汽車低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。汽車的前后保險(xiǎn)杠作為車體結(jié)構(gòu)的主要防護(hù)件，在發(fā)生低速碰撞時(shí)，可以吸收車體碰撞的能量，緩和碰撞對(duì)車身的沖擊，降低碰撞對(duì)車體結(jié)構(gòu)的損壞程度。因此，針對(duì)汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是汽車生產(chǎn)制造的研究重點(diǎn)。在汽車輕量化的大趨勢下，優(yōu)化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)，使用輕質(zhì)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(jīng)濟(jì)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(guān)鍵詞： 輕量化;保險(xiǎn)杠;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Key words： lightweight;bumper;structural design

中圖分類號(hào)：U472.43???????????????????????? ???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0001-02

0? 引言

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(zhàn)。城市道路交通擁堵，幾乎成了每一個(gè)城市的通病。由于，城市道路擁堵，城市交通事故發(fā)生率也逐年攀升。因?yàn)槌鞘械缆返奶厥饴窙r，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(shí)時(shí)所發(fā)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(fā)生低速碰撞時(shí)，汽車的前后保險(xiǎn)杠作為車體結(jié)構(gòu)的主要防護(hù)件，可以吸收車體碰撞的能量，緩和碰撞對(duì)車身的沖擊，降低碰撞對(duì)車體結(jié)構(gòu)的損壞程度。在發(fā)生輕微交通事故時(shí)，汽車保險(xiǎn)杠系統(tǒng)能吸收碰撞的撞擊能量，不需要修復(fù)即可自行恢復(fù)原狀，從而很好的提高了汽車維修的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的碰撞事故時(shí)，汽車保險(xiǎn)杠的橫梁結(jié)構(gòu)可以將碰撞沖擊力分散至整個(gè)車身，避免沖擊力集中而導(dǎo)致車體局部變形損壞嚴(yán)重，保障駕乘倉內(nèi)乘客擁有保證生存的足夠空間。

總之，汽車在發(fā)生低速碰撞時(shí)，保險(xiǎn)杠的防護(hù)作用十分重要，所以針對(duì)汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是汽車生產(chǎn)制造的研究重點(diǎn)。研究汽車的低速碰撞、對(duì)汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能有效提高汽車的碰撞防護(hù)，對(duì)降低維修成本和理賠費(fèi)用，延長車輛的使用壽命都有著重要的意義。

1? 現(xiàn)有汽車保險(xiǎn)杠用安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

低速碰撞的安全法規(guī)是各國市場的強(qiáng)制性法規(guī)要求，該碰撞法規(guī)要求汽車前端設(shè)置吸能裝置，保證轎車一旦發(fā)生碰撞時(shí)，不會(huì)損壞車身縱梁?，F(xiàn)有的汽車一般都設(shè)計(jì)有橫梁結(jié)構(gòu)，并且布置有吸能盒裝置。在車體發(fā)生碰撞時(shí)，橫梁結(jié)構(gòu)對(duì)車體防護(hù)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(xiǎn)杠的防護(hù)能力取決于防撞橫梁吸收能量的能力大小。但現(xiàn)有的保險(xiǎn)杠的承受能力偏低，不能夠承受過大的外力，從而導(dǎo)致保險(xiǎn)杠損壞。

2? 鋁合金在汽車輕量化中的運(yùn)用

汽車的輕量化對(duì)提高汽車的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性都有著十分重要的意義，也是汽車行業(yè)在我國落實(shí)“雙碳”目標(biāo)大背景下的發(fā)展方向。目前汽車輕量化的實(shí)現(xiàn)途徑主要有，運(yùn)用輕量化制造工藝技術(shù)、應(yīng)用輕質(zhì)材料、對(duì)汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)。鋁合金材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是汽車輕量化的理想材料，在汽車的生產(chǎn)制造中運(yùn)用越來越廣泛。

3? 低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

低速碰撞為改變現(xiàn)有保險(xiǎn)杠的承受能力偏低，不能夠承受過大的外力，在汽車發(fā)生低速碰撞時(shí)容易導(dǎo)致保險(xiǎn)杠損壞的現(xiàn)狀，并順應(yīng)當(dāng)前汽車輕量化設(shè)計(jì)的大趨勢。對(duì)汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期增加汽車保險(xiǎn)杠的碰撞承受能力，并通過輕質(zhì)材料的選用降低汽車的裝備質(zhì)量，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)上的強(qiáng)化，與質(zhì)量上的輕量化。

如低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)總圖1和2所示，新型的低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)構(gòu)成包含：1、防撞板;2、連接部;3、穩(wěn)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(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，安裝便捷，且全部采用輕質(zhì)鋁合金材料，有效的降低了保險(xiǎn)杠的質(zhì)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(shè)置有穩(wěn)定桿3，穩(wěn)定桿3的頂端安裝在防撞板1的內(nèi)側(cè)，穩(wěn)定桿3的底端安裝在橫梁4上，扇形結(jié)構(gòu)加穩(wěn)定桿的組合能夠有效的承受更大的壓力，減少在汽車發(fā)生低速碰撞時(shí)汽車保險(xiǎn)杠的損壞。且扇形防撞板為具有良好塑性的鋁合金板，在發(fā)生碰撞時(shí)可以吸收更多的碰撞能量，減少由于碰撞對(duì)車體其他部分的損壞。

在穩(wěn)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(cè)設(shè)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(shè)置受力彈簧，能有效緩沖汽車發(fā)生低速碰撞時(shí)的碰撞力，吸收碰撞能量，減少保險(xiǎn)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(xiǎn)杠的受力剛度，使得該新型的低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠柔中帶剛，從而提高汽車的低速耐撞性與維修的經(jīng)濟(jì)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(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中穩(wěn)定桿3與橫梁4之間的角度為30°，穩(wěn)定桿3將防撞板1和橫梁4連為一體，對(duì)防撞板1和橫梁4都起到很好的支撐作用。通過穩(wěn)定桿3能夠有效的防止橫梁4在受到外力時(shí)而斷裂，又可以有效減少發(fā)生碰撞時(shí)，防撞板1的形變量。防撞板1優(yōu)化設(shè)計(jì)為60°-75°的扇形，相較于傳統(tǒng)的直線結(jié)構(gòu)，扇形結(jié)構(gòu)能夠有效的承受更大的壓力，從而保證在汽車發(fā)生低速碰撞時(shí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性?？梢哉f該新型低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上從多方位盡最大程度的進(jìn)行了優(yōu)化，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)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(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中將第一受力桿8和第二受力桿9創(chuàng)新設(shè)計(jì)為伸縮結(jié)構(gòu)，第二受力桿9能在第一受力桿8內(nèi)運(yùn)動(dòng)，并通過受力彈簧5支撐第二受力桿9，伸縮結(jié)構(gòu)能夠有效的卸掉外部壓力。同時(shí)伸縮結(jié)構(gòu)與受力彈簧的組合使用，可以較好的滿足保險(xiǎn)杠剛度需要，也可以在發(fā)生碰撞時(shí)起到很好的卸力的作用，從而降低保險(xiǎn)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(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中第一受力桿8和第二受力桿9為鋁合金材質(zhì)，鋁合金材質(zhì)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(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)，不僅能從結(jié)構(gòu)上降低在汽車發(fā)生碰撞時(shí)保險(xiǎn)杠的損壞幾率和損壞程度，還能在材料上進(jìn)一步保障。

在該新型低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的工作原理及使用流程：在汽車發(fā)生碰撞，致使保險(xiǎn)杠受到外力時(shí)，防撞板1和穩(wěn)定桿3能夠支撐起橫梁不會(huì)因?yàn)橥獠康膲毫Χ鴶嗔?，同時(shí)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(shí)也會(huì)隨著受收到的壓力方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，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(zhì)能夠更好的將收到的壓力進(jìn)行吸收和卸掉。

綜合上述，該新型低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠在結(jié)構(gòu)上同時(shí)充分考慮了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)韌性，多舉措保證保險(xiǎn)杠在汽車發(fā)生低速碰撞時(shí)，既能起到良好的防護(hù)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(xiǎn)杠系統(tǒng)的良好塑性。從結(jié)構(gòu)和材料兩方面優(yōu)化現(xiàn)有保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，全面提升保險(xiǎn)杠的低速碰撞性能，降低車輛因低速碰撞所導(dǎo)致的維修成本。

4? 結(jié)語

通過汽車低速碰撞輕量化保險(xiǎn)杠安裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在原有汽車保險(xiǎn)杠的基礎(chǔ)上改進(jìn)了橫梁的結(jié)構(gòu)，并通過防撞板與穩(wěn)定桿來增加橫梁的穩(wěn)固程度，同時(shí)又設(shè)置第一受力桿、第二受力桿和受力彈簧，來增加保險(xiǎn)杠的承受能力，解決了現(xiàn)有的保險(xiǎn)杠的承受能力偏低，不能夠承受過大的外力，而導(dǎo)致保險(xiǎn)杠損壞的問題。同時(shí)采用輕質(zhì)鋁合金材料有效的降低了保險(xiǎn)杠的重量，有力地配合了整車的輕量化。

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