汽車低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計

楊慶

摘要： 汽車的低速碰撞性能是考量汽車安全性和維修經濟性的重要指標。汽車的前后保險杠作為車體結構的主要防護件，在發生低速碰撞時，可以吸收車體碰撞的能量，緩和碰撞對車身的沖擊，降低碰撞對車體結構的損壞程度。因此，針對汽車保險杠結構的優化設計一直是汽車生產制造的研究重點。在汽車輕量化的大趨勢下，優化保險杠安裝結構設計的同時，使用輕質制造材料，不僅可以提高汽車的低速碰撞的安全性，還可以提高車輛的燃油經濟性。

Abstract： Low speed collision performance is an important index to consider vehicle safety and maintenance economy. As the main protective parts of the car body structure， the front and rear bumpers can absorb the energy of the car body collision， mitigate the impact of the collision on the car body and reduce the damage to the car body structure. Therefore， the optimization design of automobile bumper structure has always been the research focus of automobile production and manufacturing. Under the general trend of vehicle lightweight， optimizing the design of bumper mounting structure and using lightweight manufacturing materials can not only improve the safety of vehicle low-speed collision， but also improve the fuel economy of vehicle.

關鍵詞： 輕量化;保險杠;結構設計

Key words： lightweight;bumper;structural design

中圖分類號：U472.43???????????????????????? ???????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0001-02

0? 引言

隨著我國社會經濟狀況的不斷提高，居民的汽車保有量也逐年遞增。汽車保有量的猛增給城市交通帶來了不小的挑戰。城市道路交通擁堵，幾乎成了每一個城市的通病。由于，城市道路擁堵，城市交通事故發生率也逐年攀升。因為城市道路的特殊路況，車輛走走停停，轎車低速碰撞事故占了城市交通事故的絕大部分。

在車速低于15公里每小時時所發生的車體碰撞稱為低速碰撞。這種碰撞事故也是交通事故中最為常見的碰撞事故。在車輛發生低速碰撞時，汽車的前后保險杠作為車體結構的主要防護件，可以吸收車體碰撞的能量，緩和碰撞對車身的沖擊，降低碰撞對車體結構的損壞程度。在發生輕微交通事故時，汽車保險杠系統能吸收碰撞的撞擊能量，不需要修復即可自行恢復原狀，從而很好的提高了汽車維修的經濟性。當發生嚴重的碰撞事故時，汽車保險杠的橫梁結構可以將碰撞沖擊力分散至整個車身，避免沖擊力集中而導致車體局部變形損壞嚴重，保障駕乘倉內乘客擁有保證生存的足夠空間。

總之，汽車在發生低速碰撞時，保險杠的防護作用十分重要，所以針對汽車保險杠的結構優化設計一直是汽車生產制造的研究重點。研究汽車的低速碰撞、對汽車保險杠的結構進行優化設計，能有效提高汽車的碰撞防護，對降低維修成本和理賠費用，延長車輛的使用壽命都有著重要的意義。

1? 現有汽車保險杠用安裝結構設計現狀

低速碰撞的安全法規是各國市場的強制性法規要求，該碰撞法規要求汽車前端設置吸能裝置，保證轎車一旦發生碰撞時，不會損壞車身縱梁。現有的汽車一般都設計有橫梁結構，并且布置有吸能盒裝置。在車體發生碰撞時，橫梁結構對車體防護起著決定性的作用，能使碰撞能量分散分布，降低碰撞所致的車體損壞程度。因此，保險杠的防護能力取決于防撞橫梁吸收能量的能力大小。但現有的保險杠的承受能力偏低，不能夠承受過大的外力，從而導致保險杠損壞。

2? 鋁合金在汽車輕量化中的運用

汽車的輕量化對提高汽車的動力性和燃油經濟性都有著十分重要的意義，也是汽車行業在我國落實“雙碳”目標大背景下的發展方向。目前汽車輕量化的實現途徑主要有，運用輕量化制造工藝技術、應用輕質材料、對汽車結構進行輕量化優化設計。鋁合金材料具有質量輕、強度高、耐腐蝕性強等優點，是汽車輕量化的理想材料，在汽車的生產制造中運用越來越廣泛。

3? 低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計

低速碰撞為改變現有保險杠的承受能力偏低，不能夠承受過大的外力，在汽車發生低速碰撞時容易導致保險杠損壞的現狀，并順應當前汽車輕量化設計的大趨勢。對汽車保險杠結構進行優化設計，以期增加汽車保險杠的碰撞承受能力，并通過輕質材料的選用降低汽車的裝備質量，從而同時實現保險杠結構上的強化，與質量上的輕量化。

如低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計總圖1和2所示，新型的低速碰撞輕量化保險杠安裝結構構成包含：1、防撞板;2、連接部;3、穩定桿;4、橫梁;5、受力彈簧;6、安裝板;7、縱梁;8、第一受力桿;9、第二受力桿;10、固定螺釘。該低速碰撞輕量化保險杠安裝結構簡單，設計合理，安裝便捷，且全部采用輕質鋁合金材料，有效的降低了保險杠的質量。

其中防撞板1為扇形鋁合金板，其兩端安裝有連接部2，連接部2之間安裝有橫梁4，在防撞板1和橫梁4之間設置有穩定桿3，穩定桿3的頂端安裝在防撞板1的內側，穩定桿3的底端安裝在橫梁4上，扇形結構加穩定桿的組合能夠有效的承受更大的壓力，減少在汽車發生低速碰撞時汽車保險杠的損壞。且扇形防撞板為具有良好塑性的鋁合金板，在發生碰撞時可以吸收更多的碰撞能量，減少由于碰撞對車體其他部分的損壞。

在穩定桿3的背面安裝有第一受力桿8，第一受力桿8上安裝有第二受力桿9，第二受力桿9的頂端安裝有安裝板6，安裝板6通過固定螺釘10固定安裝在縱梁7上，在第一受力桿8的外側設置有受力彈簧5，受力彈簧5的兩端分別安裝在連接部2和安裝板6上。在受力桿處設置受力彈簧，能有效緩沖汽車發生低速碰撞時的碰撞力，吸收碰撞能量，減少保險杠的形變與損壞。第一受力桿和第二受力桿又能很好的保證保險杠的受力剛度，使得該新型的低速碰撞輕量化保險杠柔中帶剛，從而提高汽車的低速耐撞性與維修的經濟性。

具體的，如圖1和圖2所示，在該新型低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計中穩定桿3與橫梁4之間的角度為30°，穩定桿3將防撞板1和橫梁4連為一體，對防撞板1和橫梁4都起到很好的支撐作用。通過穩定桿3能夠有效的防止橫梁4在受到外力時而斷裂，又可以有效減少發生碰撞時，防撞板1的形變量。防撞板1優化設計為60°-75°的扇形，相較于傳統的直線結構，扇形結構能夠有效的承受更大的壓力，從而保證在汽車發生低速碰撞時結構的穩定性。可以說該新型低速碰撞輕量化保險杠安裝結構，在結構設計上從多方位盡最大程度的進行了優化，以保證結構的穩定性。

具體的，如圖1和圖2所示，在該新型低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計中將第一受力桿8和第二受力桿9創新設計為伸縮結構，第二受力桿9能在第一受力桿8內運動，并通過受力彈簧5支撐第二受力桿9，伸縮結構能夠有效的卸掉外部壓力。同時伸縮結構與受力彈簧的組合使用，可以較好的滿足保險杠剛度需要，也可以在發生碰撞時起到很好的卸力的作用，從而降低保險杠的損壞幾率和損壞程度。

具體的，如圖1、圖2及圖3所示，在該新型低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計中第一受力桿8和第二受力桿9為鋁合金材質，鋁合金材質能夠具有良好的吸能效果。所以該新型低速碰撞輕量化保險杠安裝結構，不僅能從結構上降低在汽車發生碰撞時保險杠的損壞幾率和損壞程度，還能在材料上進一步保障。

在該新型低速碰撞輕量化保險杠安裝結構優化設計中的工作原理及使用流程：在汽車發生碰撞，致使保險杠受到外力時，防撞板1和穩定桿3能夠支撐起橫梁不會因為外部的壓力而斷裂，同時將所受到的力往兩邊的連接部2卸去，第一受力桿8和第二受力桿9通過受力彈簧5在受到外力的同時也會隨著受收到的壓力方向進行運動，并將所受到的壓力卸掉，而第一受力桿8和第二受力桿9的鋁合金材質能夠更好的將收到的壓力進行吸收和卸掉。

綜合上述，該新型低速碰撞輕量化保險杠在結構上同時充分考慮了結構的穩定性和系統韌性，多舉措保證保險杠在汽車發生低速碰撞時，既能起到良好的防護作用，又可以減少自身及車體其他部位的損壞程度。另外，還從材料的選擇上綜合考慮了汽車的輕量化與保險杠系統的良好塑性。從結構和材料兩方面優化現有保險杠系統的設計，全面提升保險杠的低速碰撞性能，降低車輛因低速碰撞所導致的維修成本。

4? 結語

通過汽車低速碰撞輕量化保險杠安裝結構的優化設計，在原有汽車保險杠的基礎上改進了橫梁的結構，并通過防撞板與穩定桿來增加橫梁的穩固程度，同時又設置第一受力桿、第二受力桿和受力彈簧，來增加保險杠的承受能力，解決了現有的保險杠的承受能力偏低，不能夠承受過大的外力，而導致保險杠損壞的問題。同時采用輕質鋁合金材料有效的降低了保險杠的重量，有力地配合了整車的輕量化。

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