汽车保险杠是整车的重要组成部分,既要满足造型需求,又必须具备良好的安全性。本文从汽车保险杠的材料入手,对产品和设计要求进行了说明,结合笔者10多年从事保险杠设计的经验,从涉及到的法规、保险杠与周边部件的匹配性、设计完成后的校核等多个方面进行详细总结。
一、保险杠材料选取
前保险杠本体、吸能装置通常由非金属材料制成,而前保险杠的防撞梁则为金属结构,正确选择保险杠材料须首先满足2大基本要求:满足良好的功能件需求;具备注塑、喷涂和镀铬工艺的要求。例如保险杠本体要保证弹性和韧性,还有颜色牢固度、耐光性和适应恶劣气候性能。保险杠系统常用材料列表见表1。
由于目前车身轻量化和碰撞安全性能要求的提高,很多主机厂在防撞梁的使用上都采用了PP+GMT的材质。在高速碰撞中,防撞梁所起的吸能作用一般只有20%,主要吸能部分为车身、纵梁、地板等结构。使用GMT与金属材质的防撞梁在高速碰撞的表现中,差别十分微小,能起到安全保护作用。然而在低速碰撞中GMT表现要优于钢质防撞梁,吸能效率高,能有效保护车身、纵梁、地板等部件,避免这些部件产生难以发现的暗伤,从而影响车辆安全行驶。由于每款汽车总体布置及结构的差异性,部件材质的选用应以车辆自身性能属性决定,不能照搬其它车辆配置情况。
二、涉及法规
保险杠涉及许多法规,这些法规是设计时必须遵守的,主要有强制性标准和参考标准2大类,保险杠的开发过程中经常涉及如下几类。
(一)汽车前后端保护装置
当车辆发生接触和轻微碰撞时,汽车前后端的设计要求是车辆不会发生严重损伤,能很好的保护整车车身、发动机供油系统、排气系统和冷却系统,以及与安全有关的灯具等不会受到损坏。
校核方法:①低速碰撞总布置分析;②CAE仿真分析;③检测中心碰撞器进行实验验证。
(二)轿车外部凸出物
车辆保险杠两端应向车身表面弯曲,假如保险杠是嵌入式的、与车身结构形成一体的、或保险杠端部向内弯曲3种形式的,在测试时其不能被直径为100mm的球体所接触,并且保险杠端部和周边车身表面之间的间隙不超过20mm,则认为满足要求。另外,车身外表面不得有朝外的尖锐零件,同时不允许有刮到行人等的朝外零件,保险杠上的元件所有朝外的刚性表面的圆角半径应不小于5mm。
校核方法:通过Calia或者UG在保险杠不同位置做截面,然后用φ100的圆,沿着保险杠截面线的外表面进行滚动校核,能够被φ100圆接触的部位,需要测量其圆角特征半径是否满足法规要求,图1即为某车型的校核截面图。