汽车保险杠的轻量化设计

《汽车保险杠的轻量化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、万方数据·56·材料开发与应用2008年lO月文章编号：1003—1545(2008)05．13056-04汽车保险杠的轻量化设计蒋造云(同济大学中德学院，上海201804)摘要：在节能环保大趋势下，汽车各个部件都在进行轻量化设计。保险杠在轻量化的同时还要保证其碰撞安全性，因而带来了一定的挑战。本文首先介绍了保险杠的结构和常用材料，然后从结构轻量化和材料轻量化两方面着手，介绍了该领域近年来一些新的发展动态。关键词：保险杠；轻量化；结构；复合材料中图分类号：U463．32+6．02文献标识码：B20世

2、纪末期，能源问题和环保问题成为两个热点问题，El益受到世界各国的关注，面对日益短缺的常规能源和愈发严重的环境污染，作为两问题主要载体之一的汽车工业，开始做出积极的战略调整，以应对这些问题所带来的不利影响。研发节能型汽车成为汽车工业发展的主题，人们开始关注汽车的轻量化问题，因为质量更小的汽车所需的能源相对更少，在减少排放的同时也可以降低对环境的污染，可谓事半功倍。据国际权威部门统计，汽车所用燃料约60％消耗于汽车自重，汽车质量每减轻10％，可降低油耗6％一8％⋯。近年来，大量新的轻质材料被应用到汽车上

3、，其中又以高强度钢、铝、镁、复合材料为代表。从下表中提供的一组数字我们可以得到汽车轻量化的大体趋势。表11980年、1990年、2000年美国中型轿车主要材料构成比例％发动机部件4236“变速箱和动力传动281520车轮231218刹车、悬架、方向盘等84车身、保险杠、覆盖件件361然而，在汽车整体轻量化的大趋势下，保险杠的轻量化比率反而在这几年的发展中有所降低，1995年铝合金和塑料的使用比率占45％，到2001年比率降到20％。这是因为保险杠承担着保障碰撞安全性的任务，是碰撞的第一线，因而保险杠

4、在设计时更需要注重安全性。1汽车保险杠的结构以及各部分的常用材料保险杠系统是汽车车身的重要组成部分。其作用是当汽车与其它车辆或障碍物发生碰撞时，能保护乘客安全、降低车体损害程度。轻微事故时保险杠系统能吸收冲击能量自动恢复原状，有效地降低了汽车的修理费用。遇上严重撞车事故时，冲击力经保险横杠被分散到整个车身，避免局部变形过大，保证乘客有足够的生存空间。保险杠的种类很多，按其结构形式大致可分为3大类：第一类为结构形式简单、成本较低的简易非金属材料保险杠，可直接用螺栓固定到车身的托架上。此类保险杠的缓冲吸

5、能能力较差，通常装备于低档的经济性轿车，尤其是微型轿车上。第二类通常由横杠以及缓冲吸能件及加强件等组成，一般安装在中低档轿车上。第三类在保险横杠与车身底部纵梁之问安收稿日期：2008—04．一03作者简介：蒋造云，男，1983年生，硕士生，研究方向为汽车动力学控制。万方数据2008年10月材料开发与应用·57·装有缓冲减振器。此类保险杠系统常装备在中高档轿车上。2保险杠的轻量化设计汽车轻量化设计有两大途径：一是通过改变汽车零件的结构来达到的轻量化设计的目的。通过结构的改进，使部件薄壁化、中空化、小型

6、化及复合化，继而轻量化；二是使用轻量化材料，通过采用轻量化的金属和非金属材料，主要是采用高强度钢材、铝镁合金、工程塑料和各种复合材料进行汽车轻量化设计。同样，保险杠的轻量化设计也不外乎这两种方式。2．1保险杠的结构轻量化要从结构改进的角度实现轻量化，一种思路是简化结构。目前国内大量生产的轿车中，大多数都采用了外覆盖件+内部金属强化横梁+吸能元件的形式，在保证一定的碰撞安全性能的前提下，简化了结构，减少了保险杠的组成零件数量，达到了轻量化的目的。另一方面，保险杠的结构设计也经历了不断的改良。从图1中可

7、以看出，这些保险杠横梁在结构上都有共同的特点。第一，横梁几乎都是典型的薄壁板壳结构，在有些地方附以加强筋，以提高保险杠横梁的碰撞性能，从而在强度变化不大的前提下减少了材料的用量。第二，保险杠横梁与正前方都成弓形，这一结构可以起到良好的传递和分散碰撞力的效果，提高了强度，从而达到轻量化的目的。匪差耋雪么万夏吣■⋯⋯、1、■——皇—■—鲁置葺皇j皇=詈譬鲁=■_‘—_矿'号b—二L正视图俯视图-)韩固某轿车的前保l蝴桀匠耍垂墅同莎曩兰妄吣正视图佣}视图b)莱C型保险缸横梁皖爹益面珂醪偿匮§正视图镛视图c

8、)桑塔纳2000轿车保险杠横朵图1各种保险杠的正、俯视图橙罔汽车公司在“尤诺斯罗多斯塔”牌车上采用的轻量化保险杠就是典型的通过结构设计实现轻量化的事例。由于将保险杠从SMC(sheetMouldingCompound)变换成吹翩摸板，减轻质量约3kg；废除了把保险杠安装在车身上的支柱，直接装在车身上，减轻质量2．3kg；废除了吸收冲击能的泡沫，而是使保险杠本身具有吸收冲击能的功能，减轻质量约0．3kg。因此，原来总计为14．8kg的保险杠减轻到9．2kg，减轻质量的幅