淺談汽車保險杠的結構設計

李治剛

摘 要：文章通過介紹了汽車保險杠的設計，簡單探討了汽車保險杠在開發過程中要遵守的一些主要設計方法，以及保險杠本體的結構設計，另外還探討了保險杠本體的常用制造材料，以及要遵守的法規。

關鍵詞：汽車；保險杠；結構設計

中圖分類號：U463.8 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）14-0023-02

本文通過介紹了汽車保險杠的設計，簡單探討了汽車保險杠在開發過程中要遵守的一些主要設計方法，以及保險杠本體的結構設計，另外還探討了保險杠本體的常用制造材料，以及要遵守的法規。

1 保險杠概述

保險杠屬于被動安全件，是汽車安全防護裝置之一，起到免受刮碰（車速較低時）或減輕撞擊的效果（車速較高時）。具有一定的強度、剛性及裝飾性，隨著汽車工業的不斷發展，以及對行人保護要求的提高，目前對保險杠的設計要求越來越高。

保險杠主要功能包括：①車輛保護功能；②行人保護功能；③為冷卻系統提供換氣通道；④裝置功能；⑤外觀裝飾功能。

2 汽車保險杠的結構設計

保險杠本體是汽車上最大的塑料覆蓋件，同時車輛的造型、空氣動力性特點及相關法規，都對保險杠的設計產生影響。在保險杠的外形設計時，要使其成為車身整體的一部分，與車身其它部分的線型應形成連續感，而不應與整體脫離。一般來說，保險杠本體承載著許多子部件，例如：散熱器格柵、霧燈、前照燈雷達探頭及牌照等；另一方面，保險杠在裝配過程中，周邊的相關件對其也起著重要影響，例如：翼子板、發動機蓋、前照燈、尾燈、行李箱蓋及牌照等。所以，保險杠的結構設計有著較嚴的外部約束條件及復雜的內部結構匹配關系，下面主要通過以下三方面進行分析。

3 典型斷面的設計要點

保險杠的典型斷面如圖1所示，下面將分別從外觀間隙、連接結構、空間布置幾方面分析三個斷面A-A、B-B、C-C的結構特點。

3.1 A-A斷面的結構特點

外觀間隙：主要體現與發動機蓋及格柵間的配合間隙（一般為1～3 mm）。

連接結構：主要體現與格柵的配合連接結構及與散熱器下橫梁的連接方式。

空間方面：體現與前保險杠橫梁與前保險杠X方向的距離，前保險杠的離地高度（對于轎車來說，保險杠下邊緣的離地高度建議≤460 mm，而上邊緣的離地高度≥500 mm），前保險杠與發動機蓋鎖的空間布置，前保險杠下護板的離地高度，前保險杠下護板與冷凝器間隙等。

3.2 B-B斷面的結構特點

外觀間隙：主要與前照燈配合間隙（此間隙一般為2～3 mm）、面差，保險杠、霧燈格柵配合間隙，霧燈格柵、霧燈配合間隙。

連接結構：與前照燈的連接結構，前保、霧燈格柵的連接結構。

3.3 C-C斷面的結構特點

外觀間隙：主要體現前保險杠與脫鉤的配合間隙。

連接結構：主要體現脫鉤堵蓋與前保險杠的連接，脫鉤與前保險杠橫梁的連接長度。

空間布置：主要體現與偶購于前保險杠的空間布置，脫鉤與吸能塊的空間布置。

4 保險杠本體的結構設計要點

首先，要考慮安裝點如何布置，以前杠為例，它的安裝關系主要在周邊件散熱器上橫梁、翼子板等部位。對于不同的車輛，雖然保險杠形式不同，但是安裝點的布置及安裝方式大致相同，即控制所有的空間自由度，使其安裝可靠。其次，要考慮與翼子板的縫隙面差，前保險杠與翼子板的連接主要通過支架來實現，目前塑料支架是較為常見的形式，其材料主要以POM或者PA+30GF；還有，與其他相關件的配合間隙面差等問題也要在結構設計階段定義，合理的配合面搭接關系，可以規避后期的裝配質量問題。最后，要避免分型線外漏，尤其在與翼子板連接部位。

5 與相關零部件的匹配設計

如果保險杠的結構設計不合理，會帶來許多配合問題，若配合間隙不均勻，會存在面差；若產品裝配不可靠，會產生異響。

下面以保險杠與格柵為例簡單介紹保險杠的相關零部件設計：

①格柵的結構設計，根據造型的定義，其表面處理方式一般有以下幾種：電鍍、噴漆、加皮紋；按照結構可以分為分體式和整體式，格柵的主要材料有ABS、ASA、PC+PET、PP+EPDM，除了要美觀外，在具體結構上應力求簡單、簡化結構、節省材料、節約成本，同時加強筋要設計合理，避免收縮痕缺陷產生，對有皮紋要求的制品，其拔模角度≥3 ？觷。

②格柵與保險杠的配合結構，一般通過螺栓、卡扣等連接。為保證美觀及防盜，所有的外飾件安裝點設計盡量隱藏在四門兩蓋內，同時兼顧維修差拆卸的方便性。

③最后格柵與保險杠的定位設計，格柵在下排中部設置定位銷與保險杠進行定位，限制Y、Z向的自由度。考慮制造誤差，定位銷邊緣與保險杠預留有0.2 mm的間隙。

6 保險杠的系統材料選擇

保險杠系統的主要作用為吸收外界能量，減輕碰撞時對行人腿部的傷害，減少車身及電器元件的受傷害程度，保險杠本體的材料務必保證其彈性和韌性。

目前用于成型小轎車保險杠的聚丙烯專用科主要采取以下三種方法制得：①聚丙烯共聚物/EPDM共混料；②丙烯一乙烯嵌段共聚物/聚烯徑熱塑性彈性體（簡稱TPE）共混料；③橡膠物含量高達35%的耐沖擊型PP/EPM“反應性共混料”。

7 符合相關的法規要求

目前我國針對保險杠的重要法規有：汽車前、后端保護裝置（GB17354-1998），乘用車外部突出物（GB11566-2009），汽車和掛車號牌板（架）及其位置（GB15741-1995），C-NCAP管理規則（2015年版） 等法規。

在設計保險杠汽車牌照安裝處的尺寸時應符合以下規定：

①前保險杠在設計安裝汽車牌照位置時，要使汽車前牌照垂直于車輛縱向對稱平面。汽車前牌照中點不得處于車縱向對稱平面的左方；并要保持牌照及安裝架不得超出車輛前端右邊緣。另外，還要使后牌照基本垂直于水平面，其正面允許向后仰角≤15 ？觷。

②在設計安裝汽車后牌照的位置時，要使汽車的后牌照垂直或近似垂直于車輛縱向對稱平面。后牌照的中點不得處于車輛縱向對稱平面的右方；后牌照及安裝架不得超出車輛后端左邊緣。另外，還要使后牌照基本垂直于水平面。

③后牌照的可視區域：牌照兩側邊并呈向外30 ？觷的兩個鉛垂平面；通過牌照上邊緣與水平面呈向上15 ？觷的平面，經牌照下邊緣的水平面。由以上構成的區域內不得遮擋牌照上的字符。

8 結 語

保險杠的設計除了要考慮尺寸要求及結構設計要求，另外所要考慮的就是保險杠安裝可靠，能保證和周邊零件的間隙，前后保險杠的差別不是很大，原理一樣，基本上安裝點的間距不超過200 mm，轎車保險杠的安裝，在中部上下都比較簡單，差別也不會很大，差別大的地方在側面，由于造型分塊及板金成型工藝等的影響，一般都要增加輔助安裝支架，很多時候都在側面加有一個方向自由度的連接方式，連接可以不拘泥于形式，完全可以憑空設計，在保證質量的情況下讓安裝更方便簡捷。

參考文獻：

[1] 曹渡.汽車內外飾設計與實戰[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2] 李光耀.汽車內飾件設計與制造工藝[M].北京：機械工業出版社，2013.