輔助操作。

新保險杠系統也被稱為整體熱塑性保險杠系統，其主要由3部分組成：吸能器、保險杠橫梁和塌陷盒。將兩個塌陷盒安裝在導軌上，并與剛性梁連接；1個行人碰撞吸能器安裝在保險杠橫梁前部。因此，可以將該整體熱塑性保險杠系統的設計劃分為3個獨立的領域：剛性熱塑性橫梁的設計、行人碰撞吸能器的設計和塌陷盒的設計。剛性熱塑性橫梁的設計采用拓撲優化設計方法，對其設計的優化目標是在滿足性能要求的前提下，使用聚碳酸酯/聚對苯二甲酸丁二酯共混塑料（PC/ PBT）取代傳統的金屬材料，以盡可能減輕質量。行人碰撞吸能器的設計采用吸能式設計，可以利用吸能器自身的彈性形變，吸收碰撞能量，保護行人。塌陷盒的設計是為了在汽車發生低速碰撞時，塌陷盒能依靠自身的塑性形變吸收大部分碰撞能量，避免散熱器、發動機等昂貴部件的損壞。

利用有限元分析軟件LSDYNA對新保險杠系統進行模擬驗證。模擬試驗包括行人小腿碰撞試驗、ECE-42協議要求下的中心擺錘撞擊試驗和汽車修理研究協會（RCAR）要求下的碰撞試驗。有限元分析結果顯示，在滿足上述試驗的同時，保險杠系統質量從傳統的4kg降至2.5kg。

Dinesh Munjurulimana et al. SAE 2015-26-0168.

編譯：李臣