汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計(jì)要求的研究

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1、汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計(jì)要求的研究 汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計(jì)要求的研究 摘 要：平安、節(jié)能、環(huán)保，已經(jīng)成為汽車工業(yè)開展的三大主題。汽車保險(xiǎn)杠位于汽車前部，是前部碰撞事故中首先接觸的部位，在人車碰撞時(shí)低對(duì)行人的傷害和車車碰撞中減小對(duì)車輛的損壞方面起著重要作用。因此，對(duì)汽車前保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行研究，具有重要的意義。 關(guān)鍵詞：保險(xiǎn)杠；吸能型；氣腔式 1.引言 汽車碰撞過程中發(fā)生最多的是汽車前部的碰撞，汽車保險(xiǎn)杠系統(tǒng)在汽車低速碰撞中起著至關(guān)重要的作用。本文分析了目前國(guó)內(nèi)外汽車保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)形式和主要類型，同時(shí)簡(jiǎn)單分析了汽車前保

2、險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)要求。 2.保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 轎車前保險(xiǎn)杠系統(tǒng)一般由保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁、吸能盒、托架、內(nèi)襯等組成【1】，有的還在保險(xiǎn)杠加強(qiáng)橫梁與保險(xiǎn)杠的外殼之間裝有塑性材料，當(dāng)車輛與行人發(fā)生碰撞時(shí)，泡沫材料可以對(duì)行人腿部有緩沖作用，可以改善碰撞過程對(duì)行人小腿的損傷，同時(shí)為保險(xiǎn)杠外殼提供支撐，防止外殼在輕微受壓時(shí)斷裂或變形。常見的保險(xiǎn)杠有以下幾種。 2.1 普通保險(xiǎn)杠 普通保險(xiǎn)杠由防撞橫杠、橫杠加強(qiáng)件、支架、樹脂類填料等組成， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，得到廣泛應(yīng)用。它在保險(xiǎn)杠 U 形橫梁和加強(qiáng)件之間填充樹脂等復(fù)合材料、蜂窩狀材料或氨基甲酸乙酯泡沫等，利用樹脂塊或泡沫的變形吸收碰撞時(shí)的能

3、量。 2.2 液壓吸能型保險(xiǎn)杠 液壓吸能型保險(xiǎn)杠的結(jié)構(gòu)見圖，保險(xiǎn)杠橫梁內(nèi)側(cè)的加強(qiáng)件通過橡膠墊和液壓緩沖減振器里面的活塞桿相連，活塞桿是空心結(jié)構(gòu)，里面有浮動(dòng)活塞，活塞將活塞桿里面的空腔隔成左右兩個(gè)腔，右腔里充滿液壓油，左腔里充滿氮?dú)?，活塞桿的外圓柱面和緩沖液壓缸的內(nèi)圓柱面之間滑動(dòng)配合，緩沖液壓缸內(nèi)的液壓油和活塞桿的右腔相通。緩沖液壓缸固定在車身加強(qiáng)件或車架上。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，保險(xiǎn)杠將受到的沖擊載荷傳到活塞桿，活塞桿向右側(cè)移動(dòng)，液壓油被擠壓通過節(jié)流孔向活塞桿的右腔流動(dòng)，液壓油推動(dòng)活塞桿中的浮動(dòng)活塞向左側(cè)移動(dòng)，活塞桿左腔內(nèi)的氮?dú)獗粔嚎s，利用液壓油流過節(jié)流孔時(shí)的黏性阻力來吸收碰撞

4、能量，吸能的效率可高達(dá) 80%。這種油氣彈簧式緩沖減振器有效利用了液體節(jié)流減振、氣體緩沖的工作方式，工作特性穩(wěn)定。碰撞后靠氮?dú)馀蛎洰a(chǎn)生復(fù)原力使保險(xiǎn)杠恢復(fù)原位。這種保險(xiǎn)杠造價(jià)較高，常使用于高檔轎車上【2】。 圖 2.2 液壓吸能型保險(xiǎn)杠 2.3 帶氣腔式保險(xiǎn)杠 氣腔式保險(xiǎn)杠使用氣腔作為內(nèi)襯，安裝在外蓋板和橫梁之間。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，氣腔被壓縮，影響氣腔外包裹部件的變形，從而提高保險(xiǎn)杠吸能效果。有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)說明，合理設(shè)計(jì)氣腔個(gè)數(shù)和氣壓并保證包裹氣腔部件的強(qiáng)度，與普通式保險(xiǎn)杠相比，帶氣腔式保險(xiǎn)杠能使 15 km/h 的工況下 40%偏置碰的減速度減小 20%～50%。 2.

5、4 平安氣囊式保險(xiǎn)杠【3】 國(guó)外研制了一種帶平安氣囊的汽車保險(xiǎn)杠，這種帶平安氣囊的汽車保險(xiǎn)杠裝置主要通過傳感器、氣泵、氣囊等主要部件構(gòu)成，并集成后安裝在汽車前保險(xiǎn)杠內(nèi)。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，在行人同汽車保險(xiǎn)杠接觸的瞬間，傳感器檢測(cè)到信號(hào)后發(fā)出指令，汽車保險(xiǎn)杠的內(nèi)藏板迅速放下，以便防止行人被撞倒后進(jìn)入車底造成更大傷害。同時(shí)，汽車保險(xiǎn)杠上的傳感器發(fā)出信號(hào)觸發(fā)點(diǎn)火回路，點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生器內(nèi)的固體燃料，燃料迅速燃燒，釋放出大量的氮?dú)?，氮?dú)庠谳^大的氣壓作用下迅速充入氣囊，便氣囊向前快速翻開，使被撞的行人與氣囊進(jìn)行軟接觸，起到保護(hù)行人的作用。位于汽車保險(xiǎn)杠兩側(cè)的翼狀氣囊充氣后也同時(shí)向兩側(cè)舉升，這樣可以防止行人

6、被碰撞后滾落到公路上造成二次撞擊，同時(shí)發(fā)出信號(hào)控制汽車來實(shí)施應(yīng)急制動(dòng)，以降低車速。 3.保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)要求 一般將汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙的潰縮區(qū)域分為三級(jí)：依次是變形區(qū)、相容區(qū)、自身保護(hù)區(qū)。前保險(xiǎn)杠位于變形區(qū)，是汽車車身結(jié)構(gòu)的重要組成局部，作為重要的被動(dòng)平安裝置之一，在汽車上得到普遍的應(yīng)用，在行人保護(hù)和低速碰撞等方面有著舉足輕重的作用. 保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)要求有： 當(dāng)車輛與行人發(fā)生碰撞事故時(shí)，最大限度的減輕對(duì)行人的傷害； 當(dāng)汽車發(fā)生輕微的碰撞接觸時(shí)，保險(xiǎn)杠能吸收撞擊的能量，并能自動(dòng)恢復(fù)原狀； 當(dāng)車輛和障礙物或其他車輛發(fā)生低速碰撞時(shí)，保護(hù)冷卻系統(tǒng)、燈具照明系統(tǒng)、翼子

7、板等部件，確保汽車的前縱梁不會(huì)發(fā)生變形，降低車輛的修復(fù)本錢； 保險(xiǎn)杠前防撞橫梁的作用是將碰撞中產(chǎn)生的能量盡可能均勻地傳遞到車身結(jié)構(gòu)的吸能元件，偏置碰撞中能將碰撞力傳遞到保險(xiǎn)杠的另一側(cè)，使碰撞能量最大限度的被吸能元件吸收，同時(shí)將碰撞力均勻地分散到車身前縱梁骨架上【4】，并確保前縱梁壓潰后內(nèi)侵量不能過大。 前保險(xiǎn)杠橫梁是車輛約束系統(tǒng)的控制單元最先感知車輛碰撞減速度的部件，橫梁的強(qiáng)度對(duì) ECU 判斷平安氣囊點(diǎn)火時(shí)刻具有重要的意義。 此外，保險(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)要求質(zhì)量輕；裝飾和美化車身；總體結(jié)構(gòu)外形滿足整車空氣動(dòng)力學(xué)要求，以減小空氣阻力，降低油耗；便于拆裝更換，維修簡(jiǎn)便；制造工藝簡(jiǎn)單，

8、本錢低等。 4.結(jié)束語 本文簡(jiǎn)單的分析了幾種汽車前保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及保險(xiǎn)杠的一些設(shè)計(jì)要求，從中我們可以看出不同保險(xiǎn)杠的優(yōu)勢(shì)所在，通過這些分析、比照，希望能夠?qū)σ院笃嚤ｋU(xiǎn)杠的設(shè)計(jì)人員有一定的幫助。 參考文獻(xiàn)： 【1】Sandeep Kulkarni，Efficient and Cost Effective Energy Absorbers for Automotive Bumper： A Novel Energy Absorber[J]，SAE，2021-26-009 【2】屈求真.轎車保險(xiǎn)杠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式及其選用.湖北汽車工業(yè)學(xué)報(bào)，1996 【3】Park In Song.A study on the performance of the new bumper system with gas tube[J].SAE 2002-01-2116 【4】周榮，孟巖，徐梟，等.汽車先進(jìn)的整車與總成開發(fā)技術(shù)跟蹤和研究[R].中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，2021.6