汽車保險杠的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計要求的研究

汽車保險杠的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計要求的研究 汽車保險杠的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計要求的研究 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，在人車碰撞時低對行人的傷害和車車碰撞中減小對車輛的損壞方面起著重要作用。因此，對汽車前保險杠的結(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。本文分析了目前國內(nèi)外汽車保險杠的結(jié)構(gòu)形式和主要類型，同時簡單分析了汽車前保險杠的設(shè)計要求。 2.保險杠的結(jié)構(gòu)及特點 轎車前保險杠系統(tǒng)一般由保險杠加強橫梁、吸能盒、托架、內(nèi)襯等組成【1】，有的還在保險杠加強橫梁與保險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，泡沫材料可以對行人腿部有緩沖作用，可以改善碰撞過程對行人小腿的損傷，同時為保險杠外殼提供支撐，防止外殼在輕微受壓時斷裂或變形。常見的保險杠有以下幾種。 2.1 普通保險杠 普通保險杠由防撞橫杠、橫杠加強件、支架、樹脂類填料等組成， 結(jié)構(gòu)簡單，得到廣泛應(yīng)用。它在保險杠 U 形橫梁和加強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的能量。 2.2 液壓吸能型保險杠 液壓吸能型保險杠的結(jié)構(gòu)見圖，保險杠橫梁內(nèi)側(cè)的加強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)，里面有浮動活塞，活塞將活塞桿里面的空腔隔成左右兩個腔，右腔里充滿液壓油，左腔里充滿氮氣，活塞桿的外圓柱面和緩沖液壓缸的內(nèi)圓柱面之間滑動配合，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件或車架上。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時，保險杠將受到的沖擊載荷傳到活塞桿，活塞桿向右側(cè)移動，液壓油被擠壓通過節(jié)流孔向活塞桿的右腔流動，液壓油推動活塞桿中的浮動活塞向左側(cè)移動，活塞桿左腔內(nèi)的氮氣被壓縮，利用液壓油流過節(jié)流孔時的黏性阻力來吸收碰撞能量，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。碰撞后靠氮氣膨脹產(chǎn)生復(fù)原力使保險杠恢復(fù)原位。這種保險杠造價較高，常使用于高檔轎車上【2】。 圖 2.2 液壓吸能型保險杠 2.3 帶氣腔式保險杠 氣腔式保險杠使用氣腔作為內(nèi)襯，安裝在外蓋板和橫梁之間。當(dāng)發(fā)生碰撞時，氣腔被壓縮，影響氣腔外包裹部件的變形，從而提高保險杠吸能效果。有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)說明，合理設(shè)計氣腔個數(shù)和氣壓并保證包裹氣腔部件的強度，與普通式保險杠相比，帶氣腔式保險杠能使 15 km/h 的工況下 40%偏置碰的減速度減小 20%50%。 2.4 平安氣囊式保險杠【3】 國外研制了一種帶平安氣囊的汽車保險杠，這種帶平安氣囊的汽車保險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杠內(nèi)。當(dāng)發(fā)生碰撞時，在行人同汽車保險杠接觸的瞬間，傳感器檢測到信號后發(fā)出指令，汽車保險杠的內(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，汽車保險杠上的傳感器發(fā)出信號觸發(fā)點火回路，點燃?xì)怏w發(fā)生器內(nèi)的固體燃料，燃料迅速燃燒，釋放出大量的氮氣，氮氣在較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。位于汽車保險杠兩側(cè)的翼狀氣囊充氣后也同時向兩側(cè)舉升，這樣可以防止行人被碰撞后滾落到公路上造成二次撞擊，同時發(fā)出信號控制汽車來實施應(yīng)急制動，以降低車速。 3.保險杠的設(shè)計要求 一般將汽車發(fā)動機艙的潰縮區(qū)域分為三級：依次是變形區(qū)、相容區(qū)、自身保護(hù)區(qū)。前保險杠位于變形區(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. 保險杠的設(shè)計要求有： 當(dāng)車輛與行人發(fā)生碰撞事故時，最大限度的減輕對行人的傷害； 當(dāng)汽車發(fā)生輕微的碰撞接觸時，保險杠能吸收撞擊的能量，并能自動恢復(fù)原狀； 當(dāng)車輛和障礙物或其他車輛發(fā)生低速碰撞時，保護(hù)冷卻系統(tǒng)、燈具照明系統(tǒng)、翼子板等部件，確保汽車的前縱梁不會發(fā)生變形，降低車輛的修復(fù)本錢； 保險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，橫梁的強度對 ECU 判斷平安氣囊點火時刻具有重要的意義。 此外，保險杠的設(shè)計要求質(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，維修簡便；制造工藝簡單，本錢低等。 4.結(jié)束語 本文簡單的分析了幾種汽車前保險杠結(jié)構(gòu)、特點以及保險杠的一些設(shè)計要求，從中我們可以看出不同保險杠的優(yōu)勢所在，通過這些分析、比照，希望能夠?qū)σ院笃嚤ｋU杠的設(shè)計人員有一定的幫助。 參考文獻(xiàn)： 【1】Sandeep Kulkarni，Efficient and Cost Effective Energy Absorbers for Automotive Bumper： A Novel Energy AbsorberJ，SAE，2021-26-009 【2】屈求真.轎車保險杠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式及其選用.湖北汽車工業(yè)學(xué)報，1996 【3】Park In Song.A study on the performance of the new bumper system with gas tubeJ.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.中國汽車技術(shù)研究中心，2021.6