基于維修經濟性的前防撞梁設計

摘 要：本文以低速正面bumper to bumper test 為例，分析保險桿試驗的壁障要求、尺寸、安裝高度，結合試驗驗證，說明在前期架構設計階段，防撞梁有效高度及安裝高度的重要性，通過試驗對比結果表明：防撞梁的有效高度及安裝高度，決定在bumper to bumper test試驗后維修經濟性的高低，防撞梁的設計可以有效降低損壞件的數量，減少維修費用，在現實生活中有實際意義。

關鍵詞：保險桿 低速碰撞 維修經濟性

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，汽車走進千家萬戶，特別是近十多年，汽車工業飛速發展，連續十多年蟬聯全球汽車產銷量第一。2023年，全球乘用車銷量總計7245.72萬輛，中國市場乘用車銷量2232.01萬輛，所占份額為30.8%，截止到2023年，我國機動車保有量達4.35億輛，其中汽車3.36億輛，乘用車保有量2.438億。隨著中國經濟社會持續快速發展，機動車保有量繼續保持增長態勢，車輛的增加也帶來一系列的問題，比如交通、能源、環境污染、停車空間等。我國人口較多，道路資源有限，交通擁堵成為普遍現象，為此發生追尾等低速碰撞的事故越來越多，低速碰撞后的車輛維修費用也是不菲的支出。

2017年，在中國保協行業協會的指導下，中國汽車工程研究院與中保研汽車技術研究院，在充分研究并借鑒國際先進經驗的基礎上，結合中國汽車保險與車輛安全技術現狀，形成中國保險汽車安全指數（簡稱C-IASI）測試評價體系。此評價體系促使車企在車輛設計階段考慮低速碰撞后的維修成本，將大大提高后續的維修經濟性和方便性。

針對此問題，本文以正面低速bumper to bumper test為例，根據試驗驗證來說明防撞梁的有效高度及安裝高度的重要性。

1 Bumper to bumper test壁障參數

壁障采用國際通用壁障，如圖1所示：

保險杠壁障中心圓弧半徑3400mm±

25mm，寬1500mm±25m，帶有一個平板，垂直面高100mm±2mm，除開輪緣部分，壁障中心至少有230mm深，能夠安裝在堅硬的不可移動的固定壁障上且高度可調。

保險杠壁障頂部安裝一個剛性支撐架，高200mm±2mm，厚度至少有8mm，圓弧半徑和寬度與壁障一樣。支撐架安裝在壁障頂部平板垂直向后25mm±1mm處（中心線處測量）。支撐架與壁障上表面有最大10mm的間隙，以便能量吸收器頂蓋的滑移。

保險杠壁障的能量吸收裝置由能量吸收器和獨立的頂蓋構成， 能量吸收器與保險杠表面等長，厚50mm，沿3400mm的半徑弧彎曲，以便安裝在壁障表面。能量吸收器應能無間隙地固定在碰撞壁障上。

正面碰撞壁障最低面離地高度為455mm±

3mm，車輛以（10.0±0.5）km/h的撞擊速度駛向壁障，撞擊過程中車輛中心線應與壁障中心線重合，最大允許橫向偏差±50 mm，當車輛接觸到碰撞壁障時刻車輛的車身高度應與撞擊前車輛靜態下測量的車身高度保持接近，兩高度差應≤10mm，如圖2所示。

正面碰撞時壁障各部位的高度如下圖3所示。

2 防撞梁參數的測量

2.1 有效高度測量

測量防撞梁的有效高度時，拆除所有可拆組件（如吸能材料等），防撞橫梁有效高度通過一個接觸其側面的垂直平面來測定，如圖4所示。

2.2 測量位置

如圖5所示，防撞梁在如下3個位置進行測量：車輛中心點（C）、左（L）右（R）側（縱梁）的前部中心點。這3個測量點均在±50mm的范圍內進行測量，取該范圍內的最小值。

2.3 有效高度計算

防撞橫梁有效高度=左邊測量值×0.25+右邊測量值×0.25+中間測量值×0.5。

2.4 有效結合尺寸測量

在進行有效結合尺寸測量前，首先確認車輛參考高度。有效結合尺寸取決于防撞橫梁有效高度和保險杠壁障間的重疊率，如圖6所示。有效結合尺寸測量位置和計算方法同防撞梁有效高度。

2.5 防撞橫梁有效寬度測量

防撞橫梁有效寬度測量如圖7所示。當車輛防撞橫梁的末端高度小于其有效高度時，兩端的寬度將不被計算在防撞橫梁的有效寬度尺寸內，如圖7（c）所示。

防撞橫梁有效寬度及車體寬度如圖8所示。

防撞橫梁有效寬度比率=100×（防撞梁有效寬度/整車寬度）

3 防撞梁的設計要求

正面Bumper to bumper test 時，試驗質量為整車整備質量加一個主駕位置75kg的假人重量，在此狀態的整車，如果前防撞梁的橫向中心線和壁障的橫向中心線重合，則防撞梁和壁障的有效結合高度達到最大。

在實際設計時，受車輛布置、整車高度等因素的影響，很難滿足前防撞梁的橫向中心線和壁障的橫向中心線重合。

在前期架構階段，防撞梁的有效高度和安裝高度必須定義好，一般要求防撞梁的有效高度不小于100mm，在整車整備質量加一個75kg的假人重量的整車姿態時，安裝高度要確保和壁障的有效結合高度不小于75mm。

3.1 試驗驗證一

以某款車的實際試驗情況說明防撞梁和壁障有效結合高度的重要性。

同一款車，通過調整壁障高度，改變防撞梁和壁障的有效結合高度，具體信息如下表1。

第一次試驗的能量大于第二次試驗能量，由于防撞梁和壁障的結合高度較大，試驗后損壞件明顯少。第一次試驗和第二次試驗后的車況分別如圖9和10所示。

試驗后損壞件列表2如下。

通過對比損壞件清單，可以看出防撞梁和壁障的有效結合高度直接關系到碰撞后損壞件的多少。維修或更換這些件的費用差距較大，直接關系到消費者的利益。

3.2 試驗驗證二

以某款車的實際試驗情況說明防撞梁有效高度的重要性。

同一款車，采用兩個版本的前防撞梁，兩款防撞梁的有效高度不同。具體信息如下表3。

兩次試驗后的狀態見圖11和12。

兩次試驗防撞梁變形量對比如表4和5。

從防撞梁變形量可以看出，窄版防撞梁X向最大變形量，通過試驗前后三坐標打點確認的為146.47mm，實際最大變形量大于146.47mm，且前防撞梁彎曲變形撞擊到散熱器；寬版防撞梁X向最大變形量僅61.9mm，遠低于窄版防撞梁X向變形，且試驗后散熱器沒有被撞擊。從維修經濟性方面，寬版防撞梁碰撞試驗后維修費用較低。從車輛的實際使用來說，城市工況發生低速追尾的小事故非常多，僅從外觀觀察，10km/h的速度可能無明顯擦傷，內部防撞梁的變形情況也不能從外部觀察到，如果防撞梁的剛度較低，極易發生“內傷”，一般用戶是看不出的。

4 結論

本文通過兩組對比試驗，得到前防撞梁設計的關注點：防撞梁的有效高度和防撞梁的安裝高度。在低速測試中，防撞梁的有效高度和防撞梁與壁障的有效結合高度直接關系到車輛維修經濟性，通過此分析，為其他車型的開發提供直接的依據。

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